Truyền động thủy lực docx

Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của truyền động thuỷ động: Truyền động thuỷ động là một thiết bị tổ hợp, chủ yếu gồm hai máy thuỷ lực cánh dẫn là bơm ly tâm và turbine thuỷ lực, đượ

1

ò

òò

1 Khái niệm và phân loại :

Muốn truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy, ngoài các loại truyền động

cơ khí, điện,khí nén còn có truyền động thuỷ lực, loại này đáp ứng được yêu cầu là êm, ổn định, dễ tự

động hoá

Tuỳ vào loại máy thuỷ lực sử dụng trong truyền động mà phân loại thành truyền động thủy động và truyền động thủy tĩnh (thể tích), có đặc điểm sử dụng và phạm vi làm việc khác nhau

Ưu điểm :

- Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của bộ phận làm việc

- Dễ dàng đảo chiều bộ phận làm việc

- Đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng ngoài

- Truyền được công suất làm việc lớn

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất truyền động nhỏ, điều này có ý nghĩa lớn trong các hệ thống tự động

- Chất lỏng làm việc chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết, do đó truyền chuyển động êm, không ồn

- Có thể đề phòng sự cố khi quá tải

- Yêu cầu về chất lỏng làm việc khá phức tạp:

+ Độ nhớt (yêu cầu rò rỉ ít, thất năng lượng nhỏ)

+ Tính chất dầu ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất

+ Tính chất hoá học bền vững

+ Khó cháy, ít hoà tan với các chất khác, không ăn mòn kim loại

+ Thường làm việc với dầu khoáng là chất lỏng dễ cháy nên phải chú ý làm mát máy

Truyền động thuỷ lực do có nhiều ưu điểm nên được sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp

Để khắc phục những nhược điểm của truyền động thủy lực, hiện nay người ta dùng các loại truyền

động liên hợp như truyền động thủy-cơ, điện-thuỷ-cơ , thủy-khí-cơ

Trong chương này trình bày loại truyền động thủy động

I Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của truyền động thuỷ động:

Truyền động thuỷ động là một thiết bị tổ hợp, chủ yếu gồm hai máy thuỷ lực cánh dẫn là bơm ly tâm và turbine thuỷ lực, được sử dụng rộng rãi trong việc truyền công suất lớn với vận tốc cao trong các ngành máy vận chuyển (ô tô, máy kéo, xe tăng, tàu thuỷ, tàu hoả)

Ví dụ: truyền công suất lớn từ động cơ đến chân vịt tàu thuỷ

Phân loại :

1 Khớp nối thuỷ lực: là kết cấu đơn giản nhất của truyền động thuỷ động, truyền momen quay từ

trục dẫn (1) đến trục bị dẫn (2) mà không thay đổi momen đó Vì dùng môi trường chất lỏng là

khâu trung gian nên coi đây là nối mềm các trục

Hai trục dẫn và bị dẫn tách rời nhau, vỏ (3) có thể quay lồng không trên trục (4)

Khi trục dẫn (5) quay kéo bánh bơm (1) quay theo => chất lỏng được cung cấp năng lượng và chuyển động theo hướng ly tâm ra khỏi bánh bơm Sau đó chất lỏng đi vào bánh turbine (2), qua các rãnh dẫn giữa các cánh và truyền năng lượng cho bánh tuabin làm cho bánh TB quay cùng chiều với bánh bơm

Như vậy momen quay đã truyền từ trục dẫn (5) đến trục bị dẫn (4), chất lỏng sau khi ra khỏi bánh

turbine lại đi vào bánh bơm thực hiện quá trình tiếp theo

Mỗi phần tử chất lỏng thực hiện đồng thời 2 chuyển động :

- Tuần hoàn theo phương từ bánh bơm (1) đến turbine (2)

- Quay vòng quanh trục của khớp nối

⇒

⇒ Chuyển động tổng hợp là chuyển động xoắn ốc

2 Biến tốc thuỷ lực:

Sử dụng khi cần biến đổi momen quay giữa trục dẫn và trục bị dẫn, thường được dùng

để tăng momen quay của trục bị dẫn vì số vòng quay của trục bị dẫn thường nhỏ hơn số

vòng quay của trục dẫn , khi đó biến tốc thuỷ lực đóng vai trò một hộp giảm tốc

Chất lỏng từ bánh bơm đi vào bánh phản ứng truyền cho BPƯ một momen quay, nhưng do bánh đó cố

định với vỏ (không quay) nên BPƯ truyền lại cho chất lỏng một momen động lượng (moment phản ứng)

và chất lỏng tiếp tục đi vào bánh turbine làm tuabin quay

Nếu bánh phản ứng không gắn với vỏ cố định nghĩa là có thể quay tự do thì momen quay sẽ không đổi khi

truyền từ trục dẫn đến trục bị dẫn Khi đó biến tốc thuỷ lực làm việc như một khớp nối thuỷ lực

Như vậy dòng chất lỏng do bơm tạo nên lần lượt đi qua các máng dẫn của bánh phản ứng và bánh turbine, kéo bánh tuabin quay với vận tốc góc và moment thay đổi tuỳ theo trị số momen cản tác dụng lên bánh

2

B trB

QHN

ηη

γ

=

Q : lưu lượng chất lỏng chảy từ bánh bơm đến bánh turbine

HB : cột áp do bánh bơm tạo ra

ηB : hiệu suất của bánh bơm

ηP :hiệu suất của bánh phản ứng (nếu có)

γ :trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc

b Công suất làm việc trên trục bị dẫn :

NtrT = γ.Q.HB.ηT = NtrB.ηB.ηP.ηT = NtrB.η

ηT :hiệu suất của bánh turbine

η :hiệu suất toàn phần của truyền động thuỷ động

CK H Q T P B trB

trTN

N

η η η

= η η η

=

= η

c Tỉ số truyền i của truyền động thuỷ động: là tỉ số giữa số vòng quay trục bị dẫn với số vòng

quay của trục dẫn

nN

NK

T B trB trT =η

1

MT =ư ρ u 4 ư u 3

- Đối với bánh phản ứng:

) D C D C ( Q 2

NB = γQHB: công suất thuỷ lực do bơm cung cấp cho CL

NT = γQHT: công suất thuỷ lực do CL cung cấp cho bánh turbine

Nw = γQhw: công suất tiêu hao do tổn thất

Vậy HB = HT + hw: Hiệu số cột áp của bánh bơm và bánh turbine hoàn toàn dùng để khắc phục tổn thất thuỷ lực trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động

Tổn thất này gồm: h W = h B + h T + h PU

Những tổn thất này do:

- Sự thay đổi đột ngột hướng chuyển động của dòng chảy nhất là ở lối vào các bánh ( tách dòng

⇒ xoáy + va đập )

- Ma sát ở bề mặt các máng dẫn

- Tổn thất do sự thay đổi vận tốc dòng chảy (ở phần thu hẹp mặt cắt dòng chảy trong các máng dẫn) Các dạng năng lượng tổn thất này biến thành nhiệt năng làm nóng bộ truyền ⇒ chất lỏng có thể bị phân

huỷ và bốc cháy, do đó phải chú ý đến vấn đề làm mát

Hiện nay hiệu suất của KNTL có thể đạt được đến 98% và trong BTTL là 90%, với liên hợp thuỷ cơ có

thể đạt được đến 95%

ò

òò

I Đặc điểm, tính chất và các thông số của KNTL

1 Đặc điểm: KNTL chỉ truyền momen quay của động cơ mà không thay đổi trị số momen

Vì không có bánh phản ứng nên từ phương trình cân bằng momen:

MB + MT=0 ⇒ M B = - M T

Điều này phù hợp với nguyên lý tác dụng và phản tác dụng của Newton

Khi phụ tải thay đổi thì momen cản trên trục bị dẫn thay đổi (tăng) thì số vòng quay của bánh turbine sẽ

thay đổi theo (giảm), chuyển động của chất lỏng trong buồng làm việc sẽ thay đổi dẫn đến sự thay đổi

của momen quay của turbine (tăng) sao cho cân bằng với trị số momen cản của phụ tải ⇒ moment bánh

bơm cũng thay đổi Vì vậy khớp nối thuỷ lực là loại truyền động tự động

Ví dụ: Mcản tăng ⇒ số vòng quay của tuabin giảm ⇒ moment trên trục tuabin tăng lên phù hợp với phụ tải

Sở dĩ nT giảm ⇒ M T tăng là do 2 nguyên nhân sau :

- Lưu lượng tuần hoàn qua bánh công tác tăng vì lực ly tâm của turbine giảm ⇒ chất lỏng đi vào turbine nhiều hơn

- Sự thay đổi góc độ của dòng chảy ở lối vào và lối ra của turbine làm tăng áp lực của chất lỏng lên cánh

Do có tổn thất trong quá trình chuyển động của chất lỏng từ bánh bơm đến bánh turbine nên NT <

NB, mà MT = MB nên n T luôn luôn nhỏ thua n B ⇒ Tỉ số truyền: 1

n

niB

nnS

n n

n M

M N

N

B T B

T B T B

T = ⇒ η = =

=

MMB

T = )

Nhận xét :

VỊy khíp nỉi thụ lùc chØ truyÒn ®ưîc N vµ M khi nT<nB hay s≠0

T¹i chÕ ®ĩ lµm viÖc b×nh thưíng :

s = (2 ÷÷÷÷ 3)% ; ηηηη = 1 - s = (0,98 ÷÷÷÷ 0,97)

Khi nT cµng nhâ h¬n nB ( S cµng lín ) th× lưu lưîng qua khíp nỉi cµng lín, Q max khi S = 100% tøc lµ

n T = 0 toµn bĩ n¨ng lưîng cña chÍt lâng trong b¬m dïng ®Ó kh¾c phôc tưn thÍt cña dßng ch¶y tuÌn hoµn

trong khíp nỉi thụ lùc

Kết luận về tính chất của khớp nối thuỷ lực :

Trôc dĨn vµ trôc bÞ dĨn quay ®ĩc lỊp víi nhau; nT cê thÓ b»ng 0; sỉ vßng quay lín nhÍt cu¶ trôc bÞ dĨn ph¶i nhâ thua sỉ vßng trôc dĨn (2 ÷ 3)%

- Khịi ®ĩng vµ t¨ng tỉc ªm (th«ng qua trung gian lµ chÍt lâng)

- C¸c chi tiÕt lµm viÖc chñ yÕu Ýt bÞ mµi mßn v× kh«ng trùc tiÕp tiÕp xóc nhau

- H¹n chÕ sù xo¾n trôc (v× cê thÓ tù ®ĩng ®iÒu chØnh MB phï hîp víi Mc¶n)

- TruyÒn ®ĩng kh«ng ơn

- Cê thÓ ®¹t hiÖu suÍt cao (0,97 ÷÷÷÷ 0,98)

- Cê thÓ sö dông trong tù ®ĩng ho¸ vµ ®iÒu khiÓn tõ xa

Phạm vi sử dụng :

§iÒu chØnh sỉ vßng quay trôc bÞ dĨn khi sỉ vßng quay trôc dĨn kh«ng thay ®ưi

- Dïng cho c¸c m¸y cê momen khịi ®ĩng lín (cê thÓ ®Õn 30000KW)

- Hîp c«ng suÍt vµ ®¶o chiÒu c¸c m¸y VÝ dô: Hîp c«ng suÍt hai ®ĩng c¬ cïng kÐo mĩt ch©n vÞt tµu thụ vµ ®iÒu khiÓn tµu ch¹y lïi

II TÝnh to¸n mĩt sỉ th«ng sỉ cña khíp nỉi thụ lùc:

1 TÝnh momen:

XuÍt ph¸t tõ luỊt tư¬ng tù trong m¸y thụ lùc c¸nh dĨn, ta tÝnh ®ưîc momen quay truyÒn bịi khíp nỉi thụ lùc:

2 B

5 M

T

M

TL ⋅ γ ⋅ ⋅ λ

- λM TL: HÖ sỉ momen thụ lùc, phô thuĩc vµo kÝch thưíc tư¬ng ®ỉi cña khíp nỉi thụ lùc vµ tØ sỉ truyÒn i

C«ng thøc gÌn ®óng ®Ó tÝnh λM TL lµ :

( )

2 3 2

2 1

2

2 1 2

5 2 0 2

2 5 M

r

r 1

r

r s 1 1 R

r 1

30 8 g

= λ

5 N

N

TL⋅ γ ⋅ ⋅ λ

=

6

5 M B

B x

30 M

N

TLγ λ

π

= ω

30 π λ

= λ

λM TL và λN TL được xác định dựa vào kết quả thực nghiệm qua đồ thị λλλλM TL =f(i) hay f(s)

Từ các thông số trên , nếu cho trước các thông số N N ,γγγγN ,n N của KNTL nguyên hình và biết các thông số N M , γγγγM , n M , D M thì có thể tính được đường kính lớn nhất của khớp nối thuỷ lực nguyên hình (thực) D N

DN cũng được xác định theo công thức :

5 1

3 B N

max

n

ND

⋅λ

b) Đối với bánh turbine :

Z T thường lệch với Z B vài cánh để tránh sự trùng pha va đập

III Đường đặc tính của KNTL:

Các đường đặc tính thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện các kết quả tính toán , đánh giá tính năng làm việc và sự tiện lợi trong quá trình sử dụng

Trong truyền động thuỷ động, người ta gọi các thông số dùng trong tính toán thiết kế như H, Q, nB là

thông số trong ; còn các thông số để đặt hàng, chọn, sử dụng máy như N , M , ηηηη và n T là thông số ngoài

1 Đường đặc tính ngoài:

Đây là đường biểu thị mối quan hệ giữa các thông số ngoài Nó biểu diễn mối quan hệ giữa momen quay M, công suất NB , NT, hiệu suất η với nT khi nB=const Đường này được xây dựng bằng thực nghiệm 1) Chế độ không tải :

MB = MT = 0 ; s = 0 ; nB = nT ; N B = N T = 0 ; η = 0

2) Chế độ tính toán : η≈ηmax = 0,95 ữ 0,98

3) Chế độ hãm : (TBin đứng yên): Mmax; NBmax; NT = 0 ; nT = 0 Khi đó toàn bộ công suất bộ truyền biến thành nhiệt năng

Ví dụ : Ô tô dùng khớp nối thuỷ lực để truyền động

- Ô tô dừng : Động cơ làm việc, cắt ly hợp ⇒ khớp nối ở chế độ không tải

- Ô tô chuyển động với vmax⇒Khớp nối thuỷ lực ở chế độ tính toán ηmax

- Ô tô lên dốc: ⇒ Làm việc giữa điểm 2 và 3

- Ô tô trượt trong bùn: Bánh không quay, động cơ làm việc với Moment cản cực đại, khớp nối làm việc ở

n

i=

=η

Khi nT→ nB thì NT → 0, momen quay chỉ đủ thắng momen cản do ma sát và hiệu suất về giá trị 0 chứ không thể lên giá trị 1

2 Đường đặc tính tổng hợp :

7

Trong thực tế khớp nối có thể làm việc với những động cơ có số vòng quay thay đổi (nB=var) => sử

dụng đường đặc tính tổng hợp, biểu diễn quan hệ giữa M với n T khi n B thay đổi , ngoài ra còn có những

đường cong biểu diễn sự thay đổi M với các giá trị hiệu suất là như nhau (đường đồng hiệu suất)

3 Đường đặc tính qui dẫn :

Dùng để so sánh các khớp nối có kết cấu, kích thước, chất lỏng làm việc khác nhau

Đường này xây dựng trên cơ sở giá trị thực nghiệm và dựa theo công thức tương tự, với các đại lượng quy dẫn sau:

- Chứa đầy: Khi thể tích chất lỏng chiếm khoảng 90% thể tích buồng làm việc (đã khảo sát)

- Chứa không đầy: Khi thể tích chất lỏng nhỏ hơn 90% thể tích buồng làm việc Đường đặc tính trong trường hợp chứa không đầy sẽ cho thấy đường M bị uốn gập cục bộ và không liên tục , do đó xuất hiện vùng làm việc không ổn định ( M dao động đột ngột )

Giải thích :

Khi chất lỏng không đầy nó có thể chuyển động trong buồng làm việc theo 2 trạng thái :

- Chuyển động theo vòng khép kín nhỏ khi chất lỏng chảy vào bánh bơm với bán kính lớn

- Chuyển động theo vòng khép kín lớn khi chất lỏng chảy vào bánh bơm với bán kính nhỏ nhất (hình 7.13)

Sự biến đổi trạng thái chuyển động từ vòng khép kín nhỏ sang vòng khép kín lớn diễn ra đột ngột làm momen quay tăng vọt Trong khoảng quá độ từ trạng thái này sang trạng thái khác khớp nối làm việc không ổn định

Để khắc phục hiện tượng này người ta đặt đĩa chắn ở lối ra của bánh turbine ⇒ chất lỏng không thể chuyển động theo vòng khép kín lớn ⇒ khớp nối thuỷ lực chứa không đầy chất lỏng sẽ làm việc ổn định (ở trạng thái vòng khép kín nhỏ)

IV Phân loại:

1 Phân loại theo kết cấu:

- Khớp nối thuỷ lực có vành trong: có tác dụng làm cho dòng chảy hình thành trong buồng làm việc tốt hơn ( luôn luôn chuyển động ở trạng thái vòng khép kín lớn)

- Khớp nối thuỷ lực không có vành trong: chất lỏng làm việc tự nó chuyển động theo quĩ đạo tốt nhất, dòng chảy ít bị tổn thất năng lượng nhất

- Khớp nối thuỷ lực chỉ có một bánh công tác có vành trong

- Khớp nối thuỷ lực kép: dùng khi cần giảm kích thước đường kính do thiếu chỗ bố trí, nó gồm hai khớp nối ghép song song

Theo kết cấu bên trong cánh dẫn :

- Kết cấu thuỷ lực cánh phẳng hướng kính

- Kết cấu thuỷ lực cánh cong: kết cấu phức tạp hơn nhưng truyền được công suất lớn hơn so với loại cánh phẳng khi hai khớp nối cùng kích thước và hiệu suất

2 Phân loại theo tính chất điều chỉnh:

- Khớp nối thuỷ lực không điều chỉnh: vận tốc quay của trục dẫn nB=const, nT chỉ phụ thuộc vào momen tải trọng đặt trên trục bị dẫn

Để khắc phục sự tăng momen đột ngột khi hệ số trượt s tăng , ngoài việc dùng đĩa chắn , trong kết cấu của khớp nối thuỷ lực còn sử dụng buồng phụ 2 Tuỳ theo momen cản trên trục bị dẫn, lượng chất lỏng chứa trong buồng làm việc sẽ tự động thay đổi nhờ có buồng phụ thông với nó Khi s tăng thì lượng chất lỏng trong buồng làm việc giảm làm cho momen truyền không tăng đột ngột

8

- Khớp nối thuỷ lực điều chỉnh được: nT không những phụ thuộc vào Mcản mà còn phụ thuộc vào

vị trí cơ cấu điều chỉnh Cơ cấu này dùng để thay đổi lượng chất lỏng làm việc trong khớp nối, được điều chỉnh bằng tay hay tự động

3 Phân loại theo công suất truyền:

B – P – T (nghịch ): trục bị động và chủ động ngược chiều quay

b ) Phân loại theo kiểu bánh turbine:

Không chế tạo số cấp lớn hơn vì kết cấu phức tạp mà chỉ tiêu kinh tế không tăng nhiều

d ) Phân loại theo số buồng làm việc :

Loại này dùng để đảo chiều hoặc thay đổi vận tốc trong bộ truyền bằng cách đổ đầy hoặc tháo chất lỏng ra lần lượt các buồng

e ) Phân loại theo tính chất làm việc của bánh phản ứng:

g ) Biến tốc thuỷ lực không đảo chiều và đảo chiều: (trục bị dẫn)

Dùng loại đảo chiều trong động cơ tàu thuỷ để tàu tiến hay lùi

Nhược điểm cơ bản: Thay đổi momen quay ít (2ữ3 lần), nếu tăng hơn thì hiệu suất giảm Đối với máy vận chuyển thường kết hợp loại thuỷ-cơ (có biến tốc cơ khí loại vi sai hành tinh)

Khi qua bánh phản ứng , chất lỏng và bánh công tác không có sự trao đổi năng lượng vì bánh phản ứng cố

định; nhưng có sự thay đổi momen động lượng do vận tốc trước và sau bánh phản ứng thay đổi Sau đó chất lỏng lại được Bơm cung cấp năng lượng và lặp lại chu trình cũ Vòng chất lỏng làm việc là tuần hoàn kín Sơ đồ truyền momen được thể hiện trên hình vẽ

Như vậy bánh phản ứng làm nhiệm vụ :

- Dẫn dòng chất lỏng từ bơm đến TB sao cho tổn thất là ít nhất

- Tạo ra momen tác dụng lên dòng chảy

Momen trên bánh bơm: (sự thay đổi momen động lượng của của dòng chảy

qua bơm) MB=ρ.Q.(C2uB.r2B - C1uB.r1B)

Vậy trong biến tốc có cả sự thay đổi về vận tốc lẫn momen trên trục bị động so với trục chủ động MT ,

MB không thay đổi dấu, chỉ thay đổi về giá trị Còn MP có thể thay đổi cả giá trị và dấu

i= ; n1 , n2 là số vòng quay của trục bơm và trục TB

- Hệ số biến đổi momen:

B T 1

2

M

MM

N

K i N

=

B 2

B 2 B 2 p

p p 2

B 2 B B

F

rctgF

rctgQrQ

Trong phương trình MBkhông chứa tỉ số truyền i , vì vậy :

Kết luận : khi Q =const, nB=const thì MB không phụ thuộc i Vì vậy đường MB là đường song song với trục i , do đó điều kiện để MB không thay đổi là lưu lượng dòng chảy trong biến tốc không đổi và

r C r

C Q

r C r C Q M

=

Thay cu = U ư Cmctg β

+ MT tỉ lệ với lưu lượng Q và tỉ lệ bậc 1 với i

+ Nếu Q thay đổi thì quan hệ này rất phức tạp vì Q phụ thuộc i

+ Nếu Q = const thì MT là đường bậc 1 theo i

MT lớn nhất ở tỉ số truyền i = 0:

MT = 0 : tỉ số truyền ở chế độ không tải ikt , ikt được xác định bằng phương trình:

2 2

2

2 2 2

2 2 2

2

T B

B

B B

T

T T B

r ctg Q r

⋅

=

ω

β β

ω

i có thể lớn hoặc nhỏ hơn 1, thông thường i nằm trong khoảng từ 0,6 đến 1,7

∗ Đường hiệu suất :

i M

M M

M N

N

B

T

B B

T T

Thay giá trị MT , MB vào rồi biến đổi ta có :

d i c ) b i a ( M

⋅

⋅ ρ

Điều kiện cân bằng của biến tốc là : C2uT ⋅ r2T = C2up⋅ r2p

Vì r2T ≠ r2P ⇒ vectơ tốc độ tuyệt đối tại điểm ra của T và bánh phản ứng luôn khác nhau

Khảo sát quanh điểm 2 :

2

B 2 B 2 T

2

T 2 T 2 2

B 2 B

F

r ctg F

r ctg Q r

T

T T B

B T

F

r ctg F

r ctg Q r Q

M

2

2 2 2

2 2 2

2 0

β β

ω ρ

11

- Điểm 3: Chế độ quay đồng bộ :

nB=nT ⇒ i = 1

Điểm này có ở biến tốc có i kt > 1

Khi nB = nT thì giữa B và T không chỉ có chuyển động tương đối, vì vậy có thể nối cứng B và T bằng

ly hợp ma sát để truyền công suất thẳng từ động cơ đến bộ phận công tác, giảm tổn thất trong biến tốc

=> chế độ truyền thẳng

- Điểm 4 : Tương ứng với ηmax , gọi là chế độ tính toán

- Điểm 5 : Chế độ dừng: i = 0, η=0

MT=Mmax ( cực đại ) Trong chế độ này công suất biến thành nhiệt , ô tô máy kéo sử dụng biến tốc thuỷ lực khi khởi động thì dùng chế độ này

Trên đây là đặc tính lý thuyết ( tức Q không đổi hay Q = const ) , trên thực tế nhiều thông số có

sự biến động nên chúng ta phải khảo sát đặc tính thực nghiệm của biến tốc

2 Các đường đặc tính thực nghiệm của biến tốc :

c ) Đặc tính qui dẫn :

Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số biến đổi momen K , hệ số momen trên trục chủ động λ1, hiệu suất η với tỉ số truyền i Đường này cho phép đánh giá và so sánh các biến tốc khác nhau , đồng thời lựa chọn biến tốc cho động cơ

Đối với một biến tốc cho trước , đường qui dẫn của nó không thay đổi khi n1 , D thay đổi

Đường λ1có thể có các dạng khác nhau :

- i tăng λ1giảm

- i tăng λ1không thay đổi mấy

- i tăng λ1tăng hoặc λ1tăng rồi lại giảm

Kí hiệu

m 1 max 1

λ

λ

=

π là hệ số ảnh hưởng Trong đó

Tuy nhiên , các chế độ trên vẫn chưa đánh giá được hết tính chất biến đổi của khớp nối, vì vậy người

ta còn dùng thêm hệ số Kp là hệ số biến đổi momen ứng với hiệu suất cho phép nhỏ nhất mà xe máy chấp nhận Xe máy chỉ làm việc trong vùng từ ηp →η∗ Chế độ này có tỉ số truyền ip, thông thường , người

ta lấy ηp nằm trong khoảng từ 75→ 85 % Để dễ hiểu thông số này thường được cho bằng cách kí hiệu (trong K ) Ví dụ : Kp80 tức là ηp= 80 %

3 Đặc tính ngoài toàn phần của biến tốc thuỷ lực :

Các đặc tính trên đều xây dựng ở chế độ làm việc bình thường của biến tốc , ta gọi là chế độ kéo Ngoài ra biến tốc có thể được làm việc với những chế độ khác nhau , vì vậy phải khảo sát đặc tính toàn phần

- Do tác dụng của Mcan trên trục T có khi bánh T quay ngược chiều với bánh B ta gọi đó là chế độ quay ngược Trong chế độ này cột áp T tác dụng ngược trở lại cột áp bơm

Lưu lượng dòng cơ bản : Q=QB+QT sẽ giảm dần vì QT ngược chiều QB , Q = 0 tại một giá trị nào đó của Mcan , sau đó dòng chảy đổi dấu nhưng MT và MB không đổi dấu , giá trị của MBkhông thay đổi nhiều Khi Q = 0 , do ma sát nên MT và MB không giảm tới 0

- Chế độ vượt : Tại chế độ này T quay cùng chiều với B nhưng nhanh hơn B đóng vai trò của T

và T sẽ đóng vai trò của B Năng lượng truyền từ trục bị động sang trục chủ động

Trong chế độ này MT↓→<0 , HT >HB , Q↓→0 , sau đó dòng chất lỏng đổi chiều chuyển động

từ T sang B MT đổi dấu còn MB giảm , sau đó đổi dấu và lại tăng

Các chế độ này thường xuất hiện khi ô tô lên xuống dốc

13

I Đường đặc tính ngoài: biểu thị mối quan hệ giữa các thông số ngoài Đó là mối quan hệ giữa momen

quay M, công suất NB,NT, hiệu suất η theo nTkhi nB= const Đường này được xây dựng bằng thực nghiệm

Khi đó toàn bộ công suất bộ truyền biến thành nhiệt năng

Ví dụ: Ô tô dùng khớp nối thuỷ lực để truyền động

- Ô tô dừng: Động cơ làm việc, cắt ly hợp ⇒ khớp nối ở chế độ không tải

- Ô tô chuyển động với vmax⇒Khớp nối thuỷ lực ở chế độ tính toán ηmax

- Ô tô trượt trong bùn : Bánh không quay, động cơ làm việc với Moment cản cực đại, khớp nối làm việc ở chế độ hãm

n

i=

=η

- Khi nT→nB thì khi đó công suất NT→0, momen quay chỉ đủ thắng momen cản do ma sát và hiệu suất về giá trị 0 chứ không thể lên giá trị 1

- Chứa đầy : Khi thể tích chất lỏng chiếm khoảng 90% thể tích buồng làm việc

- Chứa không đầy: Khi thể tích chất lỏng nhỏ hơn 90% thể tích buồng làm việc Đường đặc tính trong trường hợp chứa không đầy sẽ cho thấy đường M bị uốn gập cục bộ và không liên tục, do đó xuất hiện vùng làm việc không ổn định (M dao động đột ngột)

Giải thích :

Khi chất lỏng không đầy nó có thể chuyển động trong buồng làm việc theo 2 trạng thái:

- Chuyển động theo vòng khép kín nhỏ khi chất lỏng chảy vào bánh bơm với bán kính lớn (hình 4.5 c)

- Chuyển động theo vòng khép kín lớn khi chất lỏng chảy vào bánh bơm với bán kính nhỏ nhất(hình 4.5 d)

Sự biến đổi trạng thái chuyển động từ vòng khép kín nhỏ sang vòng khép kín lớn diễn ra đột ngột làm momen quay tăng vọt Trong khoảng quá độ từ trạng thái này sang trạng thái khác khớp nối làm việc không ổn định

H 4.3: Đường đặc tính qui dẫn H 4.4: Trường hợp chứa không đầy

H.4.5: Chất lỏng chứa không đầy buồng làm việc

Víi MB ta cã : MB = ρQ(C2uB.R2B - C1uB.R1B)

XÐt biÕn tèc B-T-P, v× C1uB.R1B = C2uP.R2P

Moment trªn trôc b¸nh tuabin:

( 1 1 2 2 ) ( 2 2 2 2 )

M =ρQ C R −C R =ρQ C R −C R H.4.6:

H.4.7: §Æc tÝnh cña biÕn tèc thuû lùc

2 2 2

2 2 2

B

B B

T

T T B

B

F

R ctg F

R ctg Q R Q

Nhận xét :

ư MT tỉ lệ với lưu lượng Q và tỉ lệ bậc 1 với i

ư Nếu Q thay đổi thì quan hệ này rất phức tạp vì Q cũng phụ thuộc i

ư Nếu Q không thay đổi ( tức Q = const) thì MT là đường bậc1 theo i

ư MT lớn nhất ở tỉ số truyền i = 0: ( điểm A )

T T B

B i

T

F

R ctg F

R ctg Q R Q

M

2

2 2 2

2 2 2

2 )

0 (

ββ

ωρ

ư Khi MT=0 : tỉ số truyền ở chế độ không tải ikt

2 2

2

2 2 2

2 2 2

2

T B

B

B B T

T T B

B kt

R

F

R ctg F

R ctg Q R i

M N

N

B T

B B

T T

Thay giá trị MT, MB vào rồi biến đổi ta có:

d ci b i a M

Q i

B

+

=+

ρη

Vậy : Điều kiện cân bằng của biến tốc là : C2uT.R2T = C2uP.R2P

Vì R2T≠R2P ⇒ vec tơ vận tốc tuyệt đối tại điểm ra của Tuabin và của bánh phản ứng luôn khác nhau

Khảo sát quanh điểm 2:

- Bên trái điểm 2: MP >0 ⇒MT >MB

- Càng gần điểm 2: Mp càng giảm, tại điểm 2: Mp= 0

- Bên phải điểm 2: MP <0 ⇒MT <MB

⇒ tại điểm 2: MP đổi dấu (MP: momen của chất lỏng tác dụng lên bánh phản ứng)

Người ta lợi dụng sự đổi dấu của MP ở chế độ này để tạo biến tốc hỗn hợp, khi đạt đến giá trị i(2) tức là

MB=MT , bánh phản ứng sẽ quay được và biến tốc làm việc như 1 khớp nối, hiệu suất ở vùng có tỉ số truyền i lớn sẽ cao hơn

Điểm 3: Chế độ quay đồng bộ: nB = nT ⇒ i =1

Điểm này có ở biến tốc có ikt > 1 Khi nB = nT thì giữa Bơm và Tuabin không có chuyển động tương đối, vì vậy có thể nối cứng Bơm và Tuabin bằng ly hợp ma sát để truyền công suất thẳng từ động cơ đến bộ phận công tác, giảm tổn thất trong biến tốc ⇒ còn được gọi là chế độ truyền thẳng

17

Điểm 4: Chế độ tính toán, tương ứng với ηmax; i = i*

Điểm 5: Chế độ dừng: nT=0, MT = max (cực đại ), i = 0, η=0

Trong chế độ này công suất biến thành nhiệt, ô tô máy kéo sử dụng biến tốc thuỷ lực khi khởi động thì dùng chế độ này

Khi khảo sát đặc tính lý thuyết thì Q = const, trên thực tế nhiều thông số có sự biến động nên chúng

ta phải khảo sát đặc tính thực nghiệm của biến tốc

2 Các đường đặc tính thực nghiệm của biến tốc:

a Đặc tính ngoài: (H 4.7) Biểu diễn quan hệ giữa M1, M2 theo n2 (hoặc i) khi n1 không đổi

Nhận xét: Moment cản Mc tăng thì n2 giảm, vì vậy M2 tăng để cân bằng Mc⇒ biến tốc có thể tự động điều chỉnh M2 và n2 để thích hợp với Mc, tạo thành hộp số vô cấp Nhược điểm: hiệu suất là đường parabol, do vậy ở vùng i thấp hay i cao thì η đều thấp

b Đặc tính tổng hợp: Đặc tính ngoài xây dựng với n1= const Trong thực tế n1 có thể thay đổi nên phải xây dựng đặc tính tổng hợp biểu diễn quan hệ giữa M1, M2 theo n2 ứng với các giá trị n1 khác nhau

c Đặc tính qui dẫn: Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số biến đổi momen K, hệ số momen trên trục chủ

động λMB, hiệu suất η theo tỉ số truyền i Đường này cho phép đánh giá và so sánh các biến tốc khác nhau, đồng thời lựa chọn biến tốc cho động cơ

Đối với một biến tốc cho trước, đường qui dẫn của nó không thay đổi khi n1, D thay đổi

max 1

λ

λ

=

π là hệ số ảnh hưởng

λ1max là hệ số momen lớn nhất (thông thường là hệ số momen ở chế độ i = 0 hoặc ở gần chế độ này)

λ1m là hệ số momen ở chế độ khớp nối M1 = M2 hay K = 1

π>1 : Biến tốc có hệ số ảnh hưởng thuận Biến tốc này có M1 thay đổi khi tải trọng thay đổi , được gọi là biến tốc nhạy cảm

Xe máy chỉ làm việc trong vùng từ ηP đến ηmax Chế độ này có tỉ số truyền iP, thông thường ηP = 75→ 85

% Để dễ hiểu thông số này thường được cho bằng cách kí hiệu trong hệ số biến đổi moment Ví dụ :

M =λ γ Nên một biến tốc nhất định sẽ có γ1 , D1 không đổi Tương ứng với λ1 nào đó sẽ có M1 tỉ lệ với n12 Như vậy ta lập đặc tính quy dẫn trước rồi xây dựng đường đặc tính trên trục dẫn

Xét 2 trường hợp :

λ1 = const

λ1 thay đổi ( π>1)

3 Đặc tính ngoài toàn phần của biến tốc thuỷ lực :

Các đặc tính trên đều xây dựng ở chế độ làm việc bình thường của biến tốc, ta gọi là chế độ kéo Ngoài ra biến tốc có thể được làm việc với những chế độ khác nhau, vì vậy phải khảo sát đặc tính toàn phần

- Do tác dụng của Mcản trên trục TB, có khi bánh TB quay ngược chiều với bánh B ta gọi đó là chế độ quay ngược Trong chế độ này cột áp TB tác dụng ngược trở lại cột áp bơm

Lưu lượng dòng cơ bản : Q=QB+QT sẽ giảm dần vì QT ngược chiều QB, Q = 0 tại một giá trị nào đó của Mcản , sau đó dòng chảy đổi chiều nhưng MT và MB không đổi dấu, giá trị của MB không thay đổi nhiều Khi Q = 0, do ma sát nên MT và MB không giảm tới 0

- Chế độ vượt: Tại chế độ này TB quay cùng chiều với Bơm nhưng nhanh hơn Bơm đóng

vai trò của TB và TB sẽ đóng vai trò của Bơm Năng lượng truyền từ trục bị động sang trục chủ động

Trong chế độ này MT↓→ 0, HT>HB , Q ↓→ 0 , sau đó dòng chất lỏng đổi chiều chuyển động từ TB sang Bơm MT đổi dấu còn MB giảm, sau đó đổi dấu và lại tăng Các chế độ này thường xuất hiện khi ô tô lên xuống dốc

19

TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH

Đ1 Khái niệm :

Để truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến cơ cấu chấp hành , ngoài cách dùng các loại truyền

động điện , cơ khí , điện – khí nén người ta còn dùng truyền động thuỷ lực Có hai loại truyền động thuỷ lực là truyền động thuỷ động và truyền động thể tích

Khác với truyền động thuỷ động, truyền động thể tích dựa vào tính không nén (khó nén) của dòng chất lỏng (dầu cao áp) để truyền áp năng, do đó có thể truyền được xa mà ít tổn thất năng lượng

Truyền động thể tích có 3 yếu tố:

1: Bơm cung cấp dầu áp suất lớn

2: Động cơ thuỷ lực kiểu thể tích

3: Bộ phận biến đổi và điều chỉnh (thiết bị điều khiển, đường ống, các thiết bị phụ)

Trong đó 1 và 2 là cơ cấu biến đổi năng lượng

Dựa vào dạng chuyển động của động cơ thuỷ lực (bộ phận chấp hành), ta có thể có truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay hoặc chuyển động tuỳ động, đó là những chuyển

động trong các máy công cụ, hệ thống lái máy bay, hệ thống phanh hay nâng ben ô tô, hệ thống tự động

Ưu điểm :

- Trọng lượng trên 1 đơn vị công suất nhỏ

- Hiệu suất cao

- Đảo chiều đơn giản, điều chỉnh vô cấp vận tốc bộ phận chấp hành

- Chuyển động êm

- Độ nhạy và độ chính xác cao, điều khiển nhẹ nhàng

- Tạo lực tác dụng lớn khi cần thiết

Nhược điểm :

- Do áp suất làm việc cao nên khó làm kín các bộ phận làm việc, các chi tiết có độ chính xác cao nên giá thành đắt

- Yêu cầu cao về chất lỏng làm việc

- Vận tốc truyền xung thuỷ lực khá nhỏ: a =100

F = p.S S: diện tích bề mặt làm việc của piston

Lực F sẽ thắng lực cản Fcản là lực của tải trọng (phụ tải) tác dụng lên cần piston

20

Như vậy áp suất chất lỏng do Bơm tạo nên phụ thuộc chủ yếu vào phụ tải, do đó phải chọn Bơm sao cho

đảm bảo áp suất làm việc lớn nhất và công suất cần thiết :

Q

v =

Nếu cơ cấu chấp hành có chđộng quay:

dc q

Q K

ω = với Kq: hệ số lưu lượng riêng

I Nhắc lại các tính chất cơ bản của chất lỏng:

Phải xét đến yêu cầu của chất lỏng làm việc vì chất lỏng làm việc thường là dầu khoáng , làm việc trong phạm vi dao động áp suất lớn

β

=