Bài giảng thuỷ lực và khí nén pgs ts lê anh sơn

Cấu trỳc và hoạt động của một bộ truyền động thuỷ lực  Cụng suất cơ học vào: Pch1 =2  M1n1  Cụng suất thuỷ lực: Prl = pQ  Cụng suất cơ học ra: Pch2 = Fv hoặc Pch2 = 2  M2n2 Mỏy độn

cơ Me, e truyền động Hệ thống Ma, a, (Fa, va) Máy hay thiết bị Cần dẫn động

Sơ đồ nguyên lý một hệ thống truyền lực

Truyền động thuỷ tĩnh

Truyền động thuỷ động

Cấu trỳc và hoạt động của một bộ truyền

động thuỷ lực

 Cụng suất cơ học (vào): Pch1 =2  M1n1

 Cụng suất thuỷ lực: Prl = pQ

 Cụng suất cơ học (ra): Pch2 = Fv hoặc Pch2 = 2  M2n2

Mỏy động lực (Động

cơ điện hoặc động

cơ đốt trong)

Mỏy cụng tỏc (mỏy nộn ộp hoặc truyền lực chuyển động của xe hơi)

Bơm thuỷ lực

Đ-ờng ống Phụ kiện Phần tử điều khiển

Xy lanh thuỷ lực hoặc động cơ thuỷ lực

P ch = F.v hoặc

Công suất thuỷ lực

Truyền động cho một xy lanh thuỷ lực

Ưu nhược điểm của truyền động thuỷ lực

 Ưu điểm của truyền động thuỷ lực

 Kết cấu đơn giản nhờ các cụm chi tiết tiêu chuẩn

 Có thể bố trí tự do tất cả các chi tiết mà không cần chú ý đến vị trí củaliên hợp cơ học

 Truyền lực lớn khi thể tích kết cấu tương đối nhỏ do có trọng lượngtrên đơn vị công suất của bơm và động cơ nhỏ (trọng lượng công suấtcủa động cơ thuỷ lực so với động cơ điện là 1/10)

 Tính chất động lực học khá tốt (tăng tốc, giảm tốc) do mô men quántính của động cơ thuỷ lực nhỏ (tỷ lệ mô men quán tính so với động cơđiện cùng mô men quay là 1/50)

 Chuyển đổi đơn giản chuyển động quay thành chuyển động dao động

và ngược lại

Truyền động cho một động cơ thuỷ lực

 Đảo chiều đơn giản

 Thay đổi tỷ số truyền vô cấp theo tải trọng (đặc biệt có lợi cho các máy tự hành)

 Bảo vệ quá tải đơn giản nhờ van giới hạn áp suất

 Giám sát đơn giản nhờ áp kế

 Có khả năng tự động hoá chuyển động dễ dàng.

 Nhược điểm của truyền động thuỷ lực:

 Hiệu suất thấp so với truyền động cơ học, do ma sát của chất lỏng trong đường ống và các phần tử, do hao tổn lọt dòng trong các khe hở lắp ghép

 Không thể (hay khó) đồng bộ quá trình chuyển động do hiện tượng trượt giữa phần chủ động và phần thụ động, do hao tổn lọt dòng và tính chịu nén của dầu

 Chi phí chế tạo cao do yêu cầu độ chính xác cao của các phần tử trong hệ thống thuỷ lực.

Cấu trúc và hoạt động của một bộ truyền

 Ưu điểm

 Khí nén có khả năng lưu giữ và vận chuyển thuận lợi đến những địa điểmcần thiết

 Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa nên có khả năng điều khiển từ xa

và linh động trong việc bố trí các phần tử cấu trúc, khí thải có thể dẫn trựctiếp ra môi trường

 Chi phí đầu tư thấp do có thể kết nối với hệ thống khí nén trong xí nghiệp;

 An toàn tốt do có thể bố trí van giới hạn áp suất

 Có thể khởi hành với tần số quay thấp và rất an toàn khi quá tải

 Tuổi thọ cao

 Dễ thay thế các phần tử của hệ thống

 Có thể thay đổi vô cấp vận tốc và tần số quay

 Chỉ làm việc được với tải trọng nhỏ

 Vận tốc chuyển động phụ thuộc vào tải trọng do tính chịu nén của khôngkhí

 Ảnh hưởng không tốt đến môi trường do ồn và khí thải có dầu

 Vận tốc truyền và xử lý tín hiệu chậm

 Nhiệm vụ và yêu cầu của chất lỏng thủy lực:

Yêu cầu

Tính chất nhiệt độ - độ nhớt hợp lý,độ nhớt thay đổi ít trong khoảng thay đổi nhiệt độ rộng

Chống mòn và bôi trơn tốt

Chống rỉ tốt, thích ứng với các phốt làm kín, cao su, vật liệu nhân tạo và hợp kim

Độ bền lão hoá tốt

Khả năng tách bọt khí tốt

Chất lỏng thuỷ lực

 Phân loại chất lỏng thuỷ lực:

 Dầu khoáng được phân loại theo độ nhớt (Viscosity – VG)

• Bảng 1.1 Phân loại độ nhớt ISO đối với dầu thuỷ lực theo DIN E51524

 Chất lỏng thuỷ lực khó cháy phân loại theo vùng

độ nhớt

• Bảng 1.2 Phân loại độ nhớt chất lỏng thuỷ lực khó cháy

• Bảng 1.3 Tổng hợp các số liệu quan trọng nhất của chất lỏng thuỷ lực

Các tính chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực

 Tính chất nhiệt độ - độ nhớt

( )

b c

Nhiệt độ 

10000

120 5

ISO VG32

22 10

ISO VG100

62 46

10 20 50 100 200 500 1000

 Tính chất nhiệt độ - áp suất - độ nhớt

Độ nhớt động học 

Hình 1.7 Biểu đồ xác định tính chất nhiệt độ – áp

suất – độ nhớt (HL 46, VI 100)

p=601 bar 401bar

0 20 40 60 80 0 C 120 0

5 10

20 30 50 100 200 500 1000

10000

mm 2 /s

Nhiệt độ 

p =201 bar 1bar

Các tính chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực

 Tính chất khối lượng riêng

m V

 

Biểu đồ biểu diễn tính chất khối lượng riêng – áp suất

phụ thuộc vào nhiệt độ (HL 46, VI 100)

0 100 200 300 400 500 bar 700

100 80 60 40 0

Áp suất p

Khối lượng riêng



 Tính chất nhiệt độ – khối lượng riêng

 Tính chất áp suất – khối lượng riêng







Các tính chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực

 Khả năng tiếp nhận không khí của dầu thuỷ lực

• Không khí hoà tan

• Không khí không hoà tan, có nghĩa là ở

 Thành phần hóa học của không khí

+ hơi nước, bụi bẩn, tạp chất

 Tính chịu nén của không khí

Tính chất khí nén kỹ thuật

• Hàm lượng nước trong không khí

Hình 8.3 Đồ thị quan hệ giữa lượng ẩm bão hòa với

p p





Tỷ lệ giữa hàm lượng nước trong không

Khí với hàm lượng nước của không khí

 

Trong điều kiện khí quyển pD và pS rất

nhỏ so với áp suất khí quyển nên có thể

bỏ qua trong tính toán D D

s s

    

• Áp suất tạo ra từ lực ngoài trong thiết bị thuỷ tĩnh Giả

thiết bỏ qua trọng lượng bản thân:

• Chuyển đổi năng lượng nhờ xylanh

p

h p

Hình 1.9 Phân bố áp suất trong thùng chứa chất lỏng lý

p   gh

F p

Cơ sở kỹ thuật thuỷ tĩnh

 Thể tích choán chỗ: V=2πrA

 Lưu lượng: Q=V.n

 Mô men quay: M=pAr

 Công suất vào hoặc ra:

P=Mω=M2πn P=pQ

2

pV M





2

pQ M

n





hoặc

Hình 1.12 Bơm thuỷ lực cánh quay

1- Vỏ; 2- Rô to; 3- Cánh quay.

r

p1

M11

2

A1

 Trường hợp chảy tầng đẳng nhiệt

Hình 1.17 Biểu đồ tính toán sức cản dòng chảy thuỷ lực dầu

64 Re

Yếu tố K-S (hình 1.20) tính đến sự thay đổi

nhiệt độ và độ nhớt theo các mặt cắt ngang

Yếu tố KX (hình 1.21), tính đến ảnh hưởng của

thay đổi nhiệt độ và độ nhớt theo chiều dài

 Trường hợp chảy rối đẳng nhiệt

Re 1

2 log

2,51

R R

 Trường hợp chảy rối không

 Hao tổn áp suất trong van và các thiết bị thuỷ lực: Tính theo các đặc tính cho bởi nhà sản xuất.

 Lưu lượng qua van tiết lưu

• Lưu lượng lý thuyết

d Q

 Lực tác động của dòng chất lỏng

• Lực trên ống cong:

• Lực tác dụng trên vỏ vòi phun:

Hình 1.29 Lực dòng chảy tại các phần tử cấu trúc

a) Tấm phẳng ; b) ống cong ; c) Vòi phun

v

2

A A

Các định luật dòng khí

 Dòng khí qua vòi phun lý tưởng

 Giả thiết:

 Không ma sát, dòng chảy đoạn nhiệt

 Vòi phun tròn đều tại cửa ra của bình kín

 Không có công kỹ thuật cấp vào

 Không có ảnh hưởng của thế năng

 Vận tốc khí cửa ra:

 Lưu khối dòng khí:

Hình 8.5 Bình kín có vòi phun với

áp suất ra điều khiển được

K v

 Dòng khí qua vòi phun lý tưởng

Hàm thoát  phụ thuộc vào

Các định luật dòng khí

Hình 8.7 Dòng khí qua tấm chắn

2 0

k

A A

 

Hệ số sự co thắt:

0 1

A m

 Dòng khí qua khe hẹp

• Giả thiết:

- Các lực tác dụng ở trạng thái cân bằng

- Dòng chảy liên tục và chảy tầng dọc theo chiều dài

- Áp suất p chỉ là một hàm số theo chiều dòng y tại một mặt cắt ngang p = const

- Dòng chảy dưới tới hạn,

không có thiết diện nào

đạt được vận tốc âm thanh

Hình 8.9 Phân bố ứng suất trên một phần tử khí

Các định luật dòng khí

Hình 8.10 Quan hệ giữa lưu khối dòng khí lọt

qua khe hở với áp suất trước khe hở

 Các van và vị trí tiết lưu

- Trường hợp quá tới hạn

Hình 8.11 Sai số khi xấp xỉ Elip Hình 8.12 Hàm dòng khí thoát phụ

thuộc vào tỷ lệ áp suất

Các định luật dòng khí

 Các van và vị trí tiết lưu

- Trường hợp dưới tới hạn

2 2

1 max 1

1

p

b p

 Các van và vị trí tiết lưu

 Xác định C theo trạng thái tới hạn

1

1 1

p p b

T m

Ký hiệu các phần tử thuỷ lực và khí nén:

DIN_ISO.1219

Ký hiệu các phần tử thuỷ lực và khí nén:

DIN_ISO.1219

“ Add your company slogan ”

PGS.TS Bùi Hải Triều