Bài giảng thủy lực khí nén

Truyền động thuỷ lực là dạng truyền động mà công suất được truyền từ động cơ đến các bộ phận công tác thông qua chất lỏng dầu thuỷ lực Trong quá trình truyền công suất, hệ thống truyền đ

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC – KHÍ

NÉN

1.1 Co sở lý thuyết của truyền động thủy lực

1.1.1 Khái niệm, phân loại và ưu nhược của truyền động thủy lực

1.1.1.1 Khái niệm

Trong những năm trở lại đây, nhờ sự phát triển của kỹ thuật luyện kim và gia công cơ khí nên truyền động thuỷ lực đã và đang được áp dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy nói chung và máy xây dựng nói riêng, góp phần nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy móc thiết bị, nhất là đã đáp ứng một phần về nhu cầu tự độnghóa ngày càng cao trong kỹ thuật

Truyền động thuỷ lực là dạng truyền động mà công suất được truyền từ động cơ đến các bộ phận công tác thông qua chất lỏng (dầu thuỷ lực)

Trong quá trình truyền công suất, hệ thống truyền động có thể biến đổi trị số của

mô mômen (M) và số vòng quay (n) cho phù hợp với yêu cầu, cũng có thể ngắt hoặc nối truyền động từ động cơ đến các bộ phận công tác cho phù hợp với điều kiện làm việc

Truyền động thuỷ lực hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các máy xây dựng, cũng như trong công nghiệp nói chung như: Cần trục ôtô, máy làm đất, xe nâng hàng, các máy chuyên dùng Nhằm phục vụ ở các ga đường sắt, bến cảng, kho bãi chứa hàng hoá, các công trường xây dựng, bãi khai thác vật liệu Trong các máy móc công nghiệp như: máy gia công cơ khí, tiết bị đúc ép…

sự điều khiển của van 2 mà dầu cao áp được dẫn đến xi lanh công tác 3 trong chuyển động tịnh tiến hoặc động cơ thủy lực trong chuyển động quay

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên tắc truyền động

thủy tĩnh

1 Bơm thủy lực

2 Bộ điều khiển (van phân phối)

3 Xi lanh thủy lực( bộ công tác)

4 Van bảo hiểm (van an toàn)

5 Thùng dầu

6 Bầu lọc

Ví dụ: Biến mô hoặc ly hợp

trong máy kéo, ô tô, đầu máy xe

lửa…

Bơm ly tâm nhận công suất từ động

cơ ban đầu, đẩy dầu qua đường ống

(2) cơ cấu dẫn hướng (3) hướng dầu

vào tuốc bin (4) Nhờ hạ áp lực ở đầu

dòng chảy, dầu có vận tốc cao đập

vào cánh tuốc bin do đó tuốc bin có

mô men quay Truyền động thủy động

có đặc tuyến mềm, khi ngoại lực tăng,

số vòng quay giảm xuống tia dầu tăng

áp lực đập vào cánh tua bin và làm

cho mô men quay của nó lại tăng lên

1.1.1.3 Ưu nhược điểm

 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 được 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 thường đặt ở động cơ dẫn 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 ngược lại (bơm - động cơ thuỷ lực và bơm - xi lanh thuỷ lực)

 Sử dụng các bộ máy đã được tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá, tiện lợi cho việc sửachữa, thay thế, giảm thời gian và giá thành sửa chữa (các cụm máy đã được tiêu

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ

động

1.Bơm ly tâm; 2,5,7,9 Đường ống; 3 Cơ cấu dẫn hướng; 4.Tuốc bin; 6,8 Thùng chứa chất lỏng

chuẩn hoá: bơm, động cơ thuỷ lực, xi lanh thuỷ lực, van thuỷ lực, van phân phối, bầu lọc )

b) Nhược điểm

 Khó làm kín các bộ phận làm việc nhất là khi áp suất lớn Chất lỏng công tác (dầu) dễ bị rò rỉ hoặc dễ bị bọt khí bên ngoài xâm nhập vào, từ đó làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của bộ truyền động

 Đòi hỏi chế tạo phải đạt độ chính xác cao dẫn tới giá thành đắt

 Dễ bị bẩn do chảy dầu và bụi bẩn bám vào

1.1.2 Các định luật của chất lỏng

1.1.2.1 Áp suất thủy tĩnh

Trong các chất lỏng, áp suất (do trọng lượng và ngoại lực) tác động lên mỗi phần

tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa

Hình 1.2 Áp suất thủy tĩnh

Tại hình 3.1d, áp suất ps tại vị trí trên hình được tạo thành bởi áp suất tác dụng trên mặt thoáng của chất lỏng và áp suất được tạo thành do trọng lượng của bản thân chất lỏng:

(1.1) Tại hình 3.1e, đối với một không gian kín, tiết diện A chịu tác dụng của lực F khálớn nên bỏ qua áp suất tạo nên do trọng lượng chất lỏng, áp suất pF được tính như sau:

(1.2)

Hình 1.3 Khuếch đại lực nâng và khuếch đại áp suất

1.1.2.2 Phương trình dòng chảy liên tục

Lưu lượng dòng chảy trong đường ống từ vị trí 1 sang vị trí 2 là không đổi lưu lượng Q của chất lỏng qua mặt cắt S của ống bằng nhau trong toàn ống (điều kiện liên tục) ta có phương trình dòng chảy như sau:

(1.3) Với v là vận tốc chảy trung bình của chất lỏng qua mặt cắt S

Như vậy lưu lượng của chất lỏng qua mặt cắt A1 và mặt cắt A2 là như nhau, vì tiếtdiện A1A2 nên vận tốc dòng chảy là khác nhau

Nếu tiết diện là hình tròn, ta viết được như sau:

Từ đó ta tính được vận tốc dòng chảy tại vị trí

2:

(1.4) Trong đó: d1 và d2 là đường kính tại tiết diện 1

: là áp suất thủy tĩnh

: là áp suất thủy động

Với là trọng lượng riêng, và  là khối lượng riêng

1.1.3 Các đại lượng cơ bản của truyền động

thủy lực

1.1.3.1 Áp suất

Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lượng SI là Pascal (Pa; N/m2) 1 Pascal (Pa)

là lực có giá trị 1 Newton (N) phân bố đều, vuông góc lên một bề mặt có diện tích 1m2

.

Hình 1.4 Phân biệt các loại áp suất

Trong thực tế, người ta dùng đơn vị bội số của Pa là Mega Pascal (MPa), 1 Mpa

= 106 Pa ngoài ra người ta còn dùng đơn vị bar: 1 bar = 105 Pa; hoặc kG/cm2 = 0,981 bar

Ngoài ra một số nước (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị Pound per square inch, ký hiệu lbf/in2 (psi); 1 psi = 0,006895 bar; 1 bar = 14,5 psi

Áp suất ghi trên tất cả các áp kế là hiệu áp suất của áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển Áp suất ghi trên tất cả các chân không kế là hiệu áp của áp suất khí quyển

và áp suất tuyệt đối.

Đơn vị của công là Joule (J) là công sinh ra dưới tác động của một lực 1N để vật dịch chuyển quãng đường là 1m.

1.1.3.4 Công suất

Đơn vị công suất là Watt (W) 1W là công suất trong thời gian 1s sinh ra năng lượng là 1J

1.1.4 Tổn thất trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực

Trong hệ thống thủy lực có các loại tổn thất sau

Tổn thất thể tích: do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ

thống áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ, vận tốc càng nhỏ, độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể tích càng lớn Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng, như bơm, động cơ thủy lực, xilanh thủy lực sau đó là đến các đường ống dẫn dầu và các van

Tổn thất cơ khí: do ma sát giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau Tổn thất áp suất: là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của chất

lỏng từ bơm đến cơ cấu chấp hành Tổn thất này phụ thuộc vòa nhiều yếu tố khác nhau:

 Chiều dài ống dẫn

 Độ nhẵn thành ống

 Độ lớn của tiết diện ống dẫn

 Tốc độ dòng chảy

 Sự thay đổi tiết diện ống dẫn

 Trọng lượng riêng và độ nhớt của dầu

Nếu áp suất vào của hệ thống là p0 và áp suất ra là p1, thì tổn thất áp suất được biểu thị bằng:

(1.6) Tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực

Hình 1.5 Tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực

1.1.5 Tính chất và yêu cầu đối với truyền động thủy lực

1.1.5.1 Tính chất của dầu truyền động thủy lực

a) Độ nhớt

Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng độ nhớt xácđịnh ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng trượt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng có hai loại độ nhớt:

Độ nhớt động lực: độ nhớt động lực  là lực ma sát tính bằng N tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt 1m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau 1m và có vận tốc 1m/s độ nhớt động lực được tính bằng Pa.s

(N.s/m2) Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị Poiseuille (Poa-zơ), viết tắt là P, 1P=0,1 N.s/m2

b) Sự phụ thuộc của độ nhớt vào nhiệt độ

Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt càng giảm, được thể hiện bằng đồ thị sau:

Hình 1.6 Sự phụ thuộc của độ nhớt động vào nhiệt độ của các loại dầu thủy lực thường dùng

1.1.5.2 Yêu cầu đối với dầu thủy lực

Dầu thủy lực phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn của nhiệt độ và áp suất

 Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ

 Có tính trung hòa (trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhậpcủa khí, nhưng dể dàng tách khí ra;

 Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện kín khít và khe hở của các chi tiết di trượt, nhẳm đảm bảo độ rò rỉ dầu bé nhất cũng như ma sát ít nhất;

 Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hòa tan trong nước và không khí, dẫn nhiệt tốt

1.2 Cơ sở lý thuyết của truyền động khí nén

1.2.1 Khái niệm, ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng

1.2.1.1 Khái niệm

Hệ thống truyền động bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó nguy hiểm hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyển rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển

và kiểm tra của thiết bị nồi hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệphóa chất…

1.2.1.2 Ưu nhược điểm

 Khí nén sau khi sử dụng xong được xả trực tiếp ra ngoài môi trường

 Chi phí để thiết lập hệ thống truyền động bằng khí nén nhỏ,

 Dể dàng bố trí các thiết bị an toàn phòng ngừa sự quá áp

b) Nhược điểm

 Lực truyền tải thấp

 Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi, vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn nên không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặcquay đều

 Dòng khí nén thoát ra ngoài môi trường thường gây ồn

1.2.1.3 Khả năng ứng dụng của truyền động khí nén

 Trong lĩnh vực điều khiển

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó dể xảy ra cháy nổ, như các thiết bị phun sơn, các loại gá kẹp các chi tiết chất dẻo, trong môi trường có chất dể gây ra cháy, trong lĩnh vực sản xuất điện tử… vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài ra, hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, tiết bị vận chuyển và kiểm tra của lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói trong công nghiệp hóa chất…

 Trong hệ thống truyền động

Thiết bị máy va đập: như trong lĩnh vực khai thác mỏ, công trình xây dựng…

Truyền động quay: truyền động động cơ quay như thiết bị vặn bu lông, đai ốc,

máy khoan có công suất khoảng 3,5kW; máy mài công suất khoảng 2,5kW, cũng như những máy mài có công suất nhỏ nhưng số vòng quay cao đến 100.000rpm thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp

Truyền động thẳng: vận dụng truyền động bằng khí nén cho truyền động thẳng

trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong máy gia công, hệ thống phanh hãm ô tô hay đóng mở cửa…

1.2.2 Cơ sở tính toán truyền động khí nén

1.2.2.1 Thành phần của khí nén

Môi chất của truyền động khí nén là không khí trong khí quyển được hút vào máy nén khí Sau đó khí nén được đưa vào hệ thống không khí là loại khí hỗn hợp, bao gồm những thành phần sau:

Khối lượng % 75,51 23,01 1,286 0,04 0,001 0,153Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi… Chính những thành phần này gây ra sự ăn mòn, rỉ rét cho thiết bị khí nén Vì vậy, cần phải có biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn đến mức thấp nhất những thành phần

đó trong hệ thống khí nén

1.2.2.2 Những đại lượng cơ bản của không khí:

ST

T Đại lượng vật lý Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

kJ/kg.K Áp suất là hằng số

Thể tích là hằng số

1.2.2.3 Phương trình trạng thái nhiệt động học

Giả thiết khí nén trong hệ thống gần như là khí lí tưởng phương trình trạng thái nhiệt nhiệt tổng quát của khí nén

(1.8) Trong đó:

Pabs: áp suất tuyệt đối (bar)

V: Thể tích của khí nén (m3)

M: khối lượng không khí (kg)

R: Hằng số khí (J/kg.K)

T: nhiệt độ Kelvin (K)

a) Định luật Boyle – Mariotte

Khi nhiệt độ không thay đổi (T = hằng số) theo phương trình 1.1 ta có:

(1.9) Nếu gọi:

Hình 1.7 Sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ không thay đổi

V1(m3) là thể tích khí nén tại thời điểm có áp suất tuyệt đối là p1 abs

V2 (m3) là thể tích khí nén tại thời điểm có áp suất tuyệt đối là p2 abs

Từ phương trình 1.2 ta có thể viết như sau:

(1.10)

Sự phụ thuộc của áp suất và thể tích khi nhiệt độ không thay đổi là đường cong parabol

Năng lượng nén và giãn nở không khí được tính theo công thức

(1.11)

b) Định luật 1 Gay – Lussac

Khi áp suất không thay đổi (p = const) theo phương trình 1.1 ta có:

(1.12)

T1 (K) nhiệt độ tại thời điểm khí có thể tích V1

T2 (K) nhiệt độ tại thời điểm khí có thể tích V2

Năng lượng nén và giãn nở không khí được tính theo công thức

Khi thể tích không đổi, phương trình 1.1 được viết lại như sau:

(1.14)

Vì thể tích V không thay đổi nên năng lượng nén và giãn nỡ bằng 0: W = 0

d) Phương trình trạng thái nhiệt khi cả ba đại lượng áp suất, nhiệt độ và thể tích thay đổi

Theo phương trình 1.1 ta biến đổi được như sau:

(1.15) Hay

(1.16) Khối lượng không khí m được tính theo công thức: nên

e) Phương trình đoạn nhiệt

Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình nén hay giãn nở không có nhiệt được đưa vào hay lấy đi

Thể tích riêng của không khí được xác định như sau:

(1.21)

Nên ta có thể nhận được phương trình trạng thái của khí nén như sau:

Nhiệt lượng riêng c là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng khối lượng không khí 1kg lên nhiệt độ 10K nhiệt lượng riêng khi thể tích không thay đổi ký hiệu là cv, khi ápsuất không thay đổi ký hiệu là cp Tỷ số cp và cv gọi là chỉ số đoạn nhiệt

(1.23) Hiệu số cp và cv gọi là hằng số khí R

(1.24) Phương trình trạng thái đoạn nhiệt:

Trong thực tế không thể thực hiện được quá trình đẳng nhiệt cũng như đoạn nhiệt quá trình xảy ra thường nằm trong khoảng giữa quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt, gọi là quá trình đa biến có phương trình:

Chỉ số đa biến n được xác định như sau:

(1.27) Trong đó:

P: Áp suất toàn phần của khí hỗn hợp gồm không khí và hơi nước

Pkhong khi: áp suất riêng phần của không khí khô

P’w: áp suất riêng phần của hơi nước bảo hòa

Lượng nước bốc hơi cần thiết để đạt được áp suất bảo hòa chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và lượng không khí chứ không phụ thuộc vào áp suất của không khí

Lượng hơi nước chứa nhiều nhất trong 1kg không khí gọi là lượng ẩm bảo hòa x’ (g/kg)

Lượng hơi nước thực tế chứa trong 1kg không khí (ở cùng nhiệt độ) gọi là lượng

ẩm tuyệt đối x (g/kg)

Đệ ẩm tương đối không khí được biểu thị dưới dạng % () của tỷ số lượng ẩm tuyệt đối và lượng ẩm bảo hòa

(1.28) Bảng dưới cho ta biết được lượng hơi nước chứa nhiều nhất (lượng ẩm bảo hòa) trong 1kg không khí ở những nhiệt độ khác nhau:

87,52

152,75

409,16

409,21

Điểm hóa sương là nhiệt độ mà tại đó lượng hơi nước trong không khí đạt bảo hòa

Nhiệt độ hóa sương là nhiệt độ cần thiết để lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hòa Khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ điểm hóa sương thì quá trình ngưng tụ nước sẽ diễn ra

Áp suất điểm sương là áp suất ở tại nhiệt độ điểm hóa sương

1.2.2.5 Phương trình dòng chảy

a) Phương trình dòng chảy liên tục

Hình 1.10 Dòng chảy liên tục

Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi, ta

có phương trình dòng chảy như sau:

Trong đó

Qv1; w1; A1: lần lượt là lưu lượng, vận tốc dòng chảy, và tiết diện tại vị trí 1

Qv2; w2; A2: lần lượt là lưu lượng, vận tốc dòng chảy, và tiết diện tại vị trí 2

b) Phương trình Bernulli

Theo hình 1.5 phương trình Bernulli được viết như sau

(1.30) Trong đó:

là động năng;

là thế năng;

là năng lượng áp suất

Phương trình 1.23 có

thể viết lại như sau:

Nếu chiều cao h=0, thì:

Để tính toán những thiết bị truyền động bằng khí nén một cách dể dàng, ta giả thiết như sau:

Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi nhiệt được thực hiện, ta cho là quá trình đẳng nhiệt

Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi nhiệt không được thực hiện, ta cho là quá trình đoạn nhiệt

Lưu lượng không khí qua khe hở được tính như sau:

Trong đó:

α: hệ số lưu lượng

: hệ số giãn nở

A1: diện tích mặt cắt của khe hở (m2)

p: Áp suất trước và sau khe hở

1: khối lượng riêng của không khí (kg/m3)

Hình 1.11 Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào hình dạng của khe hở

Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào hình dạng hình học của khe hở (hệ số có rút ) và

hệ số vận tốc 

(1.32)

Hình 1.12 Hệ số lưu lượng của vòi

phun

Hình 1.13 Hệ số giãn nở của vòi phun

Hình 1.16 biểu diễn mối quan hệ của hệ số lưu lượng α và tỷ số m=d2/D2 của vòi phun; hình 1.17 biểu diễn mối quan hệ của hệ số giãn nở , tỷ số áp suất sau và trước khe hở p2/p1 và tỷ số m=d2/D2 của vòi phun

Hình 1.18 biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số lưu lượng α và ảnh hưởng của hệ số Raynold Re của bướm điều tiết trong hệ thống điều khiển khí nén, số Re=2230 là giới hạn giữa dòng chảy tầng và chảy rối

Hình 1.14 Sự phụ thuộc của hệ số lưu lượng α và ảnh hưởng của số Reynold Re của

bướm điều tiết

1.2.2.7 Tổn thất áp suất trong hệ thống khí nén

Tính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén rất phức tạp trong tài liệu này chỉ giới hạn là vận tốc dòng chảy trong ống dẫn nhỏ hơn 25m/s từ đó, tổn thất áp suất của hệ thống bao gồm:

Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (pR)

Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (pE)

Tổn thất áp suất trong các loại van (pV)

a) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (p R )

Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (pR) được tính theo công thức

(1.33) Trong đó:

l: chiều dài ống dẫn [m]

n = 1,293: Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn [kg/m3]

: Khối lượng riêng của không khí [kg/m3]

pn = 1,013: Áp suất không khí ở trạng thái tiêu chuẩn [bar]

: Vận tốc của dòng chảy [m/s]

d: đường kính ống dẫn (m)

: hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re<2230)

: với  = 13,28.10-6 Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn [m2/s]

b) Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (pE)

Trong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện thay đổi, dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi… tổn thất áp suất trong những tiết diện đó được tính theo công thức

(1.34) Trong đó:  là hệ số cản, phụ thuộc vào tiết diện ống dẫn, số Re

 Khi tiết diện thay đổi đột ngột

(1.35)

 Khi ống dẫn gãy khúc

Tổn thất áp suất tính theo công thức 1.27 với  được xác định như sau:

Hình 1.15 Cách xác định  khi tiết diện gãy khúc

CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC

2.1 Bơm thủy lực

Bơm và động cơ thủy lực là hai thiết bị có chức năng khác nhau Bơm là phần tửtạo ra năng lượng thủy lực, còn động cơ là thiết bị tiêu thụ năng lượng này Về kết cấuthì bơm và động cơ thủy lực tương tự nhau

Bơm thủy lực là cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng đến biến cơ năng thành thếnăng của chất lỏng Trong hệ thống thủy lực thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loạibơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích của buồng làmviệc Khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu; khi thể tích của buồng giảm, bơmđẩy dầu ra Tùy thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu trình làm việc ta cóthể phân các loại bơm thành 2 nhóm: loại có lưu lượng cố định và loại có thể điềuchỉnh được lưu lượng

Động cơ thủy lực: dùng biến năng lượng dưới dạng thế năng của chất lỏng thành

cơ năng trên trục của động cơ Quá trình biến đổi như sau: dầu áp suất cao được đưavào buồng công tác của động cơ, dưới tác dụng của áp suất làm trục động cơ quay

2.1.1 Bơm bánh răng

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén Nếu như đường dầu ra có vật cản, dầu bị chặn

sẽ tạo nên áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm.Loại bơm này dùng rộng rãi nhất vì có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

Phạm vi sử dụng chủ yếu trong những hệ thống có áp suất nhỏ, phạm vi áp suất

sử dụng trong khoảng (10200)bar

Bơm bánh răng có hai loại: ăn khớp ngoài và ăn khớp trong; răng sử dụng có thể

là răng thẳng, răng nghiêng hay răng chữ V Trong đó loại bánh răng ăn khớp ngoài răng thẳng được sử dụng phổ biến nhất do dể chể tạo, còn loại ăn khớp trong có kích thước nhỏ gọn

Hình 3.1: Bơm bánh răng

a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; b) Bơm bánh răng ăn khớp trong; c) Ký hiệu bơmKết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 3.2: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

1.Cặp bánh răng; 2.Vành chắn; 3.Thân bơm; 4.1,4.2.Mặt bích; 5.Vòng chắn dầu ở trục bơm;6.Ổ đỡ; 7.Vòng chắn để điều chỉnh độ hở mặt hồng của cặp bánh răng và vành chắnBơm bánh răng ăn khớp trong được dùng trong những trường hợp yêu cầu độcứng vững lớn và tiếng ổn nhỏ, yêu cầu đặc biệt về rút gọn không gian làm việc

Bánh răng trong nối với trục bơm, bánh răng ngoài đặt lệch tâm với bánh răng trong và quay tự do trong stato (vỏ bơm), vành khăn đặt giữa ngăn cách

khoang hút và khoang đẩy Do ăn khớp với bánh răng trong nên sự quay tròn của bánhrăng ăn khớp trong phụ thuộc vào bánh răng trong Khi quay theo chiều mũi tên, thể tích khoang hút tăng lên hút dầu vào giữa hai bánh răng, dầu được chứa trong các rãnhrăng được vận chuyển qua vành khăn, khi qua đến buồng đẩy thể tích giữa hai bánh răng giảm đi, làm áp suất tăng lên và dầu được đẩy vào đường ống cao áp

Lưu lượng bơm bánh răng được tính dựa trên nguyên tắc dầu được đẩy ra khỏibánh răng bằng với thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy haibánh răng có kích thước như nhau

(2.1)Trong đó:

m: modul của bánh răng (cm);

d: Đường kính chia của bánh răng (cm)

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý và quá trình làm việc của bơm bánh răng ăn khớp trong (loại

không có vành khăn) I.Buồng hút; II.Buồng đẩy

2.1.2 Bơm piston

Bơm piston là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston –xilanh Vì bề mặt của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (có thể đạt đến 700bar) Bơm piston thường được dùng ở những hệ thống thủylực cần áp suất cao, và lưu lượng lớn

Dựa trên cách bố trí piston, bơm có thể phân ra làm hai loại:

 Bơm piston hướng tâm

 Bơm piston hướng trục

2.1.2.1 Bơm piston hướng tâm

Trong mỗi nhánh có piston được đặt trong lỗ xilanh hướng tâm, đuôi của piston liên kết với lò xo có xu hướng luôn đẩy piston ra xa xilanh và tỳ vào trục lệch tâm Trên đầu của mỗi xilanh

có 2 cửa liên kết với 2 van hút và đẩy Trục bơm được bố trí có độ lệch tâm e, nên khi trục bơm quay một vòng, mỗi pisotn thực hiện được một khoảng chạy

là 2e, ở hành trình dịch chuyển đi vào trục lệch tâm (được thực hiện bằng lò xo) nhánh xi lanh đó thực hiện hành trình hút, hút dầu từ bên ngoài qua buồng hút vào trong xilanh, ở hành trình dịch chuyển đi ra trục lệch tâm (được thực hiện do độ lệch tâm) piston thực hiện hành trình đẩy, đẩy dầu vào trong buồng đẩy

Lưu lượng của bơm piston có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm

Số lượng nhánh piston – xilanh trong bơm thường là số lẻ để giảm hiện tượng dao động áp suất khi làm việc

Lưu lượng bơm được tính toán bằng việc xác định thể tích của xilanh, thể tích của một xilanh khi rotor quay một vòng được xác định như sau:

(2.3)

Hình 3.1: Bơm piston hướng tâm

h: là hành trình của piston (cm), và thông thường h=(1,31,4)d Vì hành trình của piston là h=2e nêu nếu piston có Z piston và làm việc với số vòng quay là n (rpm)thì lưu lượng tính theo phút của bơm được tính như sau:

(2.4)

2.1.2.2 Bơm piston hướng trục

Bơm piston hướng trục là loại bơm có piston đặt song song với trục của rotor và được truyền động bằng khớp hoặc đĩa nghiêng Ngoài những ưu điểm như của bơm piston hướng tâm, bơm piston hướng trục có ưu điểm nữa là kích thước của nó nhỏ gọn hơn khi cùng cỡ với bơm hướng tâm Ngoài ra, so với các loại bơm khác, bơm piston hướng trục có hiệu suất tốt nhất và hiệu suất gần như không phụ thuộc vào tải trọng và số vòng quay

Hình 3.4: Sơ đồ

nguyên lý của bơm piston hướng trục (loại đĩa nghiêng)

1.Rotor; 2 Đĩanghiêng; 3.Đĩa phânphối dầu; 4.Đế trượt;5.Piston; 6.Trụctruyền

A: Rãnh hútB: rãnh thoát

Nguyên lý cấu tạo:

Các lỗ xi lanh phân bố đều trên rôto (1) Đĩa phân phối đầu (3) có hai rãnh hìnhxuyến (hình vòng cung) được ngăn cách với nhau, rãnh a hút dầu còn rãnh b đẩy dầucao áp vào đường ống hai rãnh này thông với 2 lỗ hút và đẩy dầu (thoát dầu) Piston 5liên kết bằng khớp cầu với đế trượt 4, đế trượt này di chuyển tròn cùng với rotor (1) vàluôn tiếp xúc với đĩa nghiêng 2 vì vậy mang piston 5 dịch chuyển tịnh tiến trong cácxilanh nằm trong rotor 1, góc nghiêng của  của đĩa nghiêng 2 có thể điều chỉnh đểthay đổi hành trình h của piston trong xilanh từ đó điều chỉnh lưu lượng của bơm Đểgiảm rò rỉ của chất lỏng người ta phải làm khít cẩn thận bề mặt tiếp xúc giữa rôto(khối xi lanh) và đĩa phân phối dầu (đĩa 3 cố định không quay) Số xi lanh thường lấy

bằng 7, 9, 11 chiếc.

Nguyên lý hoạt động:

Khi rôto 1 quay nhờ trục truyền 6, các Piston quay theo nhưng do lò xo ở trongxilanh luôn đẩy Piston 5 tỳ sát vào đĩa nghiêng 2 nên tạo ra chuyển động tương đối củaPiston với xi lanh Khi quay theo chiều mũi tên trên hình thì lỗ a là lỗ hút do pistondịch chuyển đi ra làm tăng thể tích trong xilanh, hút dầu vào trong xilanh, còn lỗ b là

lỗ đẩy dầu vì piston dịch chuyển đi vào, thể tích trong xilanh giảm đi đẩy dầu vàorãnh, vì vậy khi lắp đặt cần kiểm tra chiều quay của bơm có đúng yêu cầu không

Hình 3.5: Sơ đồ

nguyên lý của bơm piston hướng trục (loại truyền động bằng khớp)

1,9 Piston; 2.Xilanh; 3.Đĩa phânphối dầu; 4.Độnghiêng; 5.Piston;6.Trục truyền

Nếu lấy các ký hiệu như ở bơm piston hướng tâm và đường kính trên đó phân bố các xilanh có đường kính là D, thì lưu lượng của bơm được tính như sau:

(2.5)

2.1.3 Bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt là loại bơm được dùng khá rộng rãi trong hệ thống thủy lực có áp suất thấp và trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng

ổn định hơn, hiệu suất cao hơn

Nguyên lý cấu tạo và quá trình làm việc của bơm cánh gạt đơn như sau:

Rô to đặt lệch tâm so với vòng trượt một khoảng e, trên rô to có các rãnh chứa các cánh gạt, các cánh gạt này trong lúc làm việc luôn tỳ sát vào thành vòng trượt nhờ lực ly tâm hoặc lò xo đẩy từ trong rô to Khi rô to quay theo chiều kim đồng hồ, do ro

to đặt lệch tâm nên thể tích giới hạn bởi rô to, các cánh gạt và vùng nén thay đổi, thể tích vùng phía trên tăng lên hút dầu vào trong tạo thành vùng hút, khi rô to quay qua vùng phía dưới thì thể tích nhỏ lại làm áp suất dầu tăng lên đẩy ra đường ống cao áp ởmột số loại bơm, vị trí của roto có thể thay đổi được để thay đổi lưu lượng của bơm,

độ lệch tâm e càng lớn thì lưu lượng càng lớn và ngược lại

Hình 3.6: Nguyên lý cấu tạo của bơm

cánh gạt đơn

Hình 3.7: Nguyên lý cấu tạo của bơm

cánh gạt kép

Bơm cánh gạt kép là loại bơm mà khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu

kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén

2.2 Xi lanh thủy lực

Xi lanh thuỷ lực được dùng phổ biến trong các cơ cấu chấp hành của hệ thống

truyền động thuỷ lực trên Máy xây dựng Tùy theo mục đích sử dụng, chúng có cáckích cỡ khác nhau

 Đường kính của piston (đường kính trong xilanh): D = (32 ÷ 320) mm

 Hành trình Piston h = (60 ÷ 2800) mm, có khi lên đến 10m

 Áp suất làm việc tới 16 MPa, 20 MPa thậm chí có thể tới 70 MPa (700 at)

Phân loai: Xi lanh thuỷ lực được chia làm hai loại

 Xi lanh lực: chuyển động tương đối của Piston với xi lanh là chuyển động tịnh tiến

 Xi lanh mô men (xi lanh quay): chuyển động tương đối là chuyển động quay, lắc

Xi lanh hai cán hai chiều Xi lanh một cán hai chiều Xi lanh một chiều

Hình 3.8: Các loại xilanh lực

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)Dưới đây là hình vẽ kết cấu thực tế của một xilanh thủy lực một cán, tác dụnghai chiều:

Hình 3.9: Cấu tạo của xilanh tác dụng kép, cần piston một phía

1.Thân; 2.Nắp xilanh; 3.Đáy xilanh; 4.Cán piston; 5.Piston; 6.Ống trượt; 7.Phốt chắn bụi;8.Siêu chắn dầu; 9.Tấm nối; 10.Phốt chắn dầu; 11.Siêu chắn dầu; 12.Bulông; 13.Tấm dẫn

hướng; 14.Phốt chắn dầu; 15.Đai ốc; 16.Đai ốc; 17.Chốt khóa

Các tính toán cơ bản đối với xilanh một cán, tác dụng hai chiều (hình 3.12b)Lực đẩy của piston khi duỗi:

(2.6)Lực kéo của piston khi co:

(2.7)Trong đó:

T1; T2: là lực đẩy và lực kéo của piston

P1; P2: là áp suất dầu công tác đi vào phía phải và phía trái của piston

D: Đường kính của piston

d: Đường kính cán piston

C: hiệu suất cơ khí của xilanh thủy lực, thường lấy C = (0,96÷0,98)

Tốc độ dịch chuyển của piston được tính như sau:

Trong đó

Q1; Q2: là lưu lượng của dầu đi vào bên trái và bên phải của piston

2.3 Van đảo chiều

Công dụng:Van phân phối làm nhiệm vụ phân phối chất lỏng công tác (dầu thuỷ

lực) cao áp từ bơm thuỷ lực tới các đường ống khác nhau dẫn đến các bộ máy thuỷlực, vì vậy có thể đảo chiều chuyển động bộ công tác hoặc điều khiển nó theo một quyluật nhất định

Phân loại: Van phân phối được phân loại theo nhiều kiểu khác nhau:

 Căn cứ vào số lượng cửa dẫn dầu vào và ra, ta có các loại van phân phối hai cửa,

ba cửa hoặc bốn cửa hoặc hơn

 Theo số vị trí (định vị con trượt của van) thông thường van có 2 hoặc 3 vị trí,trong trường hợp đặc biệt có thể nhiều hoặc hơn

Thông thường người ta dùng ký hiệu để biết loại van bao nhiêu cửa, bao nhiêu vịtrí: ví dụ van đảo chiều 2/2 tức là 2 cửa, 2 vị trí; 4/3: bốn cửa, ba vị trí

Hình 3.10: Ký hiệu các loại van đảo chiều

(a)Van 2/2; (b) Van 3/2; (c) Van 4/2

 Theo đặc điểm điều khiển có loại điều khiển bằng cần gạt, nam châm điện hay áplực dầu

 Theo kết cấu của van người ta chia thành: kiểu con trượt, kiểu khóa và van hìnhcôn

Hiện nay loại sử dụng phổ biến nhất là loại con trượt, bốn cửa ba vị trí được điềukhiển bằng điện hay bằng thủy lực Dưới đây là kết cấu và sơ đồ bố trí của van phânphối loại trên

1.Bình chứa dầu; 2.Bơm thỷ lực; 3.Van phân phối;4.Xilanh thủy lực tác dụng hai chiều; 5.Van an toàn.Cửa P: từ bơm tới; cửa T: về thùng chứa; cửa A: đếnbên phải piston; cửa B: đến bên trái piston

Hình 3.11: Sơ đồ bố trí và quá trình làm việc của van phân phối ba vị trí bốn cửa.

Nguyên lý làm việc như sau: khi van phân phối ở trạng thái trung gian, cửa P và

T được nối thông với nhau, cửa A và B được đóng lại, dầu từ bơm đi qua cửa P quacửa T và về thùng chứa, piston của xilanh 4 cố định Khi đẩy van phân phối qua phải,cửa P nối với A, cửa T nối với B, dầu cao áp đi từ bơm vào bên trái piston đẩy pistonduỗi ra, dầu bên phải xilanh qua cửa B rồi qua T về thùng chứa Khi đẩy van phân phốiqua trái thì piston của xilanh 4 có chuyển động ngược lại

Van đảo chiều 4/3 cũng có nhiều loại:

 Vị trí trung gian nối cửa P và T: chất lỏng từ bơm cung cấp cho van đi qua cửa T

để về thùng chứa

 Vị trí trung gian các cửa nối bị chặn: chất lỏng từ bơm cung cấp cho van đi qua

van tràn để về thùng chứa

(a)

(b)

Hình 3.12: Van đảo chiều 4/3

a) Vị trí trung gian nối cửa P và T

b) Vị trí trung gian các cửa nối bị chặn

2.4 Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp suất dùng để cố định, giảm trị số áp suất trong hệ thống thủy lực

2.4.1 Van an toàn (van tràn)

Van an toàn đảm bảo

áp suất làm việc trong hệ

Khi áp lực dầu trong hệ thống vì một lý do nào đó lớn hơn áp suất cho phép thìvan an toàn mở ra tháo dầu về thùng chứa, lúc đó áp suất giảm đi hệ thống được bảo

vệ an toàn

Van an toàn có rất nhiều kiểu,

chủng loại khác nhau Thông thường

trên hệ thống truyền động thủy lực của

máy xây dựng và xếp dỡ, có các loại

van an toàn như: Van an toàn đóng mở

bằng lò xo, hay áp lực dầu; van tác

động trực tiếp hay vi sai… phổ biến

hơn cả là loại tác động trực tiếp đóng

mở bằng lò xo

Tuy nhiên, van tràn điều khiển

trực tiếp không sử dụng được trong các

hệ thống thủy lực có áp suất cao, vì

kích thước của van, nút van lớn, lực lò

xo tăng quá mức cho phép Để giảm lực lò xo ở điều kiện áp suất và lưu lượng lớn,đồng thời tăng độ nhạy của van và ổn định về áp suất trong van, người ta sử dụng van

an toàn gián tiếp Nguyên lý làm việc như sau: khi áp suất ở khoang (1) tăng lên, nútvan (2) sẽ mở ra, hình thành sự chênh áp ở lỗ tiết lưu (4), làm cho piston 3 dịchchuyển đi xuống dầu theo rãnh T về thùng

2.4.2 Van giảm áp

Van giảm áp được sử dụng khi cần cung cấp chất lỏng từ nguồn cho một số cơcấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất Trong trường hợp này, người taphải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấphành để giảm áp suất đến trị số cần thiết

 Van giảm áp tác động trực tiếp:

Nguyên tắc làm việc của van giảm áp tác động trực tiếp là dựa trên sự cân bằngtác dụng của lực ngược chiều nhau lên nút van Dầu từ bơm P đi đến đường A phụthuộc vào độ mở a của van, vị trí của chốt van phụ thuộc vào sự cần bằng lực của lò

xo 2 và áp suất từ đường A tác dụng đẩy chốt van về bên phải Khi áp suất đường Alớn hơn áp suất được điều chỉnh, lực đẩy chốt van về bên phải thắng lực nén của lò xolàm chốt van dịch chuyển về bên phải, cửa a dần dần đóng lại làm giảm áp suất đếnđường A giảm xuống

Hình 3.13: Van

giảm áp tác dụng gián tiếp

1.Nút côn; 2.Lò

xo của van phụtrợ; 3.Lò xo vanchính; 4.Vòiphun; 5.Contrượt van chính;6.Cửa nối phíagiảm áp; 7.Khe

Hình 3.14: Kết cấu van giảm áp tác

dụng trực tiếp

Hình 3.3: Van an toàn tác động gián tiếpa) Sơ đồ kết cấu; b) Ký hiệu

Thân van; 2.Lò xo; 3.Nút điều chỉnh;

4.Chốt van

giảm áp; 8.Cửaxả

2.5 Van điều chỉnh lưu lượng (van tiết lưu)

Cơ cấu tiết lưu được dùng để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng chất lỏng trong

hệ thống truyền động thuỷ lực bằng cách gây sức cản cục bộ với dòng chảy điều nàylàm thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành

Van tiết lưu làm việc dựa trên nguyên lý lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện Van tiết lưu có thể đặt ở đường dầu vào hoặc đường dầu ra của cơ cấu chấp hành

Phân loại van tiết lưu, ngoài việc phân loại theo kết cấu của van, van tiết lưu còn được phân loại như sau:

 Theo khả năng điều chỉnh lưu lượng van tiết lưu được phân ra làm hai loại:

 Tiết lưu cố định

 Tiết lưu điều chỉnh được lưu lượng

 Theo chiều làm việc:

Hình 3.15: Phân loại theo chiều làm việc

a) Van tiết lưu hai chiều và lý hiệu; b) van tiết lưu một chiều và ký hiệu

 Van tiết lưu hai chiều: khi điều chỉnh vít 2, tiết diện 3 thay đổi.tiết lưu được cả

hai chiều từ A sang B và ngược lại

 Tiết lưu một chiều: điều chỉnh vít 1, tiết

diện khe hở thay đổi, tiế lưu được chiều từ

A sang B khi dầu đi từ B sang A, qua van

một chiều 2, không tiết lưu được

Ví dụ ứng dụng của van tiết lưu:

Hình 3.19 trình bày sơ đồ thủy lực có lắp

van tiết lưu ở đường ra của hệ thống thủy lực

cách lắp này được dùng phổ biến nhất, vì van tiết

lưu thay thế cả chức năng của van cản, tạo nên

25

một áp suất nhất định trên đường ra của xilanh do đó làm cho van chuyển động đượng êm.

2.6 Van chặn

2.6.1 Van một chiều:

Có công dụng chỉ cho chất lỏng chảy theo một chiều Nó được ứng dụng trong các trường hợp như: tải trọng đuợc duy trì khi bơm mất điện (a); tiết lưu một chiều (b);một chiều quá trình hút (c); dòng chảy qua bơm khi bộ lọc bị bẩn (d), dòng chảy về thùng khi bộ lọc bị bẩn (e) …

Hình 3.16: Kết cấu và ứng dụng của van một chiều 2.6.2 Van một chiều điều khiển được hướng chặn

Khi dầu chảy từ A qua B thực hiện theo nguyên lý của van 1 chiều Nhưng khi dầu chảy từ B qua A phải có tín hiệu điều khiển từ bên ngoài tác động vào

Hình 3.17: Kết cấu, nguyên lý làm việc và ký hiệu của van một chiều điều khiển được

hướng chặn

2.6.3 Van một chiều tác động khóa lẫn (bộ chống lún, chống tuột):

Kết cấu của van này thực chất là lắp hai van một chiều điều khiển được hướng chặn khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 theo nguyên lý của van một chiều Nhưng khi dầu chảy từ B2 qua A2 phải có tín hiệu điều khiển từ A1 hoặc dầu chảy từ B1

qua A1 phải có tín hiệu điều khiển từ A2 Ứng dụng của van này rất quan trọng khi được trang bị trong cơ cấu năng hạ hàng bằng xilanh thủy lực

Hình 3.5: Kết cấu thùng chứa dầu

1.Động cơ điện; 2.Ống dầu cao áp;

3.Lọc;4.Phía hút; 5.Vách ngăn; 6.Phía xả;

trí trong thùng dầu hoặc tạo điều kiện cho các chất bẩn, mạt kim loại, bụi trongdầu lắng đọng.

 Tách nước

 Đổi mới dầu thông qua việc bổ sung hoặc thay thế dầu

Thông thường thể tích thùng được tính theo thể tích dầu chứa trong hệ thống(trong động cơ thuỷ lực, trong suốt đường ống, trong bình tích năng, lượng dầu rò ritổn thất khi làm việc) Thể tích phần không khí trên mặt thoáng chiếm (10 ÷15)% thểtích thùng

Đối với các loại thùng dầu di chuyển, ví dụ như thùng dầu trên các xe vậnchuyển thì thể tích thùng dầu chọn theo công thức: V=1,5qv

Đối với các loại bể dầu cố định, ví dụ như bể dầu trong các máy, dây chuyển thì

bể dầu chọn như sau: V=(3,05,0)qv

Với qv là lưu lượng của bơm dầu

Bể dầu được chia làm hai ngăn bởi màng lọc 5 Khi bơm 1 làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc 3 cung cấp cho hệ thống truyền động, dầu xả được cho vào một ngăn khác của thùng chứa việc bố trí màng lọc này có tác dụng:

 Ngăn không cho dầu trên đường dầu hồi vào ngay bơm, dầu sau khi về sẽ tản raphía vách thùng chứa làm cho nhiệt độ dầu sẽ giảm bớt đi trước khi hoà vàolượng dầu đã có sẵn trong thùng

 Tránh sự tung toé dầu bên trong bình chứa khi hệ thống đang hoạt động vì nhưvậy dễ tạo điều kiện khí lọt vào hệ thống

Dầu thường đổ vào thùng qua ống dầu 9 bố trí trên nắm của thùng chứa, cửa ra của ống 9 được đặt sát đáy bề chứa việc kiểm tra mức dầu được thực hiện bằng thước

đo dầu 7

Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống thủy lực đảm bảo dầu được sạch Sau một thời gian làm việc định kỳ (tùy theo yêu cầu) bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thay mới

Nhiệt độ dầu về < 80°C, nhiệt độ dầu trong thùng < 53°C nếu quá phải làm mátbằng không khí hoặc nước trước khi cho dầu quay loại thùng (dùng cánh tản nhiệt,quạt mát hoặc hệ thống nước tuần hoàn)

2.8 Bộ lọc dầu

2.8.1 Khái niệm

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từbên ngoài vào hoặc do bản thân dầu và hệ thống tạo nên Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹtcác khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong các cơ cấu ép, làm các van thủylực đóng không kín, tăng mức độ ô xy hoá của dầu, làm mòn các bề mặt làm việc …

Do đó, trong hệ thống thủy lực cần phải dùng bộ lọc để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhậpvào hệ thống Mặc dầu rất rẻ tiền nhưng lọc dầu đóng vai trò rất quan trọng trong việclàm sạch dầu công tác, duy trì khả năng làm việc và kéo dài tuổi thọ của các bộ phậnquan trọng hệ thống

2.8.2 Yêu cầu đối với bộ lọc dầu

 Lọc sạch được mọi tạp chất với hiệu suất cao nhất

 Tổn thất áp lực và lưu lượng qua bộ lọc là nhỏ

nhất

 Làm việc chắc chắn, tuổi thọ cao, dễ tháo lắp,

chăm sóc, bảo dưỡng

 Kết cấu nhỏ gọn, giá thành hạ

Bộ lọc thường đặt ở ống hút của bơm dầu

Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm một bộ lọc

nữa ở cửa ra của bơm và một ống xả của hệ thống

Song song với bộ lọc có bố trí van an toàn để khi

phần tử lọc bị tắt dầu vẫn lưu thông qua van an

toàn

2.8.3 Phân loại lọc dầu

a) Theo kích thước lọc dầu

 Bộ lọc lá, bộ lọc lá là bộ lọc dùng những lá thép mỏng để lọc dầu, kết cấu của nónhư sau: phần tử lọc là những lá thép tròn và những lá thép hình sao Những láthép này xếp đồng tâm trên trục xen kẻ vào nhau Bộ lọc lá chủ yếu dùng để lọcthô

 Bộ lọc sợi thủy tinh: ngày nay người ta thường thay vật liệu lá thép bằng các sợithủy tinh Độ bền của các bộ lọc này cao và có khả năng chế tạo dể dàng, các đặctính vật liệu không thay đổi nhiều trong quá trình làm việc trong quá trình làmviệc

2.9 Bình tích năng

Bình tích năng thuỷ lực là một thiết bị dùng để tích trữ năng lượng thừa khi hệ thống thuỷ lực không dùng hết và cung cấp thêm năng lượng khi yêu cầu của hệ vượt quá khả năng của bơm, bổ sung lượng rò rỉ của hệ thống Nó còn được dùng để dập tắt

va đập thuỷ lực, hấp thu xung động để hệ thống làm việc êm dịu

bố trí trọng vật thật đối xứng nếu không sẽ xuất hiện lực ngang làm nhanh hỏng cơ cấulàm kín Loại này tuy đơn giản nhưng kết cấu cồng kềnh, ít được sử dụng.

a) Bình tích năng kiểu

trọng lựcb) Bình tích năng kiểu lò

xoc) Bình tích năng kiểuthủy khí (khí nén)

Hình 3.19: Các loại bình tích năng thủy lực (Accumulator) 2.9.2 Bình tích năng kiểu lò xo

Thế năng được tích trữ dưới dạng lò xo bị biến

dạng đàn hồi loại này có quán tính nhỏ hơn so với loại

trọng lực vì vậy nó được sử dụng phổ biến để dập tắt va

đập thủy lực trong hệ thống loại này còn được sử dụng

khi lưu lượng khá nhỏ, nhiệt độ môi trường thấp và nó

có thể đặt ở vị trí bất kỳ Áp suất của chất lỏng trong

bình phụ thuộc vào đặc tính của lò xo và thay đổi theo

độ biến dạng của lò xo trong quá trình làm việc Do dự

trữ năng lượng của lò xo có giới hạn nên loại này được

sử dụng với áp suất tương đối thấp (p  20 at)

2.9.3 Bình tích năng kiểu thuỷ khí

Bình tích năng kiểu thủy khí lợi dụng tính chất

nén được của chất khí để tạo ra áp suất chất lỏng vì thế

bình tích năng loại này có khả năng giảm chấn Sự tích

trữ và giải phóng năng lượng là do sự nén và giãn nở khí

gây ra

Theo sự phân cách giữa chất lỏng và chất khí, bình

tích năng thủy khí có hai loại: loại có ngăn và không có

ngăn

Bình tích năng thủy khí loại không ngăn ít gặp

trong thực tế, do có nhược điểm là: khí tiếp xúc trực tiếp

với chất lỏng trong quá trình làm việc khí thâm nhập

vào dầu gây ra sự làm việc không ổn định cho toàn bộ hệ thống

Loại có ngăn được sử dụng phổ biến, giữa hai môi trường khí và dầu có màng ngăn phân cách hoặc piston Cấu tạo loại màng được mô tả ở hình 3.25 trong khoang trên của bình được nạp khí với áp suất nạp vào p0 khi không có chất lỏng làm việc trong bình Nếu ta gọi pmin là áp suất nhỏ nhất của chất lỏng mà bình tích năng có thể cung cấp thì p0 = pmin Áp suất pmax của chất lỏng đạt được khi thể tích chất lỏng trong bình là nhiều nhất ứng với giá trị áp suất khí lớn nhất cho phép của khoang chứa khí ở trên

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bình tích năng thuỷ

khí có ngăn 1.Ống cho khí vào; 2.Thân bình; 3.Màng ngăn; 4.Đế van; 5.Ống dầu vào

Theo hình dạng bên ngoài, bình tích năng có hai loại: loại hình trụ và loại hình cầu Để bảo vệ màng không bị áp suất khí nén đẩy vào lỗ thoát chất lỏng khi bình tích năng xả hết chất lỏng, màng ngăn được người ta làm dầy hơn ở chỗ có lỗ thoát dầu hoặc bố trí thêm van đóng mở.

Loại bình tích năng hình cầu có ưu điểm là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, ứng suất trong thành bình dạng cầu nhỏ hơn ứng suất trong thành bình dạng hình trụ khi cùng đường kính và cùng áp suất của chất lỏng

2.10 Dụng cụ đo áp suất và lưu lượng

2.10.1 Đo áp suất

2.10.1.1 Đo áp suất bằng áp kế lò xo (hình 3.27a)

Nguyên lý đo áp suất bằng áp kế lò xo: dưới tác dụng của áp lực, lò xo bị biến dạng, qua cơ cấu thanh truyền hay đòn bẩy và bánh răng, độ biến dạng của lò xo sẽ chuyển đổi thành giá trị được ghi trên mặt hiện số

(c)1.Lò xo tấm; 2.đòn bẩy; 3.Chi tiết hình đáy quạt;4.Thanh răng; 5.Kim chỉ (hiện số)

Hình 3.20: Các loại áp kế 2.10.2 Đo lưu lượng

2.10.2.1 Đo lưu lượng bằng cánh hình ô van và bánh răng:

Chất lỏng chảy qua ống làm quay bánh ô van và bánh răng, độ lớn lưu lượng được xác định bằng chất lỏng chảy qua bánh ô van và bánh răng

2.10.2.2 Đo lưu lượng bằng tuabin và cánh gạt

Chất lỏng chảy qua ống làm quay tuabin và cánh gạt, độ lớn của lưu lượng được xác định bằng tốc độ quay của cánh tuabin và cánh gạt

Hình 3.21: Nguyên lý đo lưu lượng bằng cánh ô van (a) và bánh răng (b)

Hình 3.22: Nguyên lý đo lưu lượng bằng turbine (a) và cánh gạt (b)

2.11 Ống dẫn và đầu nối

2.11.1 Ống dẫn

Ống dẫn làm nhiệm vụ dẫn dầu công tác từ bộ phận này đến bộ phận khác của hệthống Ống dẫn dần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏnhất Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uống cong đểtránh sự biến dạng của tiết diện và sự chuyển hướng của dòng dầu

Người ta thường chia ống dẫn thành hai loại:

 Loại ống dẫn cứng: Được dùng khi cự ly truyền dẫn dầu không đổi (thường dùng

ống dẫn kim loại)

 Loại ống dẫn mềm: Được dùng khi

cự ly thay đổi, loại này được sử dụng

phổ biến vì dể uống lượn và lắp đặt

kết cấu của ống được chia làm nhiều

lớp, lớp trong và ngoài cùng làm

bằng cao su tổng hợp, lớp giữa là lớp

tăng cường có thể làm bằng sợi vải

hoặc sợi thép tùy theo áp suất làm

Hầu hết đầu nối được chế tạo bằng kim loại, có ren vặn chắc chắn với quy địnhchặt chẻ về chiều vặn ren

Hình 3.8: Kết cấu của ống dẫn mềm

Việc nối liền các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các phần tử của hệthống thủy lực có bằng đầu nối có ưu điểm đầu ren được tiêu chuẩn hóa nên dể dànglắp đặt, sửa chữa và thay thế Nhưng cũng có nhược điểm là việc dùng nhiều ống dẫnđầu nối làm tăng tổn thất áp suất, tăng khả năng bị rò rỉ dầu, chiếm nhiều khoảngkhông gian.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

THỦY LỰC

3.1 Ứng dụng của truyền động thủy lực

Trong hệ thống truyền động hay điều khiển thủy lực, phần lớn các phần tử do nhà chế tạo sản xuất ra và có những yêu cầu về các thông số kỹ thuật được xác định, được tiêu chuẩn hóa Công việc của chúng ta là làm sao lựa chọn các phần tử phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống Dưới đây giới thiệu một số hệ thống thủy lực điển hình trong các máy và thiết bị công nghiệp

Ví dụ: để hạn chế áp suất trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực có thể sử dụngcác sơ đồ lắp như hình 3.1

(a)

(b )

Hình 3.1: Giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống

a) Qua van tràncho chuyển độngthẳngb) Qua van tràntrong chuyểnđộng quayc) Tải trọng thay

đổi(c)

Trong hệ thống thủy lực làm việc không liên tục, nhưng bơm hoạt động liên tục,

để tránh quá trình nhiệt sinh ra lớn khi qua van tràn, người ta lắp van đảo chiều 4/3 ở

vị trí trung gian dầu sẽ trở về bể dầu mà không cần qua van tràn (hình 4.2a) hoặc lắp vào trong hệ thống van đảo chiều 2/2 (hình 4.2b) hoặc lắp van đảo chiều 6/3 (hình 3.2c)