Cơ Khí - Giáo trình Máy Phụ Tàu Thủy phần 8 doc

Dẫn động blốc xi lanh 4 được thực hiện nhờ trục 17 qua khớp nối kiểu vấu 16, nó có tácdụng giải phóng blốc khỏi tác dụng của các lực hướng kính từ đầu ngoài của trục.Trên hình 5.19 là bơ

Hình 5.19 Bơm piston hướng kính điều chỉnh được có gối tựa của

piston lên stato kiểu áp lực thuỷ tĩnh

Dẫn động blốc xi lanh 4 được thực hiện nhờ trục 17 qua khớp nối kiểu vấu 16, nó có tácdụng giải phóng blốc khỏi tác dụng của các lực hướng kính từ đầu ngoài của trục.

Trên hình 5.19 là bơm piston hướng kính áp suất cao, áp suất cho phép ở chế độ khai thác

Hình 5.21 Kết cấu cân bằng lực thuỷ tĩnh của rô to và gối tựa của piston trong các máy piston hướng kính

) d / d ln(

2 4

Vế trái của phương trình là lực áp suất chất lỏng lên piston, vế phải- lực áp suất phân bốtrên bề mặt giới hạn bởi rãnh thoát 5, nó thong với khoang trong vỏ và không có áp suất Nhưvậy, lực áp suất lên piston được truyền cho vành 7 của stato không do tiếp xúc vật liệu của haichi tiết mà bằng lực áp suất chất lỏng, nên thực tế không có tiếp xúc các bề mặt ở áp suất bấtkì Để cân bằng các lực li tâm của piston, không phụ thuộc áp suất, gối tựa thuỷ tĩnh được baobởi bề mặt tựa 6, đó là gối đỡ thuỷ động lực có khả năng nâng phụ tỉ lệ với các lực li tâm vàvòng quay

Trên hình 5.21, b biểu diễn trục phân phối kết cấu tương tự như mô tả ở hình 5.19 Để cânbằng thuỷ tĩnh blốc 8 trên cổ trục 10 có bố trí các túi cân bằng 11 Chúng được thông với cáccửa sổ nằm đối diện áp suất cao 9 và áp suất thấp 12 nhờ các lỗ thông 13 Từ sơ đồ thấy, khixác định đúng kích thước các túi và các dải làm kín được giới hạn bằng các rãnh thoát 14, lựchướng kính tác dụng lên blốc và có xu hướng dịch nó về phía áp suất cao có thể được cân bằngbằng các lực áp suất chất lỏng không cần có sự tiếp xúc của các bề mặt ma sát giống như đốivới guốc trượt

Để các cặp cân bằng thuỷ tĩnh làm việc bình thường, các ngoại lực tác dụng lên chúng màkhông phải xuất phát do áp lực thuỷ tĩnh phải nhỏ Để như vậy, blốc 13 (hình 5.19) được dẫn

động bằng trục 2 có ổ đỡ riêng 3 thông qua khớp vấu kép 4

Sử dụng cơ cấu cân bằng thuỷ tĩnh là cách cơ bản để nâng áp suất làm việc của máy thuỷlực thể tích

Tải trọng lên các chi tiết trong các máy thuỷ lực hướng kính do lực áp suất chất lỏng

Fp=Sp,

tác dụng lên piston quyết định (S- diện tích đỉnh piston)

Các lực tác dụng lên piston thể hiện trên các hình 5.19 và 5.20 Lực Fp từ phía chất lỏngtrong xi lanh ép piston vào stato Phản lực stato F có hướng vuông góc với bề mặt của nó tớitâm O’ Thành phần theo đường tâm xi lanh cân bằng với lực áp suất Fp, thành phần ngang FTcân bằng với phản lực thành xi lanh và tạo ra mô men MT.xlđối với trục O Trong bơm, mômen

động cơ tạo ra dùng để khắc phục tổng MT.xlcủa các xi lanh, còn trong mô tơ thuỷ lực tổng cácmômen này do chất lỏng tạo ra để khắc phục mômen cản trên máy được dẫn động

Trị số mômen tức thời của một xi lanh

MT.xl=FT(r+x)=pStg(x+r).

Vì như đã nói ở trên,x=e(1-cos), e<<R và do đó tgsin=(e/R)sin,

Mômen tác dụng lên blốc từ tất cả các xi lanh là tổng của các M :

sản lượng (5.19), có thể thấy, mômen do các piston tác

dụng lên blốc xi lanh cũng có cùng độ không đồng đều

như lưu lượng, nó phụ thuộc vào số xi lanh Ngoài thành

phần không đều thuần tuý về hình học, là tổng của các

hàm điều hoà, độ không đều thực tế của mômen, cũng như

sản lượng, nghiêm trọng hơn do tính chịu nén của chất

lỏng, trễ của hệ thống phân phối và xung áp suất trong các

đường ống Do đó độ không đều thực tế của mômen, cũng

như đối với lưu lượng, có thể vượt giá trị lí thuyết như xác

định ở 5.2.4 Điều này đặc biệt không mong muốn ở các

mô tơ thuỷ lực, chúng phải tạo được mômen có độ không

đều nhỏ để đảm bảo độ đều hành trình cơ cấu được dẫn

1 ) p p ( S F

Các tính chất chung nói trên cho các máy thuỷ lực piston về tính không đều của lượngcấp, mômen và lực có ở tất cả các máy thuỷ lực thể tích làm việc theo nguyên tắc nạp và xảtheo định lượng Đó là các nhược điểm của các máy loại này

5.4.2 Mô tơ thuỷ lực piston hướng kính mômen lớn

Một trong các dạng quan trọng và phổ biến của máy thuỷ lực hướng kính là mô tơ thuỷlực mômen lớn Chúng được sử dụng trong các bộ truyền động thuỷ lực thể tích mà phải đảmbảo vòng quay cơ cấu được dẫn động chậm, đều và điều chỉnh được không phụ thuộc vàomômen cản của nó

Để có được mômen lớn mà không tăng kích thước của môtơ một cách đáng kể, tức là

Thường k=68 Những mô tơ như vậy cho phép có vòng quay từ gần một cho đến vài trụcvòng phút.

Trên hình 5.22 đưa ra kết cấu mô tơ thuỷ lực sáu lần tác dụng với mười một piston Cáclực áp suất hướng kính của blốc xi lanh 4 tác dụng lên các ổ 7 và 12 Các piston tì lên stato 1bằng các con lăn với ổ chao 2 còn các lực ngang truyền cho blốc xi lanh bằng các con trượt 6

Để tránh tách rời các con lăn 3 khỏi stato 1 khi vòng quay nhỏ ở khu vực áp suất thấp và

va đập với stato người ta sử dụng vấu dẫn hướng đối lại 9 ở bên dưới con lăn 3

Trong mô tơ có hệ thống phân phối đầu mặt phẳng tự chỉnh để bảo đảm làm kín với blốc

xi lanh Trên vòng phân phối đầu mặt 10 có 2z cửa sổ vòng cung 5 lần lượt thông với cáckhoang B và A Trong nửa chu kì góc 2/(2k), khi mà piston đi vào thì lỗ 8 của xi lanh thôngvới cửa sổ khoang A, còn nửa chu kì kia khi piston đi ra- với cửa sổ khoang B Tương tác lựccủa piston với stato xét ở hình 5.20 Để vòng phân phối 10 có thể tự chỉnh theo bề mặt blốc xilanh, nó được đặt và ép vào blốc nhờ các cốc 11 có các đệm cầu bảo đảm kín khi vòng phânphối bị xiên theo mặt blốc Đồng thời các cốc nối các cửa 5 với các khoang dẫn chất lỏng đến

B và đi A

5.4.3 Máy thuỷ lực piston hướng trục

Máy thuỷ lực piston hướng trục khi truyền cùng một công suất có kích thước nhỏ gọn

Hình 5.22.Mô tơ thuỷ lực piston hướng kính nhiều tác dụng

Trong các máy blốc nghiêng (hình 5.23) tâm trục quay 4 của blốc xi lanh 24 nghiêng sovới tâm trục 1 Trong đĩa dẫn động 2 có lắp các đầu hình cầu 12 của biên 10, biên cũng liên kếtvới piston 8 nhờ khớp cầu 9.

Khi blốc và trục quay quanh tâm của chúng, piston chuyển động tịnh tiến tương đối so với

xi lanh Sự quay đồng bộ của trục và blốc là do các tay biên, chúng lần lượt đi qua vị trí lệchcực đại so với đường tâm piston (xem hình 5.26), ép lên váy 1 và truyền chuyển động quay choblốc xi lanh Để nhận lực, váy piston được làm dài và thân biên 2 được làm côn chính xác.Trong máy thuỷ lực trình bày ở hình 5.24, để quay blốc xi lanh 12 có trục phụ trợ 13 vớihai cầu của các khớp các đăng cho nên piston được làm ngắn còn các biên được làm có dạng

đơn giản

Cả hai hệ thống quay blốc này đều không phải các hệ động lực vì chúng không truyền

mômen chính của các lực áp suất lên piston Chúng chỉ có tác dụng khắc phục các mômen masát đặt vào blốc và mômen quán tính của blốc khi thay đổi vòng quay của máy

Khác với các trường hợp trên, trong các máy với đĩa nghiêng (hình 5.25), blốc xi lanh 1với các piston 9 quay cùng trục 4 Các piston tựa lên đĩa nghiêng 11 và nhờ đó mà chuyển độngtịnh tiến Mômen để quay blốc xi lanh ở đây còn phải khắc phục được mômen của các lực ápsuất

Các quan hệ động lực học trong các máy hướng trục Từ việc xét sơ đồ động học của

hai loại máy (hình 5.28 và 5.29) có thể thấy cơ cấu của chúng là dạng đảo không gian của cơcấu biên khuỷu

Trên hình 5.28 chuyển dịch của piston tính từ điểm chết trong B

2

1 sin cos D 2

1 sin D 2

1

d d

d         (5.47)Biểu thức trên đúng nếu góc nghiêng của biên (so với đường tâm piston) do có chênhlệch của Drvà Ddnhỏ, điều này phù hợp với kết cấu các máy đã được chế tạo Tỉ lệ

phụ thuộc vào góc  Khi đảm bảo s-s’=t-t’ thì các hình chiếu của các vòng tròn đường kính Dr

và Ddlên mặt phẳng m-m bằng nhau, góc lệch của các biên khi lbDrnhỏ và đều nhau

Chuyển dịch của piston tính từ B (hình 5.29)

x=h/2-Oc=(Dr/2)tg-(Dr/2)costg=(Dr/2)tg(1-cos) (5.49)

Từ các biểu thức (5.47) và (5.49) thấy rằng, các máy piston hướng trục về động học tương

đương với cơ cấu biên khuỷu Tốc độ và gia tốc piston sẽ có dạng như (5.17) và (5.18) nếu thayh=Drtgđối với máy có đĩa nghiêng, hoặc h=Ddsinđối với máy blốc nghiêng Các máy này cóthể tích công tác tương ứng bằng

V0=SDdsin.z (5 51)

Hình 5.23, a Máy piston hướng trục có blốc xi lanh

nghiêng không điều chỉnh được

Do giống nhau về động học nên tất cả các tính chất về độ không đều lưu lượng của cácmáy rô to piston hướng trục cũng tương tự như bơm piston với cơ cấu biên khuỷu Trong các bộtruyền động thuỷ lực đều đòi hỏi độ đều của sản lượng cao, do đó số xi lanh thường từ 79.Xét các sơ đồ động học trên các hình (5.28) và (5.29) kết hợp với các hình (5.26) và(5.27) mà trên đó có biểu diễn các lực tác dụng lên piston, có thể thành lập biểu thức tínhmômen do lực tác dụng của một piston đối với tâm quay:

đối với máy có blốc nghiêng

không giống nhau.

Hình 5.23, b.Máy piston hướng trục blốc xi lanh nghiêng điều chỉnh được

Hình 5.24 Bơm piston hướng trục với các đăng kép phụ trợ và bộ điều

chỉnh- hạn chế áp suất

Hình 5.25 Bơm piston hướng trục điều chỉnh được với đĩa nghiêng.

Hình 5.26.Piston máy piston hướng trục có tay biên.

Hình 5.27.Piston máy piston hướng trục có đế trượt.

Hình 5.28.Sơ đồ động học của máy thuỷ lực blốc nghiêng

Trong các máy với blốc nghiêng lực F’p (hình 5.26) có phương gần như dọc theo đường

tâm biên với các khớp cầu ở hai đầu, nó nghiêng so với đường tâm xi lanh một góc nhỏ nêntạo ra thành phần lực ngang và, do đó, lực ma sát piston với thành xi lanh rất nhỏ (chú ý rằngmômen để quay blốc xi lanh ở đây không phải là chủ yếu như đã nói ở trên, và chỉ một số biênthay nhau ở trạng thái tì lên váy piston ở những góc quay nhất định)

Trong các máy có đĩa nghiêng (mômen quay blốc bao gồm cả mômen của các lực ápsuất) các piston tựa lên đĩa nghiêng qua các khớp cầu (hình 5.27), phản lực F tạo ra thành phầndọc tâm piston Fpcân bằng với lực áp suất và thành phần ngang FT tạo thành mômen MT.xlnhư

đã trình bày ở trên Trạng thái đặt công xon của FTdẫn đến xuất hiện các vùng lực tiếp xúc củapiston với thành xi lanh Các lực tiếp xúc pk tạo thành mômen trong kẹp di động của pistontrong xi lanh, cân bằng với mômen ngoại lực FT Các lực tiếp xúc pk lớn tạo ra ma sát đáng kể,

do đó hiệu suất cơ giới các máy có blốc nghiêng lớn hơn so với kiểu đĩa nghiêng Điều này thểhiện càng rõ ở những máy có vòng quay phải thay đổi trong phạm vi rộng Khi vòng quay nnhỏ, tốc độ piston nhỏ, giữa chúng và thành xi lanh xuất hiện ma sát tới hạn Mômen ma sáttăng gây ra vòng quay không đều trong các môtơ thuỷ lực đĩa nghiêng thậm chí ở các vòngquay khá cao n2550 v/ph

Sự tăng tải trọng tiếp xúc hạn chế góc nghiêng của đĩa ở giới hạn =15180 ở các máyblốc nghiêng góc  bị hạn chế chỉ bởi các điều kiện về kết cấu và thường đạt =25300 (giớihạn tới 400) Như vậy, theo các biểu thức (5.50) và (5.51) để thu được cùng thể tích công táccho trước, ở các máy có blốc nghiêng có thể sử dụng piston đường kính nhỏ hơn và đường kính

Drnhỏ hơn, dẫn đến giảm một cách tương đối kích thước của các bộ phận làm việc

Tuy nhiên bộ truyền động của máy blốc nghiêng cũng có nhược điểm đáng kể (xem cáchình 5.23 và 5.26) Các chỏm cầu 12 của biên 10 tựa lên đĩa chủ động 2 là đầu công xon củatrục 1 Các lực dọc FNvà ngang FTđặt lên đĩa 2 làm tải trọng lên các ổ 13 rất lớn Điều này làmcho kích thước cụm này rất lớn (vị trí 13 hình 5.23 và vị trí 14 hình 5.24), chúng bằng với kíchthước cụm bơm của máy

Trong máy có đĩa nghiêng (hình 5.25), các ổ chịu tải của tổng các lực FT, tương đương vớilực đặt ở điểm O giữa các ổ 14 và 3 nên tải trọng của chúng tương đối nhỏ Các lực áp suất dọctrục được truyền trực tiếp cho các chi tiết của vỏ- qua nôi 12 tới vỏ 21, và cho nắp vỏ 2- thôngqua các guốc trượt 10 và bộ phận phân phối 18 là những ổ đỡ thuỷ tĩnh có khả năng làm việc

Hình 5.29 Sơ đồ động học máy thuỷ lực có đĩa nghiêng

của piston là đĩa nghiêng phải tự do quay giống như stato quay 3 hình 5.18.

Bộ phận phân phối của các máy thuỷ lực piston hướng trục Bộ phận quan trọng nhất

của các máy thuỷ lực piston hướng trục là hệ thống phân phối Về nguyên tắc, các máy pistonhướng trục sử dụng hệ thống phân phối kiểu đầu mặt (xem các hình 5.23, 5.24 và 5.25) đượctạo bởi mặt mút (vị trí 6, hình 5.23; vị trí 10, hình 5.24; vị trí 8, hình 5.25) của blốc xi lanh, trên

đó có các cửa (vị trí 25, hình 5.23; vị trí 9, hình 5.24; vị trí 7, hình 5.25) của các xi lanh, và mặtmút (vị trí 5, hình 5.23; vị trí 9, hình 5.24; vị trí 7, hình 5.25) của bộ phận phân phối (vị trí 7,hình 5.29; vị trí 8, hình 5.24; vị trí 18, hình 5.25)

Nhiệm vụ của hệ thống phân phối đa dạng Nó là ổ đỡ chặn, nhận tổng lực dọc do áp suất

từ tất cả các xi lanh; là bộ phận ngắt nối các xi lanh vơí các đường ống áp suất p1và p2; làm kín

và cách li các đường p1 và p2với nhau và các khoang xung quanh

Các bề mặt tạo thành hệ thống phân phối phải tự định tâm với nhau, một mặt trong đó(thường là bề mặt blốc xi lanh) phải có độ tự do nhỏ tự chỉnh để tạo lớp bôi trơn

Trên hình 5.30, a thể hiện mặt mút của blốc xi lanh 1 với các cửa 2 của các xi lanh, trênhình 5.30, b, c- mặt mút 5 của bộ phận phân phối có hai khoang nửa vành tròn 3, một thông với

đường p1 còn nửa kia- với đường p2 (vị trí 19 trên hình 5.25) Các khoang 3 được ngăn cáchbằng vách ngăn 4 (hình 5.30, b là phương án bơm với vách 4 không đối xứng, còn trên 5.30, c-phương án mô tơ với vách đối xứng) Khi quay blốc, cửa 2 di chuyển trên các khoang 3 và luânphiên thông với đường áp suất p1 và p2 Chuyển qua vách ngăn ứng với các điểm chết A và B(xem hình 5.23, 5.25 và 5.30), tại đó tốc độ piston bằng không Đoạn bắt đầu, các cửa 2 thôngvới các khoang 3 qua rãnh tiết lưu 6 (hình 5.30) Chiều rộng của khoang 3 và các dải làm kín7của chúng được xác định sao các lực áp suất thuỷ tĩnh của chất lỏng từ phía các khoang 3 vàcác khe làm kín gần hầu như cân bằng hoàn toàn với tổng các lực áp suất chất lỏng lên các đáy

5 của các xi lanh của blốc (hình 5.25) Cũng như trên ngõng trục đối với máy hướng kính (hình5.19 và 5.21, a), để làm việc tin cậy, phần lực cân bằng thuỷ tĩnh được tính toán chiếm 96-98%.Phần lực không được cân bằng do các ổ thuỷ động lực nhận- các đế tựa 8 (hình 5.30)

5.4.4 Đồ thị chỉ thị và cân bằng năng lượng của các máy thuỷ lực rô to piston

Đồ thị chỉ thị bơm rô to piston được thể hiện trên hình 5.31 Về nguyên tắc nó không khác

đồ thị chỉ thị bơm piston dùng van phân phối (hình 5.9) khi không có các quá trình trễ của cácvan Dạng của đồ thị trên hình 5.31 chủ yếu do các quá trình thay đổi áp suất trong xi lanh khicửa 2 của chúng đi qua vách ngăn 4 của bộ phận phân phối quyết định (hình 5.30) Các quátrình này ứng với thời điểm các piston qua khu vực điểm chết A và B, ở đó tốc độ của chúnggần không

Trong hệ thống phân phối đơn giản nhất có vách ngăn đối xứng qua điểm chết (hình 5.30,d) và tương ứng chính xác với góc mở 0 của cửa 2, sự ngắt nối cửa 2 với các khoang p1 và p2xảy ra tức thì Khi đó tốc độ thay đổi áp suất trong xi lanh phụ thuộc chủ yếu vào độ đàn hồi

Hình 5.31.Đồ thị chỉ

thị p=f(  ) bơm rô to

piston

áp suất trong xi lanh bắt đầu thay đổi khi chưa tới các điểm chết, và bản thân quá trình thay đổi

bị chậm lại Trong các mô tơ, chiều quay của nó có thể thay đổi nên bộ phân phối luôn đốixứng, nhưng nhờ có sự tiết lưu nên cũng đảm bảo áp suất trong các xi lanh thay đổi chậm hơn.Các biện pháp này giảm được các đỉnh áp suất cực đại, tiếng ồn và rung động, tuy nhiênkhi tăng áp suất và vòng quay chúng dẫn đến tăng độ không đều lưu lượng  và gây xung áptrong các đường ống quanh các giá trị trung bình p1xlvà p2xl Từ phân tích trên có thể kết luận,

sự tăng quá trình dao động khi tăng áp suất p và vòng quay n là nguyên nhân hạn chế áp suất vàvòng quay của các máy thuỷ lực và khả năng nâng cao công suất trên đơn vị thể tích máy Điềunói trên cũng đúng đối với các máy hướng kính, cho nên trên hình 5.19 có thể thấy, để cải thiệnquá trình thay đổi áp suất, vách ngăn của ngõng trục phân phối được dịch đi một góc 0 và córãnh tiết lưu 6

Tương tự như đối với các máy thuỷ lực piston, đồ thị chỉ thị cho phép xác định công mộtchu trình A=Anen-Ahut mà piston thực hiện trong xi lanh, tính được công suất chỉ thị Ni=Azn vàhiệu suất quá trình làm việc của máyi=Qpb/Ni, hiệu suất cơ giớiM=Ni/Nb

Hiệu suất chung=Mi của các máy thuỷ lực rô to piston lớn và ở các áp suất khai tháctrung bình từ 1630 Mpa đạt 0,92-0,93 đối với các máy blốc nghiêng và 0,89-0,91 ở các máy

đĩa nghiêng và piston hướng kính

Hệ số sản lượng của các máy thuỷ chủ yếu phụ thuộc vào hiện tượng nén (qx) và rò lọtngoài (qrl) qua những chỗ không kín trong bộ phận công tác Khi có góc đóng mở sớm 0 lưulượng giảm một lượng q0nào đó, thường không lớn, vì giảm phần hành trình có ích của piston.Trên hình 5.25 có chỉ các vị trí rò ngoài, q1- qua chỏm cầu của piston, q2- qua khe giữapiston và xi lanh, q3- qua hệ thống phân phối và q4- qua guốc trượt

ở các áp suất khai thác trung bình, đối với các máy blốc nghiêng

Từ đồ thị chỉ thị (hình 5.31) có thể thấy, ở hành trình hút khi chất lỏng từ đường ống hút

đang chảy vào qua cửa chuyển động của xi lanh, xảy ra tổn thất áp suất đáng kể ph Tổn thấttăng mạnh khi tăng vòng quay Điều này dẫn đến giảm i và p1 nhỏ là nguyên nhân phá hoạixâm thực sự làm việc của bơm