Bài giảng truyền động thủy lực khí nén

- Có khả năng tạo ra những tỷ số truyền lớn đến 2000 hoặc cao hơn nữa trong truyền động thuỷ tĩnh - Quán tính của truyền động nhỏ, cho phép mở máy và đảo chiều chuyển động nhanh, thời gi

Chương I: Truyền động thuỷ lực 1.1 Thuỷ lực học

1.1.1 Khái niệm

Thuỷ lực học (hydraulics, theo tiếng Hy lạp thì “hydro” có nghĩa là nước), theoquan điểm khoa học là một môn khoa học nghiên cứu về chất lỏng khi ở trạng tháitĩnh và trạng thái chuyển động tương ứng với các tên gọi thuỷ tĩnh học và thuỷđộng lực học Khi áp dụng cho các ngành cơ khí, các máy móc tự động, côngnghiệp ôtô và công nghiệp máy bay thì các ứng dụng thực tiễn của thuỷ lực là sựtruyền năng lượng và kỹ thuật điều chỉnh theo các chu trình kín và hở

Khi xem xét toàn bộ khái niệm thuỷ lực học, ngược lại với các bộ biến đổi,các khớp ly hợp, khớp nối thuỷ động lực học … mà ở đó động năng của chất lỏng

có gia tốc được sử dụng để truyền năng lượng, thì phần còn lại đề cập đến hệ thốngthuỷ tĩnh Tất cả các định luật thuỷ động lực học ở đây đều được áp dụng tươngđương nhau, cũng như sự liên hệ đến chuyển động, sức cản của dòng chảy và ảnhhưởng của sự thay đổi tiết diện thu hẹp lên áp suất

1.1.2 Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng.

1.1.2.1 Tính liên tục

Tính liên tục: Chất lỏng được coi là một môi trường liên tục đồng chất đẳng

hướng Có các yếu tố như vận tốc, áp suất, nhiệt độ là các hàm liên tục và đạohàm cũng liên tục

Tính dễ di động: Do lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng rất yếu, ứng suất tiếp

(nội ma sát) trong chất lỏng chỉ khac 0 khi có chuyển động tương đối giữa các lớpchất lỏng

Tính chống kéo và cắt: Rất kém do lực liên kết và lực ma sát giữa các phân tử

chất lỏng rất yếu

Tính dính ướt: Dính ướt theo thành bình chứa chất lỏng

1.1.2.2 Chất lỏng có khối lượng và trọng lượng

Khối lượng riêng: Là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng kí hiệu là ρ:

ρ = M

V (kg/ m3)Trong đó: M- khối lượng chất lỏng (kg);

Trọng lượng riêng: Là trọng lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng, ký hiệu là γ:

γ = G .g

V  (N/ m3 ; kG/m3)

1.1.2.3 Tính nén ép và tính giãn nở vì nhiệt

Tính nén ép: Biểu thị bằng hệ số nén ép βp Hệ số nén ép là số giảm thể tích tương

đối của chất lỏng khi áp suất tăng lên một đơn vị:

βp = 1.dV

V dp

Trong đó: V- Thể tích ban đầu của chất lỏng (m3);

dV- Số giảm thể tích khi áp suất tăng lên (m3);

dp- Lượng áp suất tăng lên (N/m2)

Tính giãn nở vì nhiệt: Biểu thị bằng hệ số giãn nở vì nhiệt βt Hệ số nén ép là số

thể tích tương đối của chất lỏng t¨ng lªn khi nhiệt độ tăng lên 1 độ:

βp = V1 dV dt (1/độ)Trong đó: V- Thể tích ban đầu của chất lỏng (m3);

dV- Số giảm thể tích khi áp suất tăng lên (m3);

dt- Lượng nhiệt độ tăng lên (độ) 1.1.2.4 Tính nhớt của chất lỏng

a) Giả thiết của Niutơn

Trong quá trình chuyển động, các lớp chất lỏng trượt lên nhau, phát sinh lực

ma sát trong,gây ra tổn thất năng lượng và chất lỏng như thế gọi là chất lỏng cótính nhớt

Năm 1867 I.S.Newton dựa trên thí nghiệm: Có hai tấm phẳng A và B nằmsong song và cách nhau một khoảng cách khá nhỏ là h, giữa hai tấm có chất lỏng.Tấm B cố định, cho tấm A trượt từ trái qua phải dưới tác động của ngoại lực F Saumột khoảng thời gian, tấm phẳng A diện tích S sẽ chuyển động đều với vận tốctương đối v Điều này chứng tỏ tấm phẳng A bị lực ma sát cản trở

Từ đây Newton đưa ra giả thiết về lực ma sát trong giữa những lớp chất lỏnglân cận chuyển động là tỷ lệ thuận với tốc độ và diện tích bề mặt tiếp xúc, phụthuộc vào loại chất lỏng và không phụ thuộc vào áp suất Lực ma sát trong sinh raứng suất tiếp.

b) Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt

Độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng

c) Ảnh hưởng của áp suất tới độ nhớt

Độ nhớt tăng khi áp suất tăng

d) Đo độ nhớt

Để đo độ nhớt người ta dụng các dụng cụ đo khác nhau Các đơn vị đothường dùng là:Độ Engơle (oE), Stốc (St), giây Scbon (S), giây Redút (R), độBache (oB)

1.2.Truyền động thủy lực

1.2.1 Khái niệm chung

* Hệ thống điều khiển thủy lực bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấuchấp hành được kết nối với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện nhiệm vụ

do yêu cầu đặt ra

- Tín hiệu đầu vào : Nút ấn, công tắc, công tắc hành trình, cảm biến.

- Phần xử lý thông tin: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một qui tắc nhất định làm

thay đổi trạng thái của các phần tử điều khiển: Van logic and, or, Not, Yes, Flop, Rơle

Flip Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu ( Lưu lượng, áp

suất), thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành: Van chỉnh áp, van đảo chiều, van

ly hợp…

lượng ra của mạch điều khiển: Xilanh khớ-dầu, động cơ khớ- dầu.

- Năng lượng điều khiển:

+ Phần thụng tin: Điện tử, điện cơ, khớ, dầu, quang học, sinh học

+ Phần cụng suất: Điện, khớ nộn, thủy lực

1.2.2 Ưu nhợc điểm của truyền động thủy lực

a) Ưu điểm của truyền động thuỷ lực

- Có khả năng truyền đợc lực lớn và đi xa, trọng lợng và kích thớc bộ truyền nhỏ

hơn so với các bộ truyền động khác (TĐ cơ khí, TĐ điện vì bỏ bớt đợc một số khâutrung gian nh trục truyền, hộp giảm tốc, khớp nối, dây cáp ) Độ tin cậy cao

- Có khả năng tạo ra những tỷ số truyền lớn (đến 2000 hoặc cao hơn nữa trong

truyền động thuỷ tĩnh)

- Quán tính của truyền động nhỏ, cho phép mở máy và đảo chiều chuyển động

nhanh, thời gian một chu kỳ làm việc giảm đi vì vậy nâng cao đợc năng suất củamáy, tính chất động lực tốt, tăng độ bền lâu của máy

- Truyền động êm, không gây ồn.

- Điều khiển nhẹ nhàng, tiện lợi, không phụ thuộc vào công suất truyền động,

có khả năng tự động hoá quá trình điều khiển

- Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ của bộ công tác, cho khả năng nâng cao

hiệu suất sử dụng động cơ dẫn động

- Có khả năng tự bôi trơn bộ truyền vì sử dụng luôn chất lỏng công tác làm chất

bôi trơn, nâng cao đợc tuổi thọ của máy

- Có khả năng tự bảo vệ máy khi quá tải (nhờ đặt các van an toàn)

- Có khả năng bố trí các cụm máy của hệ thống truyền động thuỷ lực theo ý

muốn, tạo hình dáng tổng thể đẹp, có độ thẩm mỹ cao (bơm thờng đặt ở động cơdẫn động, các động cơ thuỷ lực đặt trực tiếp ở các bộ phận công tác, các thành phần

điều khiển đặt ở ca bin điều khiển)

- Dễ dàng chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngợc

lại (bơm - động cơ thuỷ lực và bơm - xi lanh thuỷ lực)

- Sử dụng các bộ máy đã đợc tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá, tiện lợi cho việc

sửa chữa, thay thế, giảm thời gian và giá thành sửa chữa (các cụm máy đã đợc tiêuchuẩn hoá: bơm, động cơ thuỷ lực, xi lanh thuỷ lực, van thuỷ lực, van phân phối,bầu lọc )

b) Nhợc điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực

- Khó làm kín khít các bộ phận làm việc nhất là khi áp suất lớn, chất lỏng công

tác dễ bị rò rỉ hoặc dễ bị lọt khí làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn địnhcủa hệ thống truyền động

- Đòi hỏi chế tạo với độ chính xác cao (chế tạo bơm, động cơ, xi lanh, bộ điều

khiển )

- Bẩn do chảy dầu và bụi bám vào

1.2.3 Phân loại truyền động thủy lực

Truyền động thuỷ lực bao gồm hai kiểu:

1- Truyền động thuỷ tĩnh (truyền động thuỷ lực thể tích)

1- Bơm thuỷ lực; 2- Đờng ống dầu cao áp; 3- Bộ công tác (động cơ) ;

4- Van an toàn; 5- Van điều chỉnh; 6- Đờng ống dầu thấp áp

1 2

3

6 4

5 7

Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ động

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ động

1- Bơm ly tâm; 2, 5, 7, 9- Đờng ống dẫn dầu; 3- Cơ cấu dẫn hớng;

4- Tuốc bin; 6, 8- Thùng dầu (thùng chứa chất lỏng)

Nguyên lý làm việc:

Bơm ly tâm nhận công suất từ động cơ ban đầu, đẩy dầu qua đờng ống (2) cơcấu dẫn hớng (3) hớng dầu vào tuốc bin (4) Nhờ hạ áp lực ở đầu dòng chảy, dầu cóvận tốc cao đập vào cánh tuốc bin do đó tuốc bin có mô men quay Truyền độngthuỷ động có đặc tuyến mềm, khi ngoại lực tăng số vòng quay giảm xuống tia dầutăng áp lực đập vào cánh tuốc bin và làm cho mô men quay của nó lại tăng lên

Trên Máy xây dựng - Xếp dỡ truyền động thuỷ tĩnh chiếm đa số nó giảiquyết triệt để khâu truyền động từ động cơ đến bộ công tác trong khi truyền độngthuỷ động chỉ thay thế một khâu nào đấy (ly hợp, hộp số ) của truyền động cơ họcvì vậy truyền động thuỷ tĩnh đợc đánh giá cao hơn

Hệ thống truyền động thuỷ tĩnh trên các Máy xay dựng và xếp dỡ có cấu trúckhác nhau phụ thuộc vào từng loại máy cụ thể (thờng ngời ta có thể biết đợc quacác tài liệu kỹ thuật - sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực) Tuy nhiên sơ đồnguyên lý hay còn gọi là cấu trúc cơ bản của chúng bao gồm:

8 9

Thùng dầu thuỷ lực

Động cơ hoặc xi lanh TL.

Hệ thốngvan thuỷ lực

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền động thuỷ tĩnh

+ Máy lai: Cung cấp cơ năng để bơm thuỷ lực làm việc Nó thờng là động cơ

điện hoặc bộ phận trích công suất từ động cơ đốt trong

+ Bơm thuỷ lực: tạo ra dòng dầu thuỷ lực có áp suất và lu lợng theo yêu cầu + Van phân phối: Có chức năng phân chia dầu cao áp từ bơm đến các bộ máy

khác nhau và đa dầu thấp áp về thùng chứa

+ Động cơ hoặc xi lanh thuỷ lực: Nhận thuỷ năng của dòng dầu cao áp biến

thành cơ năng cung cấp cho bộ công tác dới dạng chuyển động quay hoặc chuyển

động tịnh tiến

* Ngoài ra trong hệ thống truyền động thuỷ lực còn có các bộ phận phụ trợ khácnh: Van an toàn, van điều áp, van một chiều, van tiết lu, bộ lọc dầu, các đồng hồ đonhiệt độ, áp suất dầu để đảm bảo an toàn, duy trì hoạt động ổn định của hệ thống

Nguyên lý hoạt động

Máy lai dẫn động bơm Bơm hút dầu thuỷ lực áp suất thấp từ thùng chứa biếnthành dầu cao áp khi ra khỏi bơm (độ lớn của p phụ thuộc vào loại bơm cụ thể) sau

đó dầu cao áp qua đờng ống chịu áp lực đợc đa đến van phân phối Ngời điều khiển

sẽ điều khiển van phân phối bằng cần gạt hay nam châm điện để dầu cao áp đợcdẫn tới động cơ hay xi lanh thuỷ lực Sau khi thuỷ năng của dầu cao áp biến thànhcơ năng, dầu thấp áp qua van phân phối trở về thùng

* Cấu trúc trên phù hợp với hệ thống truyền động thuỷ lực kiểu mạch hở (là loại

phổ biến nhất) Trong kiểu truyền động thuỷ lực kiểu mạch kín thờng không dùngvan phân phối mà đờng dầu nối trực tiếp từ bơm đến động cơ

- Cấu tạo mạch thuỷ lực

Hệ thống truyền động thuỷ lực thuỷ tĩnh trên Máy xây dựng và xếp dỡ bao gồmhai kiểu:

+ Truyền động thuỷ lực kiểu mạch kín

+ Truyền độngt huỷ lực kiểu mạch hở

Trong đó kiểu mạch hở đợc dùng phổ biến nhất

* Kiểu mạch hở

1

2 3 4

5 6

Hình 1.5- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch hở (có chuyển động tịnh tiến) 1- Bơm thuỷ lực điều chỉnh; 2- Van phân phối; 3- Van an toàn; 4- Xilanh thuỷ lực; 5- Bộ lọc dầu; 6- Thùng dầu

Hình 1.6- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch hở (có chuyển động quay)

1- Bơm thuỷ lực điều chỉnh; 2- Van an toàn; 3- động cơ; 4- Bộ lọc dầu;5- Thùng dầu

1- Bơm thuỷ lực; 2- Cụm van an toàn; 3- Xi lanh thuỷ lực; 4- Bơm phụ; Thùng dầu; 6- Van phân phối; 7- Cụm van tiết lu - Van một chiều; 8- Van phân phối để điều khiển cụm van phân phối 6

5-Nguyên lý làm việc

- Bơm bù 4 bổ sung dầu cho hệ thống

- Van (8) điều khiển van (6) đóng (ngắt) đờng dầu từ bơm đến xi lanh thuỷ lực

* Nh vậy trong kiểu mạch hở, dầu thấp áp từ động cơ không về ngay bơm mà trở

về thùng chứa vì vậy nó đợc làm nguội ở thùng trớc khi đa vào làm việc Việc bổsung dầu đơn giản vì chỉ cần rót dầu vào thùng mà không cần thiết bị gì đặc biệt

Hình 1.8- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch kín (có chuyển động quay)

1- Bơm thuỷ lực điều chỉnh; 2- Cụm van an toàn; 3- Động cơ thuỷ lực; 4- Bơm bù; 5- Thùng dầu; 6- Van an toàn; 7- Van phân phối (3 của 3 vị trí)

Trong hệ thống truyền động thuỷ lực kiểu mạch kín, chất lỏng từ động cơ thuỷlực không trở về thùng mà đợc đa vào đờng ống hút của bơm

Ưu điểm

Trong hệ thống kín thờng bố trí thêm một bơm bù (bơm phụ, bơm dầu hỗ trợ)

-đây thờng là bơm bánh răng công suất nhỏ để bổ sung thêm lợng dầu rò rỉ hoặc ợng dầu đã chảy qua van an toàn về thùng vì vậy nó làm việc với chất lợng cao vàcung cấp đợc công suất lớn (vì không những bổ sung đợc dầu mà còn tăng đợc ápsuất trong khoang hút của bơm thuỷ lực)

l Mặt khác khi sử dụng mạch kín còn cho phép đảo chiều chuyển động của bộcông tác một cách dễ dàng khi phụ tải lớn

Nhợc điểm

- Nhiệt độ của chất lỏng công tác khá cao vì sau khi ra khỏi động cơ (hoặc xilanh thuỷ lực) nó lại phải về ngay bơm nên không kịp nguội Do đó khả năng rò rỉcủa hệ thống cao hơn và chất lợng của chất lỏng công tác giảm hơn so với hệ thốnghở

- Bơm Piston rôto hớng trục

- Động cơ Piston rôto hớng trục

- Bơm cánh gạt

- Động cơ cánh gạt

2.1.1 Bơm và động cơ bánh răng

2.1.1.1 Bơm bánh răng

a.Công dụng và phân loại

* Công dụng: Để cung cấp năng lượng cho hệ thống điều khiển thường sử

dụng bơm dầu Bơm dầu là hệ thống quan trọng nhất của hệ thống điều khiểnthủy lực, biến cơ năng thành năng lượng dầu

* Phân loại:

Bơm bánh răng có hai loại:

+ Bơm bánh răng ăn khớp trong

+ Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

b)Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Bơm bánh răng có tối thiểu hai bánh răng trở lên trong đó loại bơm có 2bánh răng bằng nhau là đơn giản nhất và đợc sử dụng rộng rãi nhất

B

A

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo bơm hai bánh răng ăn khớp ngoài

vỏ bơm (theo chiều quay của bánh răng)

Các khoang A và B đợc ngăn cách với nhau bằng các mặt tiếp xúc của răng

ăn khớp và đợc xem là kín Khi các răng vào khớp, thể tích của khoang đẩy Bgiảm xuống, chất lỏng đang đợc đa vào khoang đẩy B bị chèn ép và dồn vào ống

đẩy (5) với áp suất cao, đây là quá trình đẩy của bơm

Đồng thời với quá trình đẩy xảy ra quá trình hút lúc đó tại khoang hút A cócác răng ra khớp làm thể tích ở khong này tăng lên áp suất ở khoang hút nhỏhơn áp suất trên mặt thoáng của bể hút (bể chứa dầu) và chất lỏng đợc hút từ bể

an toàn (6) Van này mở ra để dầu thoát về bể khi ống đẩy tắc hoặc áp suất v ợtquá p quy định.

- Để tránh sự trùng pha của dao

động lu lợng, ngời ta làm số răngcủa bánh chủ động nhiều hơn sốrăng của bánh bị động từ 1 đến 3răng

Hình 2.3 Bơm ba bánh răng ăn khớp ngoài

- Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (bánh răng chủ động ở giữa)

- Khoang hút A, khoang đẩy B bố trí chéo nhau

- QBơm 3BR = 2QBơm 2BR Nó dùng khi cần kích thớc nhỏ gọn mà yêu cầu lu lợnglớn

- Nếu yêu cầu áp suất cao, ngời ta dùng bơm nhiều cấp theo nguyên lý cácbơm mắc nối tiếp

Để đề phòng trờng hợp thừa lu lợng giữa các cấp ngời ta bố trí giữa các cấp đócác van an toàn

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của bơm bánh răng ăn khớp trong

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

- Làm việc chắc chắn, độ tin cậy cao

- Kích thớc nhỏ gọn có khả năng chịu quá tải trong một thời gian ngắn

Dùng làm bơm dầu bôi trơn trong động cơ đốt trong

2.1.1.2 Động cơ bánh răng:

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Có kết cấu nh bơm bánh răng nhng đòi hỏi phải chế tạo chính xác hơn, phứctạp hơn nên đắt hơn Trong nhiều trờng hợp bơm và động cơ là một ta gọi làmáy thuỷ lực thuận nghịch Nhợc điểm của động cơ bánh răng là C thấp hơn

so với loại động cơ Piston nên p khởi động yêu cầu lớn hơn

q = 2m2 ( + x)b

2ro

2.1.2 Bơm - động cơ thuỷ lực Piston rôto hớng kính (hớng tâm)

a) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Bơm - Động cơ thuỷ lực Piston

1 - Rôto; 2 - Stato; 3 - Piston trụ; 4 - Vách ngăn; 5 - Xi lanh; a - Lỗ hút (lỗ cấp dầu); b - Lỗ đẩy (lỗ thoát dầu); A - Họng hút; B - Họng đẩy, (A,B - Hình bán nguyệt)

- Vì khi máy làm việc áp suất phía miệng đẩy bao giờ cũng cao hơn áp suấtphía miệng hút nên sinh ra một lực lệch tác dụng lên trục Để hạn chế hiện tợngnày ngời ta thờng làm các rãnh thông từ phía có áp suất cao sang phía có áp suấtthấp

- Rôto (1) đặt lệch tâm trong Stato (2) một khoảng lệch tâm e Nó là khối trụtròn trong đó có các xi lanh và Piston hình trụ (3) và (5) đợc bố trí theo kiểu h-ớng tâm (xung quanh chu vi hình trụ) Số lợng Piston đợc chọn theo lu lợng vàthờng có trị số lẻ (z = 3, 5, 7) Vách ngăn (4) ngăn giữa bọng hút A và bọng đẩy

B Khi cần Q lớn ngời ta chế tạo nhiều dãy xi lanh (5) (thông thờng ngời ta lấy

từ 2 đến 6 dãy)

Nguyên lý hoạt động

- Khi rôto quay, do bố trí lệch tâm nên khi đó các Piston (3) vừa quay theorôto vừa có chuyển động tịnh tiến (chuyển động tơng đối) trong các xi lanh (5).Nếu quay theo chiều nh trên hình vẽ, các Piston chuyển động hớng ra khỏi tâmrôto đồng thời luôn tỳ sát vào Stato vì vậy dầu sẽ theo lỗ hút dầu a chảy vàobọng hút A và đi vào các xi lanh (5)

- Khi quay tiếp, đến vị trí Piston bị thành Stato ép, nó chuyển động hớng vềtâm và lúc đó sẽ nén chất lỏng (dầu) trong xi lanh (5) vào bọng đẩy B và sau đódầu sẽ theo lỗ đẩy dầu (thoát dầu) b chảy ra ngoài

A

A e

1 2

3

5

4 a

lỗ hút, a sẽ trở thành lỗ đẩy.

- Khi dẫn vào A hoặc B một dòng dầu có áp suất đủ lớn, lúc đó dới tác dụngcủa p các Piston chuyển động và một đầu tỳ sát vào Stato đẩy rôto quay Sau khitruyền áp năng của chất lỏng cho Piston nó sẽ bị đẩy ra ở bọng kia và máy thuỷlực sẽ trở thành động cơ thuỷ lực

Lu ý: Để Piston luôn tỳ sát vào thành Stato khi làm việc, ngoài lực ly tâmnhiều khi phải dùng lò xo, hoặc các cơ cấu đặc biệt khác hoặc dùng thêm mộtbơm phụ đẩy chất lỏng vào bọng hút Với p đủ đẩy Piston tỳ vào thành Stato,trong quá trình hút Khi là động cơ thì không cần vì dầu đã có p cao

Các thông số:

Máy thuỷ lực Piston rôto hớng kính làm việc với p cao, Q lớn thông thờngcác thông số của nó nh sau:

+ áp suất làm việc p = (400  500) at (1 at = 1)+ Lu lợng riêng q tới 24 lít/vòng

+ Số vòng quay n = (100  2000) vòng/phút+ Số vòng quay tối thiểu khi có tải: 100 vòng/phút+ Nếu cần lu lợng lớn phải dùng nhiều Piston, bố trí thành 2 đến 6dãy

- Lu lợng riêng của bơm hoặc động cơ loại này đợc xác định theo công thứcsau:

- Số vòng quay lý thuyết của máy đợc xác định qua lu lợng nh sau:

Qt - Lu lợng lý thuyết, dm3/phút (lít/phút)

- Mô men quay M của động cơ thuỷ lực:

M =

Trong đó

M- Mô men quay của động cơ, KW

p - áp suất dầu, KPa

q - Lu lợng riêng, m3/vòng

C

 - Hiệu suất cơ khí

b) Ưu, nhợc điểm và phạm vi sử dụng

Bơm thuỷ lực Piston rôto hớng kính thờng dùng khi cần lu lợng lớn còn độngcơ loại này dùng khi cần mômen lớn, vận tốc chậm

Ví dụ nh trong băng tải, trong cơ cấu quay, tời

2.1.3 Bơm - Động cơ Piston rôto hớng trục

a) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Máy thuỷ lực Piston hớng trục là loại máy có các Piston đợc bố trí song songhoặc nghiêng một góc nào đó so với trục của rôto (khối xi lanh)

Chuyển động tịnh tiến của các Piston đợc thực hiện nhờ một cơ cấu đĩanghiêng làm điểm tỳ hay nối khớp với một đầu Piston

4 6

a b

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý bơm - động cơ Piston rôto hớng trục

1 - Rôto (blốc xi lanh); 2 - Đĩa nghiêng; 3 - Đĩa phân phối dầu; 4 - Cơ cấu phụ

điều chỉnh góc nghiêng  của đĩa; 5 - Piston; 6 - Lò xo đẩy Piston luôn tỳ sát

vào đĩa nghiêng;7 - Gờ chắn; a - Lỗ hút dầu; b - Lỗ thoát dầu (đẩy dầu)

Hình 2.9 Cấu tạo bơm - động cơ Piston rôto hớng trục

Nguyên lý cấu tạo:

- Các lỗ xi lanh phân bố đều trên rôto (1) theo phơng song song với (1)

- Đĩa phân phối dầu (3) có hai rãnh hình xuyến (hình vòng cung) đợc ngăncách với nhau bằng gờ có chiều rộng s hai rãnh này thông với 2 lỗ hút và đẩydầu (thoát dầu)

- Để giảm rò rỉ của chất lỏng ngời ta phải làm khít cẩn thận bề mặt tiếp xúcgiữa rôto (khối xi lanh) và đĩa phân phối (đĩa 3 cố định không quay)

- Số xi lanh thờng lấy bằng 7, 9, 11 chiếc

Khi mặt tựa nghiêng một góc  , liên kết khớp cầu với đĩa nghiêng

- Lu lợng riêng của bơm - động cơ Piston rôto hớng trục

q = Suy ra q = z.2.RT tg

h

RTd

 Khớp cầu

Khi mặt tựa có ph ơng thẳng đứng còn khối xi lanh nghiêng một góc 

- Đĩa (3) có dạng mặt cầu để tăng diện tích tiếp xúc mà không cần tăng diện tíchvòng

` Hình 2.11- Mặt tựa đứng, khối xi lanh nghiêng

1 - Khối xi lanh; 2 - Piston; 3 - Đĩa phân phối có mặt tiếp xúc dạng mặt cầu

2

3

M =

Trong đó:

RTF - Là bán kính vòng tròn qua tâm khớp cầu của Piston liên kết trênmặt tựa

b) Ưu, nhợc điểm và phạm vi sử dụng

Máy Piston hớng trục đợc sử dụng rất rộng rãi vì chúng có u nhợc điểm nhsau:

- Việc phân phối dầu đợc thực hiện bằng đĩa phân phối với mặt đầu của đĩa

đòi hỏi độ chính xác gia công cao nên giá thành loại này đắt

Hình 2.12 Nguyên tắc điều chỉnh lu lợng bơm cánh gạt đơn

a Nguyên ký và ký hiệu; b Điều chỉnh bằng lò xo; c Điều chỉnh lu lợng bằng

thủy lực

c Bơm cánh gạt kép

Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc

bao gồm hai lần hút và hai lần nén, hình 2.12

Trong đó: D- đờng kính Stato; B- chiều rộng cánh gạt; b- chiều sâu của rãnh;

e-độ lệch tâm; d- đ ờng kính con lăn −ờng kính con lăn

- p làm việc tới 16 MPa, 20 MPa thậm chí có thể tới 70 MPa (700 at)

2.2.1 Phân loại: Xi lanh thuỷ lực đợc chia làm hai loại

+ Xi lanh lực+ Xi lanh mô men (xi lanh quay)

- Xi lanh lực có chuyển động tơng đối của Piston với xi lanh là chuyển độngtịnh tiến

- Xi lanh mô men có chuyển động tơng đối là chuyển động quay, lắc

Cấu tạo xi lanh lực

d D

1

a) Xi lanh hai cán hai chiều b) Xi lanh một cán hai chiều

c) Xi lanh một chiều (chất lỏng tác dụng một chiều, chiều ngợc lại thực hiện bằng lò xo, chất lỏng phụ hay một ngoại lực nào đó)

1 - Vỏ xi lanh; 2 - Piston; 3 - Cán piston; 4 - Lò xo; 5 - Gioăng làm kín (tiết diện chữ U hoặc chữ V làm bằng cao su hoặc Composit)

d) Xi lanh lực kiểu lồng hai xi lanh

1 - Piston nhỏ; 2 - Piston lớn; 3 - Gioăng làm kín (tiết diện chữ U hoặc chữ V làm bằng cao su hoặc Composit)

Nguyên lý làm việc: Chất lỏng công tác qua I vào khoang A đẩy (2) sang tráivới hành trình S1 và đồng thời vào B đẩy (1) sang trái với hành trình S2

Cấu tạo phức tạp, giá thành cao

Cấu tạo xi lanh mô men

D d

4

A B

3

Khi cần mô men lớn ngời ta có thể dùng xi lanh quay nhiều cánh gạt, lúc đó góclắc giảm đi

Chú ý: Xi lanh lực đợc dùng phổ biến hơn trong ngành Máy xây dựng và xếpdỡ

g) Xi lanh quay 3 cánh gạt

Z = 3Góc lắc  < 1200

1 2 3

3

Chương III: Van thuỷ lực

3.1 Van dẫn hướng (Van phân phối)

3.1.1 Nhiệm vụ:

Van dẫn hớng hay van phân phối làm nhiệm vụ phân phối chất lỏng công tác(dầu thuỷ lực) cao áp từ bơm thuỷ lực tới các đờng ống khác nhau dẫn đến các bộmáy thuỷ lực, vì vậy có thể đảo chiều chuyển động bộ công tác hoặc điều khiển nótheo một quy luật nhất định

3.1.2 Phân loại:

Phân loại van phân phối có nhiều kiểu loại khác nhau

- Dựa vào kết cấu ngời ta chia thành:

+ Van phân phối kiểu con trợt

+ Van phân phối kiểu khoá

+ Van phân phối kiểu van hình côn

Trong đó trên Máy xây dựng loại van phân phối kiểu con trợt là phổ biến hơncả Con trợt phân phối có thể là ngăn kéo hoặc Piston bậc

- Theo vị trí làm việc của con trợt ta có: Hai vị trí, ba vị trí hay nhiều vị trí

- Theo số lợng cửa dẫn dầu vào và ra, chúng ta có các loại van: hai cửa, ba cửa,bốn cửa, năm cửa

- Theo đặc điểm điều khiển, van phân phối đợc chia thành kiểu điều khiển bằngcần gạt, bằng nam châm điện, bằng thuỷ lực, bằng khí nén

- Nút có 2 lỗ vuông góc với nhau nhng không cắt nhau

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của van phân phối kiểu khoá.

1 - Nút xoay hình nón (hay hình trụ); 2 - Thân van; 3 - Lò xo.

* Phạm vi sử dụng

Dùng khi p không lớn lắm (p  75 bar, Q = 0,2 l/s); Lò xo (3) ép chặt nút nút xoay(1) vào thân van (2)

- Nút hình trụ khó đảm bảo đóng kín vì áp lực chất lỏng không cân đối đẩy nút lệch

về một phía làm khe hở giữa nút và thân tăng lên dẫn đến rò rỉ tăng lên

- Nếu p lớn dẫn đến lò xo (3) phải càng cứng

- Để điều khiển nhẹ nhàng hơn và hạn chế chất lỏng rò rỉ có thể dùng loại nút hìnhtrụ nhng trong thân nút có thể khoan thêm các lỗ thông hớng kính, làm cho cáckhoang có p cao đối diện nhau, áp lực tác dụng lên nút cân bằng hơn

- Khi xoay nút đi 90o có thể đổi chiều bộ công tác (bằng cách đổi chiều dòng chấtlỏng)

A-A

P (Từ bơm)

B (Đến xi lanh) A

T (Về thùng)

1

2

P P

Hình 3.2 Sơ đồ hoạt động của van phân phối kiểu khoá

H.a - dầu không qua van phân phối; H.b - dầu từ P sang A và từ B sang T;

H.c - dầu từ P sang B và từ A sang T

b) Van phân phối kiểu van hình côn:

Nó đợc dùng khi cần phân phối chất lỏng một cách gián đoạn theo một quy luậtnhất định

- Khi tác dụng lực P thì van mới mở cho dầu chảy qua

- Khi không tác dụng lực điều khiển, van đóng lại (nắp van ép khít vào đế ở thânvan)

- Lực P có thể tác dụng bằng tay, cơ khí hoặc bằng điện

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của van phân phối kiểu van hình côn

1 - Nắp van; 2 - Thân van; 3 - Lò xo

c) Van phân phối kiểu con trợt

* Van phân phối kiểu con trợt ngăn kéo

P

1

Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo van phân phối con trợt ngăn kéo

d) Van phân phối kiểu Piston bậc

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một van 4 cửa, 3 vị trí (4/3)

Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo và các vị trí làm việc của van phân phối

Ha Vị trí 1: Van bị đóng hoàn toàn, cửa dầu P và T đều đóng

Hb Vị trí 2: P nối với A, B nối với T khi đẩy cần gạt sang phải

Hc Vị trí 3: P nối với B, A nối với T khi đẩy cần gạt sang trái

4

3 P

B

dầu, bộ công tác có thể bơi bập bềnh, trong máy ủi thuỷ lực, lúc này lỡi ủi có thểsao chép địa hình trên địa hình mấp mô.

* Van phân phối 2 cửa, 2 vị trí (Đóng, mở) dùng cho xi lanh làm việc một chiều

Hình 3.6 Van đảo chiều 2/2

* Van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí (3/2)

Hình 3.7 Van đảo chiều 3/2

c) Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2)

Hình 3.8 Van đảo chiều 4/2

Ký hiệu: P- cửa nối bơm;

T- cửa nối ống xả về thùng dầu;

A, B- cửa nối với cơ cấu điều khiển hay cơ cấu chấp h nh; μ khi trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ lμmL- cửa nối ống dầu thừa về thùng

Chú ý:

1) Loại 2 vị trí dùng cho xi lanh làm việc 1 chiều, loại 3, 4 vị trí dùng cho loại

xi lanh làm việc hai chiều

2) Khi lựa chọn van phân phối cần phải căn cứ vào những tính năng kỹ thuậtquan trọng nhất nh kiểu đóng mở, p, Q

3) Trong thực tế van phân phối có cấu tạo phức tạp do đợc ghép nối nhiều ngănkéo hoặc trong van có bố trí thêm van 1 chiều, van an toàn

Van áp suất gồm có các loại sau:

+/ Van tràn và van an toàn

+/ Van giảm áp

+/ Van cản

+/ Van đóng, mở cho bình trích chứa thủy lực

3.2.2.1 Van tràn và an toàn

thống thủy lực vợt quá trị số quy định Van tràn làm việc thờng xuyên, còn van antoàn làm việc khi quá tải.

Ký hiệu van tràn và van an toàn:

Giải thích: khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên vợt quá mức điều chỉnh, nó sẽthắng lực lò xo, van mở cửa và đa dầu về bể Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít

điều chỉnh ở phía trên

Có nhiều loại: +/ Kiểu van bi (trụ, cầu)

+/ Kiểu con trợt (pittông) +/ Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp)

Hình 3.9 Kết cấu kiểu van bi

Ta có: p1.A = C.(x + x0) (bỏ qua ma sát, lực quán tính, p2 ≈ 0)

Trong đó:

x0 - biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu;

C - độ cứng lò xo;

F0 = C.x0 - lực căng ban đầu;

x - biến dạng lò xo khi làm việc (khi có dầu tràn);

p1 - áp suất làm việc của hệ thống;

A - diện tích tác động của bi

Kiểu van bi có kết cấu đơn giản nhng có nhợc điểm: không dùng đợc ở ápsuất cao, làm việc ồn ào Khi lò xo hỏng, dầu lập tức chảy về bể làm cho áp suấttrong hệ thống giảm đột ngột

b Kiểu van con trợt:

Hình 3.10 Kết cấu kiểu van con trợt.

Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3 Nếu nh lực do ápsuất dầu tạo nên là F lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo Flx và trọng lợng G củapittông, thì pittông sẽ dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể Lỗ 4 dùng đểtháo dầu rò ở buồng trên ra ngoài

Ta có: p1.A = Flx (bỏ qua ma sát v trọng l ợng của pittông) μ khi trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ lμm −ờng kính con lăn

c Van điều chỉnh hai cấp áp suất

Trong van này có 2 lò xo: lò xo 1 tác dụng trực tiếp lên bi cầu và với vít điềuchỉnh, ta có thể điều chỉnh đợc áp suất cần thiết Lò xo 2 có tác dụng lên bi trụ (con

là rãnh hình tam giác Lỗ tiết lu có đờng kính từ 0,81 mm.

Hình 3.11 Kết cấu của van điều chỉnh hai cấp áp suất

Dầu vào van có áp suất p1, phía dới và phía trên của con trợt đều có áp suất dầu.Khi áp suất dầu cha thắng đợc lực lò xo 1, thì áp suất p1 ở phía dới và áp suất

p2ở phía trên con trợt bằng nhau, do đó con trợt đứng yên

Nếu áp suất p1 tăng lên, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua con trợt, lên van bi chảy về

bể Khi dầu chảy, do sức cản của lỗ tiết l u, nên pường kính con lăn 1 > p2, tức là một hiệu áp Δp = p1

- p2 đợc hình thành giữa phía dới và phía trên con trợt (Lúc này cửa 3 vẫn đóng) A2.p1 > C1.x2 và C2.x3 > p1.A3

Khi p1 tăng cao thắng lực lò xo 2  lúc này cả 2 van đều hoạt động

Loại van này làm việc rất êm, không có chấn động áp suất có thể điều chỉnhtrong phạm vi rất rộng: từ 5  63 bar hoặc có thể cao hơn

3.2.2.2 Van giảm áp

Trong nhiều trờng hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng lợngcho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau Lúc này ta phải cho bơm làmviệc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trớc cơ cấu chấp hành nhằm đểgiảm áp suất đến một giá trị cần thiết

Ký hiệu:

KÕt cÊu van gi¶m ¸p

H×nh 3.12 KÕt cÊu cña van gi¶m ¸p

VÝ dô m¹ch thuû lùc cã l¾p van gi¶m ¸p

Hình 3.12 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van giảm áp

Trong hệ thống này, xilanh 1 làm việc với áp suất p1, nhờ van giảm áp tạo nên

áp suất p1 > p2 cung cấp cho xilanh 2 áp suất ra p2 có thể điều chỉnh đợc nhờ vangiảm áp

Ta có lực cân bằng của van giảm áp: p2.A = Flx (Flx = C.x)

sẽ ngắt dòng điện  Bơm dầu, các van hay các bộ phận khác ngừng hoạt động.

3.3 Van tiết lu (cơ cấu tiết lu)

Cơ cấu tiết lu đợc dùng để điều chỉnh hay hạn chế lu lợng chất lỏng trong hệthống truyền động thuỷ lực bằng cách gây sức cản cục bộ với dòng chảy

3.3.1 Phân loại

a Theo nguyên tắc hoạt động:

Các tiết lu đợc chia làm hai dạng

+ Tiết lu cản nhớt (tiết lu tuyến tính)

+ Tiết lu cản xoáy (tiết lu không tuyến tính)

- Trong loại tiết lu cản nhớt tổn thất áp suất là một hàm tuyến tính của vận tốc dòngchảy (vì loại tiết lu này có chiều dài lớn, tiết diện rãnh lu thông nhỏ và lu thông vớichế độ chảy tầng) Lu lợng thực tế phụ thuộc vào nhiệt độ (phụ thuộc vào độ nhớt)khi làm việc t0 thay đổi dẫn tới độ nhớt thay đổi làm cho Q thay đổi ( lớn)

và đặc tuyến của tiết lu thực tế không phụ thuộc vào độ nhớt (lu lợng thực tế khôngphụ thuộc vào nhiệt độ)

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của van tiết lu

H.a- tiết lu không điều chỉnh đợc; H.b- tiết lu điều chỉnh đợc

- Loại tiết lu không điều chỉnh đợc dùng khi cần gây độ chênh áp cần thiết giữahai buồng làm việc nào đó hoặc hạn chế sự dao động áp suất của chất lỏng do va đậpgiữa các chi tiết làm việc (ví dụ nh trên cơ cấu giảm chấn của ôtô)

- Loại tiết lu điều chỉnh đợc thờng dùng để điều chỉnh lu lợng và do đó điềuchỉnh đợc vận tốc của các động cơ hoặc xi lanh thuỷ lực

c Theo cấu tạo ngời ta chia thành

+ Tiết lu kiểu nút xoay+ Tiết lu kiểu vít + Tiết lu kiểu côn+ Tiết lu kiểu tấm

* Tiết lu kiểu nút xoay (tiết lu cản nhớt)

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của van tiết lu kiểu nút xoay