Mô hình toán dòng dò rỉ trong máy thủy lực thể tích và khả năng ứng dụng băng thử công suất nhỏ tiến hành kiểm tra đặc tính các máy thủy lực điều chỉnh công suất lớn

Từ những nhu cầu thực tế trên em đã chọn đề tài : “Mô hình toán dòng dò rỉ trong máy thủy lực thể tích và khả năng ứng dụng băng thử công suất nhỏ tiến hành thử kiểm tra đặc tính các máy

Trang 1

LỰC ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ

Hà Nội – 2012

Trang 2

GVHD: TS Hoàng Sinh Trường ~ 1 ~ HV: Nguyễn Mạnh Hưng

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Danh mục các bảng, bản vẽ

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ THỦY LỰC Ở NƯỚC TA HIỆN NAY 6

1.1 ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC 6

1.1.1 Các thiết bị thủy lực sử dụng trong ngành sản xuất vật liêu xây dựng và xây dựng 6

1.1.2 Máy thủy lực sử dụng Trong giao thông vận tải dân dụng và công nghiệp 8

1.1.3 Máy thủy lực sử dụng trong công nghiệp cơ khí, công nghiệp gia công nhựa, gia công hàng dân dụng 10

1.1.4 Trong thủy lợi và nhà máy thủy điện 12

1.1.5 Máy thủy lực sử dụng trong ngành công nghiệp tàu biển 13

1.2 NHU CẦU SỬA CHỮA VÀ KIỂM THỬ MÁY THỦY LỰC Ở NƯỚC TA HIỆN NAY 14

1.2.1 Nhu cầu sửa chữa máy thủy lực hiện nay 14

1.2.2 Các loại băng thử thủy lực trong và ngoài nước hiện nay 16

1.2.3 Băng thử của nước ngoài 18

CHƯƠNG II: HIỆU SUẤT THỂ TÍCH TRONG MÁY THỦY LỰC VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO MÔ HÌNH BĂNG THỬ SỐ VÒNG QUAY THẤP 19

2.1 CÁC DẠNG RÒ RỈ TRONG MÁY THỦY LỰC 20

Trang 3

2.1.1 Dòng rò rỉ trong bơm và động cơ bánh răng 20

2.1.2 Rò rỉ trong bơm và động cơ cánh gạt 22

2.1.3 Dòng rò rỉ trong bơm và động cơ rotor hướng trục 24

2.1.4 Dòng rò rỉ trong bơm và động cơ rotor hướng kính 27

2.1.5 Dòng rò rỉ trong xy lanh và thiết bị thủy lực khác 29

2.2 CÁC BÀI TOÁN MÔ PHỎNG 30

2.2.1 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song cố định 30

2.2.2 Dòng chảy dọc trục giữa hai trụ tròn 31

2.2.3 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm chuyển động theo phương dòng chảy 32

2.2.4 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm chuyển động ngược chiều dòng chẩy 36

2.2.5 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm chuyển động quay 37 2.3 THỬ NGHIỆM CHỨNG MINH 38

2.3.1 Chọn thiết bị thử nghiệm 38

2.3.2 Chọn băng thử thử nghiệm 40

2.3.3 Phương pháp thử nghiệm 41

2.3.4 Kết quả thử nghiệm 46

2.4 KẾT LUẬN 52

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BĂNG THỬ THỦY LỰC PHỤC VỤ THỬ NGHIỆM CÁC BƠM VÀ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC 53

3.1 CHỨC NĂNG CỦA BĂNG THỬ THỦY LỰC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY TẢI KHI THỬ 53

3.1.1 Chức năng băng thử 53

3.1.2 Các phương pháp gây tải cho thiết bị thủy lực khi thử 55

Trang 4

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THỦY LỰC CỦA BĂNG THỬ 57

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC CHO BĂNG THỬ 59

3.3.1 Thông số đầu vào 59

3.3.2 Lựa chọn loại bơm nguồn 59

3.3.3 Tính áp suất và lưu lượng thiết kế cho bơm 61

3.3.4.Tính chọn động cơ điện dẫn động 61

3.3.5 Xác định kích thước piston 62

3.3.6 Xác định lại lưu lượng và áp suất cấp vào hệ thống 63

3.3.7 Tính block xy lanh 63

3.3.8 Toán xác định kích thước đĩa phân phối 64

3.3.9 Chọn ổ lăn 65

3.3.10 Kết luận chọn bơm nguồn 65

3.4 LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ THỦY LỰC 66

3.4.1 Nguyên lý làm việc chung 66

3.4.2 Phân loại động cơ thủy lực 66

3.4.3 Lựa chọn động cơ thủy lực 69

3.5 TÍNH TRỌN VAN VÀ TRẠM NGUỒN 71

3.5.1 Chọn van an toàn 71

3.5.2 Chọn van tiết lưu 71

3.5.3 Tính toán đường ống thủy lực 72

3.5.4 Tính chọn bộ lọ 73

3.5.5 Tính toán thiết kế bể dầu 75

3.5.6 Tính toán nhiệt hệ thống thủy lực 78

3.5.7 Các thiết bị đo và phụ trợ đi kèm 80

Trang 5

3.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BĂNG THỬ 83

3.6.1 Thử bơm 83

3.6.2 Thử động cơ 85

3.6.3 Thử xy lanh 87

3.6.4 Thử các thiết bị khác 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

Trang 6

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay nền công nghiệp của đất nước ta đang trong quá trình thực hiện công nghiệp hóa – hiện đại hóa Trong quá trình phát triển từ giai đoạn đầu của nền công nghiệp đến nay những máy móc thủy lực đã nhập về được sử dụng trong thời gian dài đã bắt đầu có hỏng hóc cần phải sửa chữa Những máy móc thủy lực trên đã được các nước tiên tiến chế tạo đã lâu nên không còn sản xuất mới hoặc có sản xuất mới nhưng giá thành nhập về cao, mà nền công nghiệp của nước ta chưa sản xuất được Vì vậy nhu cầu sửa chữa các máy móc này là rất cần thiết và được quan tâm Tại Việt Nam đội ngũ sửa chữa chuyên nghiệp còn rất ít kỹ sư, công nhân được đào tạo và chuyên ngành còn hạn chế nên chủ yếu công việc sửa chữa khắc phục sự cố đều dựa vào kinh nghiệm là chính Sau khi sửa chữa xong thì kết quả khó kiểm tra được hoặc để kiểm tra

được thì rất tốn kém Từ những nhu cầu thực tế trên em đã chọn đề tài : “Mô hình toán dòng dò rỉ trong máy thủy lực thể tích và khả năng ứng dụng băng thử công suất nhỏ tiến hành thử kiểm tra đặc tính các máy thủy lực điều chỉnh công suất lớn” làm luận văn của mình

Bản luận văn gồm có 3 phần chính sau:

- Chương I : Tổng quan và hiện trạng sử dụng thiết bị thủy lực ở nước ta hiện nay

- Chương II : Hiệu suất thể tích trong máy thủy lực và cơ sở lý thuyết cho mô hình băng thử số vòng quay thấp

- Chương III: Tính toán thiết kế băng thử thủy lực số vòng quay thấp phục vụ kiểm thử các loại bơm và động cơ thủy lực

Trang 7

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ

THỦY LỰC Ở NƯỚC TA HIỆN NAY

Thủy lực ngày nay đã dần xâm nhập vào hầu hết tất cả các lĩnh vực trong đời sống nhất là trong công nghiệp, xây dựng và dân dụng Thủy lực ngày một chiếm tỷ trọng lớn trong các ngành công nghiệp và hầu hết tất cả các thiết bi công nghiêp đều sử dụng đến thủy lực

1.1 ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

1.1.1 Các thiết bị thủy lực sử dụng trong ngành sản xuất vật liêu xây dựng và xây dựng

Thiết bị thủy lực trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng chủ yếu là những thiết bị

có công suất cao và làm việc trong các điều kiện hết sức khắc nhiệt Các thiết bị hoạt động trong điều kiện bụi bẩn có nhiều cát và làm việc gần như 24/24 nhiệt độ của môi trường rất cao đòi hỏi chất lượng thiết bị phải thật tốt và phải thường xuyên được bảo dưỡng và sửa chữa

Hình 1.1:Động cơ thủy lực quay lô nghiền đập liệu trong nhà máy xi măng Bỉm Sơn

(Thanh Hóa)

Trang 8

Hình1.2: Trạm nguồn thủy lực hệ thống máy nghiền của nhà máy xi măng

Hình 1.3 Kích thủy lực sử dụng trong việc lao dầm cầu và di chuyển nhà

Trang 9

1.1.2 Máy thủy lực sử dụng Trong giao thông vận tải dân dụng và công nghiệp

Máy xúc là thiết bị có hiệu quả rất cao trong việc đào đắp đất đá nó có thể thay thế hàng nghìn người Máy xúc ra đời là một cuộc cách mạng của ngành thủy lực giúp chúng ta có những công trình thủy lợi và xây dựng rất lớn mà nếu sử dụng sức người phải mất nhiều năm và chi phí tốn kém.Tất cả các loại xe ô tô, xe máy đều có hệ thống thủy lực các hệ thống trợ lực tay lái, phanh, đóng mở cửa, dẫn động bánh xe, dẫn động gầu…

Hình1.4: Máy xúc trong ngành khai thác than

Trang 10

Hình 1.5 : Hệ thống xy lanh thủy lực điều khiển càng máy bay

Hình 1.6: Thiết bị thủy lực lắp trên máy xúc

Trang 11

1.1.3 Máy thủy lực sử dụng trong công nghiệp cơ khí, công nghiệp gia công nhựa, gia công hàng dân dụng

Thủy lực chiếm một tỷ trọng khá lớn các loại máy dập máy đột, các gá kẹp trong các máy CNC, do những ứng dụng rất kinh tế của nó mà được ứng dụng rất lớn

Máy ép nhựa sử dụng hệ dẫn động thủy lực quay trục vít, các xy lanh kẹp giữ khuôn

Hình 1.7 : Động cơ thủy lực trong máy ép nhựa

Trang 12

Hình 1.8 : Máy ép thủy lực

Hình 1.9: Máy sấn tôn thủy lực

Trang 13

1.1.4 Trong thủy lợi và nhà máy thủy điện

Hình 1.10: Xy lanh đóng mở van cho nhà máy thủy điện

Do những đặc điểm vượt trội về mặt kết cấu và công suất nên máy thủy lực được ứng dụng rất nhiều vào trong thủy lợi, thủy điện nhằm đóng mở các van xả lũ, điều chỉnh cánh hướng…

Hình 1.11: Điều tốc thủy điện trong nhà máy thủy điện Đăcksrông

Trang 14

1.1.5 Máy thủy lực sử dụng trong ngành công nghiệp tàu biển

Chiếm một giá trị rất lớn từ hệ thống lái tới hệ thống cẩu, hệ thống đóng mở cửa boong tàu Mỗi năm cũng cần tới gần 200 triệu USD phục vụ cho sửa chữa và đầu tư mới đó là khoản tiền không nhỏ mà chúng ta phải bỏ ra

Hình 1.12: Máy lái tầu thủy

Hình 1.13: Hệ thống kéo tời neo bằng thủy lực trong tầu biển

Trang 15

1.2 NHU CẦU SỬA CHỮA VÀ KIỂM THỬ MÁY THỦY LỰC Ở NƯỚC TA HIỆN NAY

1.2.1 Nhu cầu sửa chữa máy thủy lực hiện nay

Sau một thời gian làm việc lâu dài trong điều kiện khắc nhiệt các thiết bị thủy lực

sẽ có những hỏng hóc và cần được sửa chữa và thay thế Những hỏng hóc thường gặp trong ngành chủ yếu là hiện tượng xước tại các mặt làm kín có chuyển động tương đối với nhau, và các phá hủy làm tăng độ kín khít khác

Ví dụ: Như trong xy lanh hỏng hóc chủ yếu là xước cần xy lanh dẫn đến dò rỉ dầu thủy lực ở đầu cần, xước ống xy lanh dẫn đến hiện tượng tổn thấp áp suất làm việc

Hình 1.14: Động cơ 6070 tháo ra sửa chữa

Hiện tượng xước block xy lanh và xước đĩa phân phối hoặc trục phân phối trong bơm và động cơ piston hướng trục và hướng kính

Trang 16

Hình 1.15: Mặt block xy lanh bị xước

Do thủy lực là lĩnh vực cơ khí chính xác cao đòi hỏi việc sửa chữa và phục hồi khá phức tạp và yêu cầu kỹ thuật chính xác, máy móc đòi hỏi có độ chính xác cao Nên chỉ có 1 số ít doanh nghiệp có đội ngũ kỹ sư được đào tạo bài bản có trình độ có khả năng đảm nhận công việc này còn lại phần đông là sửa chữa theo kinh nhiệm và thay thế thiết bị là chính

Song việc thay thế sửa chữa cũng gặp khá nhiều khó khăn do có rất ít thiết bị kiểm tra đánh giá chính xác được hiện trạng thiết bị sau khi sửa chữa và gây ra nhiều tranh cãi Hoặc khi sửa chữa xong lắp vào máy chạy thử không được lại tháo xuống sửa chữa thì rất mất công Mà thường thì máy móc thiết bị thì không ở gần nơi sửa chữa nên phải mất công vận chuyển thiết bị đến nơi sửa chữa và đi về thì chi phí quá lớn Do đó nhu cầu thử nghiệm tại nơi sửa chữa là nhu cầu cần thiết và quan trọng

Tại Việt Nam đang có rất ít cơ sở có băng thử thủy lực chứ không nói gì đến những băng thử có đủ công suất và thiết bị để thử tất cả các thiết bị thủy lực công suất lớn

Trang 17

1.2.2 Các loại băng thử thủy lực trong và ngoài nước hiện nay

1.2.2.1 Băng thử lắp ráp sử dụng tại công ty TNHH Nam Hải

Băng thử lắp tại công ty Nam Hải có công suất lớn sử dụng 2 động cơ điện công suất lớn lai 2 bơm A10VSO có khả năng biến đổi vận tốc động cơ điện từ thấp đến cao rất từ từ bằng 2 biến tần có công suất lớn và giá thành rất cao Thiết bị đo được xuất ra tín hiệu số và được hiển thị trên máy tính, băng thử có thể vẽ trực tiếp đồ thị biển diễn quan hệ giữa lưu lượng và áp suất của thiết bị thử Tuy nhiên do sử dụng động cơ điện nên công suất nhỏ và khi thử những thiết bị có công suất lớn băng thử chỉ vẽ được những đoạn đầu của đồ thị đặc tính của thiết bị Băng thử có thể thử được những hệ thống hở

1.2.2.2 Băng thử lắp đặt tai công ty Vạn Xuân

Các thiết bị và thông số cơ bản cơ bản

1 Động cơ Diezel

-Hãng: HINO -Model: 750 -Công suất: 500 (hp) -Tốc độ: 2500( v/phút) 2.Bơm chính

Trang 18

5 Đồng hồ đo lưu lượng

-Webtec

-Model: LT 50.HPM 460 -Lưu lượng: 20=>400 (LPM)

-Áp suất tối đa: 460 (bar)

Đo áp suất bằng đồng hồ cơ

Đo lưu lượng bằng đầu đo điện tử hiển thị số

Thử hệ thống kín

Hình 1.16: Băng thử thủy lực tại công ty Vạn Xuân

Trang 19

1.2.3 Băng thử của nước ngoài

Hình 1.17: Băng thử thủy lực của hãng Dynamometers

Hình 1.18 : Băng thử thủy lực MARUMA Nhật Bản

Trang 20

CHƯƠNG II: HIỆU SUẤT THỂ TÍCH TRONG MÁY THỦY LỰC VÀ CƠ SỞ

LÝ THUYẾT CHO MÔ HÌNH BĂNG THỬ SỐ VÒNG QUAY THẤP

* Trong các hệ thống truyền động thủy lực thể tích tồn tại chủ yếu ba dạng tổn thất công suất Đó là :

-Tổn thất cơ khí do ma sát -Tổn thất thủy lực (áp suất) -Tổn thất thể tích do dò rỉ

* Khi vận hành khai thác các hệ truyền động thủy lực, ba loại tổn thất này luôn tồn tại đồng thời Tuy nhiên tổn thất cơ khí và tổn thất thủy lực hầu như rất ít thay đổi nên không có ảnh hưởng nhiều tới đặc tính vận hành của hệ thống Riêng tổn thất thể tích luôn tăng dần và có ảnh hưởng rất lớn, thường là mang tính quyết định khả năng làm việc của hệ thống Kết luận trên là hoàn toàn hợp logic Ta đã biết, các máy thủy lực thể tích làm việc trên nguyên lý “nén chất lỏng trong thể tích kín”, một khi “thể tích không kín” (do rò rỉ) thì đặc tính vận hành của hệ thống cũng sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp

Trong các loại máy thủy lực thể tích nói riêng cũng như hệ truyền động thủy lực thể tích nói chung, tổn thất thể tích thường tồn tại dưới các dạng sau đây:

- Tổn thất dạng dòng chảy qua khe hẹp giữa hai tấm phẳng có khe hở và độ chênh áp suất

- Tổn thất dạng dòng chảy qua khe hẹp giữa hai tấm phẳng hoặc giữa hai trụ tròn trong đó có một tấm chuyển động thẳng (trong máy thủy lực cánh gạt, bánh răng, piston rotor hướng trục …)

- Tổn thất dạng dòng chảy qua khe hẹp giữa hai tấm phẳng, trong đó có một tấm chuyển động quay (đĩa phân phối, mặt đầu )

Dựa trên cơ sở những nhận xét trên đây ta có thể thấy rằng tổn thất thể tích nói riêng hay tổn thất công suất nói chung của các loại máy thủy lực thể tích có thể được mô

Trang 21

A

hình hóa bằng các bài toán cơ bản Ta sẽ xem xét cụ thể tổn tất thể tích tại những thiết bị

sau đây

2.1 CÁC DẠNG RÒ RỈ TRONG MÁY THỦY LỰC

2.1.1 Dòng rò rỉ trong bơm và động cơ bánh răng

1-Thân bơm, 2- Mặt bích, 3- trục bơm, 4&5- Bạc chặn, 6- Nắp, 7&8- Bánh răng 9-

Phớt làm kín Hình 2.1: Bơm và động cơ bánh răng Dạng rò rỉ A: Là dạng rò rỉ giữa 2 mặt đứng yên Gồm mặt bạc trặn và thân bơm,

thân bơm và nắp cũng như mặt bích chạy qua phớt, giữa 2 bánh răng với nhau tại vị trí

ăn khớp Dạng rò rỉ này có khe hở không thay đổi trong quá trình vận hành, chỉ khi hỏng phớt làm kín thì khe hở tăng và làm tổn thất lưu lượng ra ngoài bơm Khi dạng rò rỉ này xuất hiện cách khắc phục là thay phớt làm kín

Dạng rò rỉ B: Là dạng rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt chuyển động thẳng một mặt

đứng yên Gồm bánh răng và thân bơm, ở đây chiều rộng đỉnh bánh răng là nhỏ so với chu vi của thân bơm nên ta có thể coi đây là rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt đứng yên mà một mặt chuyển động tịnh tiến Khe hở giữa 2 mặt này bị lớn dần theo thời gian Mặt bị mòn chủ yếu là mặt cong của thân bơm, tại thân bơm được chế tạo bằng vật liệu mềm

Trang 22

hơn vật liệu làm bánh răng Dạng rò rỉ này xẩy ra ta chỉ còn cách thay thân bơm mới vì công nghệ gia công thân bơm của chúng ta còn kém và vật liệu làm thân bơm mới cũng chưa chuẩn

Dạng rò rỉ C: Là dạng rò rỉ giữa 2 mặt 1 mặt đứng yên và một mặt quay Gồm

bánh răng và bạc chặn, 2 trục động cơ và bạc chặn, trục động cơ và phớt cổ trục Sau thời gian vận hành thì phớt lò xo tại cổ trục có thể bị mòn và gây rò rỉ dầu ra ngoài, rò rỉ này không ảnh hưởng lớn tới áp suất và lưu lượng của thiết bị cách khắc phục là thay phớt Mặt tiếp xúc giữa bánh răng và bạc chặn rất dễ mòn, xước Rò rỉ này ảnh hưởng trực tiếp tới lưu lượng và áp suất của thiết bị Cách khắc phục là mài phẳng mặt của bạc chặn và mặt của bánh răng cho hết viết xước sau đó đo đạc và mài mặt thân bơm sao cho bù được độ mòn và độ dầy mài của 2 mặt Khe hở của trục và bạc chặn thường ít thay đổi và khi đã làm kín mặt bánh răng và mặt bạc chặn thì sẽ không có dầu rò rỉ chảy

ra qua khe hở này

Hình 2.2: Bơm và động cơ bánh răng ăn khớp trong

Trang 23

2.1.2 Rò rỉ trong bơm và động cơ cánh gạt

Hình 2.3: Bơm và động cơ cánh gạt Dạng rò rỉ A: Dạng rò rỉ có 2 mặt đứng yên Gồm khe hở giữa 2 bích 2 đầu bơm

với thân bơm khe hở của đầu côn cút Dạng rò rỉ này thường dễ sử lý và ít ảnh hưởng đến thiết bị, chỉ cần thay gioăng làm kín giữa các mặt cố định và xiết chặt bu long là có thể khắc phục được

Dạng rò rỉ B: Dạng rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt chuyển động thẳng còn một mặt

đứng yên, đó là rò rỉ giữa mặt lưỡi gạt và thân bơm Do độ dầy của lưỡi gạt nhỏ hơn rất nhiều so với chu vi của biên dạng bơm nên ta có thể coi như đó là chuyển động tịnh tiến Nguyên nhân chủ yếu của rò rỉ này là do cánh gạt bị vỡ hoặc sứt một phần và biên dạng cam của bơm bị mòn, hoặc do cánh gạt bị kẹt trong rãnh không văng hết ra ngoài Trong một số bơm cánh gạt thì lò xo tì giữa cánh gạt và rotor bị gẫy Cách khắc phục sự cố này

là thay cánh hỏng và lò xo gẫy, vệ sinh rãnh lắp cánh Về phần biên dạng cam thì không nên chỉnh sửa vì biên dạng này đòi hỏi độ chính xác cao và khi vận hành thì cánh có xu thế luôn tỳ sát vào biên dạng do có lực ly tâm

B

C

A

Trang 24

Dạng rò rỉ C: Dạng rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt quay và một mặt đứng yên Đó là

rò rỉ giữa rotor có lắp cánh gạt và 2 mặt đầu của thiết bị, tại trục của bơm và phớt lò xo Khi có dầu chảy ra tại trục động cơ thì hiện tượng phớt lò xo hỏng cần được thay thế Khi mặt rotor và mặt bích bị xước, mòn dẫn đến hiện tượng mất áp của máy thì ta cần mài phẳng cả rotor và cánh gạt sao cho chiều dầy rotor và cánh gạt phải bằng nhau Sau

đó mài phẳng mặt tiếp xúc trên 2 bích tỳ cuối cùng là mài thân biên dạng cam đúng bằng chiều dầy của rotor

Hình 2.4: Cấu tạo bơm cánh gạt

Trang 25

2.1.3 Dòng rò rỉ trong bơm và động cơ rotor hướng trục

Dạng rò rỉ B: Dạng rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt chuyển động thẳng còn một mặt

đứng yên Trong bơm và động cơ rotor chỉ là rò rỉ giữa piston và xy lanh trong quá trình hoạt động có hiện tượng mòn và xước do dầu bẩn gây ra Cách khắc phục tốt nhất là thay thế hoặc mạ lại quả piston cho to ra rồi mài tròn sau đó doa lại lỗ xy lanh cho hết vết rồi rà bộ đôi giữa piston và xy lanh Ở Việt Nam kỹ thuật này hoàn toàn có thể thực hiện được và còn có thể chế tạo quả piston mới trong trường hợp xy lanh bị xước quá sâu khi đó lớp mạ piston không bù đủ kích thước

Dạng rò rỉ C : Dạng rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt quay và một mặt đứng yên

Trong bơm và động cơ piston hướng kính thì dạng này chủ yếu tại đĩa phân phối và mặt

cố định, đây cũng là sự cố thường gặp của bơm và động cơ rotor hướng kính Hai mặt này rất dễ xước và gây tổn thất chính khi bơm xẩy ra sự cố, chiều rộng làm kín rất nhỏ

và độ chênh lệch áp suất cũng rất lớn Trong trường hợp này chúng ta phải mài lại đĩa

C

B

Trang 26

phân phối và mài lắp cố định cho hợp lý sau đó rà bộ đôi với nhau nhưng đây là những

hư hỏng nhỏ còn những hư hỏng lớn thường phải thay đĩa phân phối và mài lại lắp rồi rà

bộ đôi đĩa mới với lắp

Trang 27

Hình 2.6: Cấu tạo thực tế của bơm piston rotor đĩa nghiêng

C

B

C

B

Trang 28

2.1.4 Dòng rò rỉ trong bơm và động cơ rotor hướng kính

Hình 2.7: Động cơ piston rotor biện dạng cam

Hình 2.8: Động cơ piston rotor hình sao với trục cam Dạng rò rỉ A: Là dạng rò rỉ có khe hở ở giữa 2 mặt cố định, ở trong bơm và động

cơ rotor hướng trục rò rỉ tại vỏ bơm là chủ yếu và dầu bôi trơn trong vỏ rò ra ngoài Ngoài ra còn hiện tượng rò rỉ tại đầu côn hoặc bích lắp đường ống, những hư hỏng này

Trang 29

đều là hư hỏng nhỏ dễ khắc phục được Trường hợp này chủ yếu là do hiện tượng gioăng chỉ hỏng trong quá trình tháo lắp nên chỉ cần thay gioăng làm kín và lắp ráp cẩn thận là có thể khắc phục được hiện tượng này

Dạng rò rỉ C : Dạng rò rỉ giữa 2 mặt có một mặt quay và một mặt đứng yên

Trong bơm và động cơ piston hướng trục thì dạng này chủ yếu tại đĩa phân phối và mặt

cố định tại thiết bị có trục cam, tại trục phân phối và sơ mi tại động cơ có vỏ biên dạng cam Hai mặt này rất dễ xước và gây tổn thất chính khi bơm xẩy ra sự cố Trong trường hợp này chúng ta phải mài lại đĩa phân phối và mài lắp cố định cho kích thước dọc trục chuẩn xác sau đó rà bộ đôi với nhau Tại động cơ có trục phân phối thì cần mạ lại trục phân phối và mài sơ mi đạt khe hở theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất

Trang 30

2.1.5 Dòng rò rỉ trong xy lanh và thiết bị thủy lực khác

Hình 2.9: Xy lanh thủy lực

Hình 2.10: Van phân phối điều khiển tay

Trong các thiết bị thủy lực trên chỉ tồn tại 2 dạng rò rỉ đó là dạng rò rỉ A và B Trong xy lanh thì rò rỉ B là chính Đặc tính của xy lanh là chuyển động tịnh tiến giữa mặt chuyển động và mặt đứng yên thường là hai loại vật liệu khác nhau và thường bị

Trang 31

mòn ở những vật liệu có độ cứng kém hơn hoặc gặp những vết xước do dầu bẩn, lẫn cát, có mạt sắt gây ra Còn dạng rò rỉ qua khe hở cố định gần như ít xẩy ra và thường dễ dàng khắc phục được Trong van phân phối có lõi van chuyển động tương đối với vỏ hai chi tiết này được chế tạo cùng vật liệu và khe hở ít nên chỉ xuất hiện những vết xước lớn mới gây ra rò rỉ trong van Cách khắc phục sự cố trên của xy lanh là thay phớt làm kín, tẩy lớp mạ tại cần xy lanh sau đó mạ crôm lại và cuối cùng là mài tinh đạt độ chính xác

và độ bóng thiết kế, còn ống xy lanh chỉ có thể doa rộng lỗ xy lanh và nâng kích thước quả piston đây là cách ít được thực hiện nó sẽ ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của hệ thống Sự cố xảy ra với van phân phối thì cũng có thể sử lý như trong xy lanh

Như những trình bầy ở trên ta có thể mô hình hóa hiện tượng rò rỉ trong máy thủy lực thể tích thành những bài toán cụ thể như sau

2.2 CÁC BÀI TOÁN MÔ PHỎNG

2.2.1 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song cố định

Với những điều kiện như dòng chảy tầng trong ống và do khe hẹp nên u=u(y)

h y

x u

Hình 2.11: Dòng rò rỉ trong khe hẹp có 2 thành cố định

Phương trình vi phân chuyển động có dạng:

dx

dp dy

u d



1 2

2

Với điều kiện biên: y = 0 và y= h thì : u = 0

Sau khi phân tích ta sẽ được phân bố vận tốc có dạng parabôl:

Trang 32

 h y 

y dx

dp



2 1

Vận tốc max (tại y = h/2) max 2

8

1

h dx

dp u

dx

dp b budy

Q

h

3 3

1 12

l – chiều dài của khe

2.2.2 Dòng chảy dọc trục giữa hai trụ tròn

1 r 2 r

 - chiều dầy của khe

Xét  << D/2, l – chiều dài của đoạn dòng chảy cần xét

Áp dụng công thức (2-1) tính lưu lượng thay b = D; h = , có:

l

p D

( 2.2)

Trang 33

2.2.3 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm chuyển động theo

Đặc điểm của dạng làm kín này là chiều sâu làm kín luôn thay đổi theo góc quay của trục dẫn động [2]

Xét chuyển động một chiều trong khe hẹp do độ chênh áp ( p1> p2) của chất lỏng không nén được (ρ = const) Phương trình của các bản phẳng sẽ là :

y = ±δ/2

Trong trường hợp dòng phẳng, với những điều kiện nêu trên, từ phương trình liên tục và phương trình Navie-Stoc ta có:

Trang 34

0

p y

onst

p

c y

Trang 35

p

x p

Trang 36

3

Trong đó: RTB - bán kính trung bình của piston và xy lanh

Trong máy thủy lực thể tích ta có thể coi tổn thất áp suất là hàm bậc nhất [2], có thể viết

Trong đó: L0 - chiều sâu làm kín tối thiểu

φ - Góc quay của trục cam

Trong đó: ω – vận tốc góc của trục máy thủy lực

Sau khi thay thế vào (2.10) và (2.9) ta được kết quả là :

3 1

0 0 3

0 0

Trang 37

Nhận xét

Nếu xét các biểu thức (2.14) ta thấy thành phần tổn thất đầu tiên do ảnh hưởng của chuyển động ma sát là một hàm tuần hoàn.Vậy, tổng tổn thất của thành phần này sẽ triệt tiêu và không ảnh hưởng tới tổn thất thể tích toàn phần của máy Còn thành phần tổn thất thứ 2 do độ chênh áp P ta thấy rằng đại lượng này phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh áp P Do tỷ số e/L0 thường là rất nhỏ ( e/L0 << 0,1) nên ảnh hưởng của cosφ là không đáng kể

2.2.4 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm chuyển động ngược chiều dòng chẩy

Ví dụ: như dòng chảy trong xy lanh của bơm rotor hướng kính Khi bơm xy lanh chuyển động vào trong làm nhiệm vụ tăng áp thì piston đi vào trong khi đó dòng rò rỉ lại

có chiều ra ngoài Tương tự như vậy dòng rò rỉ trong xy lanh thủy lực, trong xy lanh piston của động cơ rotor hướng trục biên dạng cam

Hình 2.14 Sơ đồ dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm

chuyển động ngược chiều dòng chẩy

Tương tự như trường hợp trên chỉ có khác ở dấu của vận tốc V



 sin

e dt

dx

V  Theo công thức (2.12) thì thành phần sinφ là hàm tuần hoàn và không ảnh hưởng tới tổng tổn thất lưu lượng của thiết bị

Trang 38

Như vậy ta có thể coi như tổn thất áp suất tại khe hở giữa 2 tấm phẳng có một tấm chuyển động ngược chiều chuyển động phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh áp suất và chiều dầy khe hẹp

2.2.5 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song có một tấm chuyển động quay

Dạng rò rỉ này xuất hiện chủ yếu trong đĩa phân phối của thiết bị thủy lực rotor piston Tại các đĩa phân phối do chiều dài làm kín nhỏ nên rò rỉ tại đây thường xuất hiện nhiều và là nguyên nhân chính gây ra tổn thất lưu lượng cho thiết bị

Trong thiết bị thủy lực thì khe hở giữa 2 tấm phẳng hoặc cầu có đường kính lớn được coi như là phẳng, đều rất nhỏ chỉ cỡ 0,01-0,05mm nên khối lượng chất lỏng giữa

2 tấm phẳng là rất nhỏ Mà ta có lực ly tâm đẩy chất lỏng chuyển động văng ra ngoài được tính bằng công thức sau:

r m

Hình 2.15 Mô hình dòng chảy giữa 2 tấm có một tấm chuyển động quay

Ta thấy khi một tấm chuyển động quay thì sinh ra vận tốc ly tâm cho lớp biên phía trên nhưng vận tốc ly tâm này lại vuông góc với phương dòng chảy nên không gây ảnh hưởng đến dòng chảy dẫn tới không làm cho lưu lượng dòng rò rỉ tăng

Vậy ta có thể nhận xét dòng chảy giữa 2 tấm phẳng có một tấm chuyển động quay và một tấm đứng yên chỉ phụ thuộc vào độ chênh áp suất và chiều rộng khe hở

Trang 39

2.3 THỬ NGHIỆM CHỨNG MINH

2.3.1 Chọn thiết bị thử nghiệm

Như đã trình bầy ở trên thì thiết bị thử phải có công suất lớn và là thiết bị đã được sửa chữa Trong quá trình làm việc và nhu cầu thử những thiết bị công suất lớn, những thiết bị đã được sửa chữa tại phòng thí nghiệm máy thủy lực và các thiết bị tự động em

sẽ chọn các thiết bị thủy lực sau để thử nghiệm theo lý thuyết trên

- Động cơ thủy lực 6070 của Xô Viết cũ sản xuất, dùng trong cẩu KEG cẩu trên giàn khoan dầu ngoài biển Động cơ 6070 là động cơ kéo tang tời nâng hàng của cẩu tại giàn khoan Động cơ 6070 là động cơ piston rotor hướng kính biên dạng cam, động cơ

có các thông số sau :

+ Tốc độ làm việc: Tốc độ I: 0-27 vòng/phút

Tốc độ II: 0-54 vòng /phút + Lưu lượng riêng : Tốc độ I: 11,08 lít/vòng

Tốc độ II: 5.54 lít/vòng + Áp suất làm việc của môtor: Áp suất làm việc định mức : 125kg/cm2

Áp suất làm việc lớn nhất : 175k/cm2+ Mômen làm việc: Tốc độ I: 1650 N.m

Tốc độ II: 825N.m

Trang 40

Hình 2.16: Động cơ thủy lực 6070

- Bơm thủy lực Claudius Peter serie 4011 được sản xuất tại Đức có lưu lượng

riêng là 107cc áp suất định mức P = 350bar áp suất lớn nhất có thể đạt được là Pmax = 420bar, bơm làm việc ở số vòng quay định mức là n = 1400V/P Bơm 4011 được sử dụng trong nhà máy sản xuất xi măng Bỉm Sơn – Thanh Hóa Bơm hoạt động tại khâu quan trọng nhất của nhà máy xi măng đó là làm việc tại máy làm mát clanhke, ngay sau khi được lò nung thành thể lỏng clanhke được đưa vào máy lạnh tại đây clanhke được đẩy đi trong lò và được làm mát nhờ hệ thống nghi lò chuyển động từng bước như trong các lò đáy bước của nhà máy thép Bơm 4011 cấp nguồn cho xy lanh thủy lực Φ220/150*140 hoạt động khoảng 20 chu trình trong một phút Hệ thống trên hoạt động liên tục 24/24h và gần như chỉ có hỏng hóc thật nặng mới dừng lại để sửa chữa vì vậy yêu cầu về chất lượng thiết bị là rất cao

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	3,04 MB