Tự động hoá thuỷ khí trong máy công nghiệp

Trong hệ thống truyền dẫn gọi là mạch động lực - đề cập đến nguyên lý làm việc, một số kết cấu và điều chỉnh bơm dầu, máy nén khí và các cơ cấu chấp hành.. hoặc bơm dầu trong truyền dẫn

l l r

ỆậỆỆ

’

TS NGUYỄN TIẾN LƯỠNG

TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP

NHÀ XU ẤT BẢN GIÁO DỤC

LỜI NÓI ĐẨU

Trong nhiều năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ

đã nâng cao mức độ tự động hoá quá trình sản xuất cũng như các máy móc và thiết bị lên rnức đáng kể Sự kết hợp các phương tiện truyền động như điện, điện tử - cơ khí - thuỷ lực - khí nén ngày càng có hiệu quả Tính ưu việt riêng của truyền động thuỷ lực - khí nén như truyền dẫn vô cấp về tốc độ, vô cấp về tải trọng, làm việc được trong môi trường khắc nghiệt đã góp phần đáng kể trong tự động hoá ở các ngành cơ khí chế tạo, luyện kim, công nghiệp thực phẩm, hàng không, giao thông

Cuốn sách " T ư đ ộ n g h o á t h u ỷ - k h í tr o n g m á y c ô n g n g h i ê p ” trang bị cho

sinh vién các trường đại học và cao đẳng kỹ thuật những kiến thức cơ bản trong truyền đóng va điểu khiển dùng thuy lực - khí nén; đồng thời ứng dụng được trong tự động hoá máy công nghiệp và các ngành liên quan khác

Cuốn sách được biên soạn trên cơ sở giáo trình đã được giảng dạy nhiều năm cho

sinh vién ncịành C h ế tạo máy ờ trường Đại học Bách khoa Hà Nội và đặc biệt đã tham

khảo các tài liệu mới nhất của các tác giả đã viết về điều khiển thuụ lực - khí nén ỏr trƯcVna Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố liồ Chí Minh, Đại học Bách khoa ĐàNẳnq và các tài liệu khác

C u ố n s á c h g ồ m b a p h ầ n c h í n h

- Hệ thốnq truyền dẫn và điều khiển khí nén: chương 4

- Hệ thông kết1 hợp điều khiển điện - thủy lực - khí nén: chương 5

Trong hệ thống truyền dẫn gọi là mạch động lực - đề cập đến nguyên lý làm việc, một số kết cấu và điều chỉnh bơm dầu, máy nén khí và các cơ cấu chấp hành

V á mạch điều khiển, giới thiệu vể nguyên lý làm việc, kết cấu của các phần tửchính t'ong điều khiển như chỉnh áp suất, chỉnh !ưu lượng và chỉnh hướng Đặc biệt làtrình bay kỹ về điều chỉnh và ổn định tốc độ

Các mạch điều khiển liên hệ ngược theo tốc độ, theo vị trí, theo tải trọng, theo áp suất, theo công suất; và các vấn đề liên quan đến đồng bộ làm việc của nhiều cơ cấu chấp hành dùng thuỷ - khí Phần cuối cùng sách giới thiệu cách thiết kế mạch điện điểu khiển cơ bản cho một số sơ đồ đơn giản và một số ví dụ ứng dụng cơ bản.

Phần lý thuyết trong tài liệu này chỉ đề cập những kiến thức cơ bản để xác định tính

năng kỹ thuật chính cho mạch động lực và chỉ nêu đặc tính kỹ thuật, khả năng sử dụng của một số phần tử chức năng cơ bản trong mạch điều khiển nhằm giúp bạn đọc thiết

kế và khai thác máy có hiệu quả hơn

Cuốn sách chắc hằn còn khiếm khuyết, rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc cho nội dung cuốn sách để lần tái bản sau được hoàn chỉnh hơn

Mọi ý kiến góp ý xin gửi về Công ty c ổ phần Sách Đại học - Dạy nghề (HEVOBCƠ),

25 Hàn Thuyên, Hà Nội

TÁC GIẢ

Yêu cầu chung cho các máy móc và thiết bị là phải bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật cần thiết, bảo đảm độ tin cậy, tuổi thọ, an toàn và giảm giá thành bảo trì trong suốt thời gian sử dụng Mỗi phần tử hay bộ phận cấu thành hệ thống truyền dẫn cho máy móc và thiết bị đều phải thế hiện một nhiệm vụ xác định - ta gọi đó là các phần

tử chức năng

Ví dụ: Chức nãng của động cơ điện là biến điện năng thành cơ nãng quay trục động

cơ hoặc bơm dầu trong truyền dẫn thuỷ lực có chức năng là biến cơ nãng (động cơ điện

quay) thành thế năng của chất lỏng dưới dạng áp suất và lưu lượng của nó Còn chọn loại bơm gì phải do yêu cầu kỹ thuật cụ thể xác định

Dù đơn giản hav phức tạp với mỗi máy móc hay thiết bị đều tồn tại hai dòng năng lượng cho mạch động lực và mạch điều khiển

Hình 0 1 giới thiệu sơ đồ tổng quát cho truyền dẫn thuỷ - khí trong máy, gồm mạch dọng lực và mạch điều khiển

Sơ đổ truyền dẫn thuỷ - khí trong máy:

1 Trung tâm xử lý điều khiển;

2 Dộng cơ điện;

3 Bơm dầu hoặc máy nén khí;

4 Cơ cấu điều Khiển, điều chỉnh;

6 Động cơ dầu hoăc khí chuyển động thảng;

quay hoặc thảng;

8 Cảm biến;

0 . 1 MẠCH ĐỘNG Lực

Xuất phát từ động cơ điện 2 quay (cơ năng) bơm dầu hoặc máy nén khí 3 tạo ra năng lượng của chất lỏng dưới dạng áp suất (thế năng) truyền theo đường ông qua cơ cấu điéu khiên, điéu chỉnh 4 tới động cơ chuyển động quay 5 (cơ năng), rồi tới cơ cấu chấp hành 7

như quay trục chính máy khoan, quay bàn máy, quay đầu vặn vít ; hoặc tới động ca

chuyển động thắng (pittỏng và xilanh) mang cơ cấu chấp hành 7 như đầu bào, các chuyển động thẳng cho bàn máy ; hoặc tới một cơ cấu chấp hành nhận đồng thời cả hai chuyên động thẩng và quay bằng năng lượng chất lỏng như đầu búa khoan thuv lực (quay tròn để cắt, dao động thảng để đập)

Đặc trưng về kỹ thuật cho các cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền dẫn phải báođám các yêu cầu:

Về động học: Tốc độ n min-Mimax hoặc v mui vmax

Im hiệu đièu khiổn váo X (hình 0.1) qua trung tâm xứ lý dièu khién 1 dến các cơ cấu, hoặc bộ phận chấp hành điều khiên (dơn lẻ hoặc kết hợp điều khiển): động cơ diện

2, bơm 3, cơ cấu điều chỉnh điều khiển 4 qua dộng cơ 5 hoặc 6 đến cơ cấu chấp hành 7

Cư cấu chấp hành 7 coi đại lượng ra là Y Đại lượng ra Y có thể là: tốc độ, thời gian, vị trí, lực hoặc công suất truyền Sơ đồ khôi cùa mạch điều khien kín cho hệ thống thuý khí đươc chí trên hình 0 2a

-KĐA--tA>

CHĐK

—

LHNa)

YO)

- o

X là tín hiệu vào thường là các đại lượng vật lý như hành trình dịch chuyển hoặc tốc độ, thời gian, lực hoặc áp suất tác dụng, điện từ kể cả ánh sáng được chuyển vào vật mang tin (dưỡng, bìa đục lỗ, đĩa từ ), qua bộ phận xử lý tín hiệu đến khuếch đại (KĐ), sau đó đến chấp hành điều khiển (CHĐK) như các van, rơ le, và cuối cùng đến

cơ cấu chấp hành Y Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu chấp hành với điều khiển mạch kín phải dùng các cảm biến 8 (hình 0 1) (cảm biến hành trình, tốc độ, thời gian, lực hoặc áp suất ) chuyển qua bộ phận liên hệ ngược (LHN) xử lý và gửi về bộ phận nhận tín hiệu để bảo đảm cho tương thích với yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu chấp hành.Hình 0.2b mô tả mô hình toán học chung cho hệ điều khiển với nhiều tín hiệu vào

và ra được sử dụng tham số thời gian t Phương trình để giải quyết có thể dưới dạng hàm tường Y(t) = F(Xt) hoặc ẩn F(X, Y) = 0

Truyền dẫn bằng chất lỏng (dầu) hoặc khí, hai dạng truyền dần này về bản chất là như nhau tức là dùng năng lượng áp suất (thế nãng) biến thành cơ năng để quay hoặc tịnh tiến cho cơ cấu chấp hành, v ề hình thức, kết cấu và chức năng của các phần tử trong hệ thống truyền dẫn bằng dầu và khí là gần giống nhau Song về công dụng, ưu nhược điểm có khác nhau Các công thức tính toán cho truyền dẫn là gần giống nhau, chỉ khác nhau về hệ số phản ánh bản chất vật lý của dầu và khí

Chương 1

Nối từ nguồn truyền động đến các cơ cấu chấp hành bằng truyền dẫn cơ khí ding các bộ truyền như: đai truyền, bánh ma sát, xích, bánh răng; còn truyền dẫn bằng chất lỏng tức là khâu truyền dẫn dùng chất lỏng

Truyền nâng lượng bằng chất lỏng có thể thực hiện dưới các dạng sau đây:

1.1.1 Thê năng - dưới dạng áp suất p

Nếu có thể tích chất lỏng là V(đơn vị là m 3) với áp suất p (đơn vị là N/m2) th sẽ tích trữ năng lượng là Eịi

Q - gọi là lưu lượng

Nếu có dòng chất lỏng với áp suất p chuyển động vóri lưu lượng là Q thì công ' U ấ t thực hiện được là:

Trong truyền dẫn ờ các máy khối lượng chất lỏng và vận tốc chuyển động không cao, nén khi tính toán truyền dẫn cho mạch động lực bỏ qua năng lượng này.

Vảy truyền dần thuỷ lực trong máy dùng thê năng dưới dạng áp suất là chính

ỉ Inh 1.1 giới thiệu sơ đồ hệ thống thuỷ lực thực hiện chuyển động thẳng với bơm lưu Itrcng không đổi

v ; -v ấ u d i đ ộ n g

—a s BS - s s - BS ES BS

Hinh 1.1.

1 Bể dầu; 2 2' Bộ lọc thô, tinh; 3 Bơm, 4 Van càn; 5 Van trươt điều khiển 5/2; 6 Xilanh;

7 Pttông; 8, Càng gạt điếu khiển; 9 Van tiết lưu, 10 Van một chiểu; 11 Áp kế; 12 Van an toàn.

Nịỉtven lý là m vi ệc:

Bon dầu 3 hút dầu từ bổ dầu lqua bộ lọc thô 2 tới bộ lọc tinh 2', rồi qua van một chiéu 0 (van một chiều 10 để giữ dầu trong đường ống khi bơm ngừng hoạt động)

Tiếp tục dầu dược dẩy qua van tiết lưu 9 (để điều chỉnh tốc độ V của bàn máy) vào cửa p của van đảo chiều 5, sau đó qua cửa B vào bèn phải của xilanh 6 đẩy pittông có cán 7 gắn với bàn máy, bàn máy chuyển động sang trái Dầu từ buồng trái của xilanh 6 đi qua cửa ra T của van 5 và qua van cản 4 (để bàn máy chuyên động êm và giữ dầu trong đường ống khi ngừng hoạt động) về bể.

Khi bàn máy chuyển động sang trái ở cuối hành trình, vấu di động (gắn liền với bàn máy) tác động vào đầu trên của càng gạt điều khiển 8 , làm con trượt của van trượt điều khiển 5 dịch sang trái mở cửa A cho dầu từ p qua A tới buồng trái của xilanh 6 , đẩy bàn máy chuyển động sang phải Dầu từ bên phải của xilanh 6 qua B rồi van cản 4 về bể Quá trình đi về của bàn máy hoạt động được lập lại

Khoảng cách vấu di động xác định hành trình chuyển động của bàn máy

Trong sơ đồ trên còn bố trí đổng hồ đo áp lực là áp kế 11 Van an toàn 12 đé đảm bảo an toàn khi làm việc, tức là phòng quá tải Nguyên lý làm việc của van an toàn 12 là: giả sử hệ thống bình thường làm việc với áp suất p, khi quá tải bàn máy chuyển động chậm lại hoặc ngừng chuyển động, áp suất trong đường ống tãng quá áp suất p, van an toàn sẽ mở để dầu từ bơm về bể

Tốc độ chuyển động của bàn máy: Lưu lượng dầu qua van tiết lưu là Q (m 3/ph) chảy vào xilanh 6 tác động lén diện tích làm việc F(m2) của pittông, mang bắn máy chuyển

đôn g với vân tốc V sẽ là: V = — (m /p h ).

FDiện tích làm việc của pittông khi thực hiện Vị và v2 là như nhau:

Công suất truyền dẫn: Công suất của nguồn thuỷ lực phải thắng được công suất thực hiện truyền dộng cơ học của cơ cấu chấp hành

Trong trường hợp chuyển động thẳng như sơ đồ trên (hình 1.1), giả thiết bàn máy chuyển động sang phải với vận tốc V với tải trọng do lực cắt chẳng hạn cùng với lực ma sát trên bàn trượt bàn máy, ma sát pittông và xilanh chuyển về lực tác dụng trên cán pittông là p (N) thì công suất cơ học là:

r N.m phLực p phải càn bằng với lực do áp lực p, tác dụng trên diện tích F: p = p , F (tạm bỏ qua lực do áp suất P2)

Vận tốc V xác định: V = — (Q được điều chỉnh bằng van tiết lưu 9)

FThế V vào trên ta có: N = p , Q

N = p.v

Nếu p„ - là áp suất dầu ra của bơm

Áp suất p „ = p , + I A p v

S A p v- là tổng tổn thất áp suất trên đường vào xilanh, cách xác định P jv à EAp

sẽ trình bày ở các phần sau

Lưu lượng Q h là lưu lượng lớn nhất cần thiết, ví dụ: Q h = F V .

Hình 1.2 giới thiệu sơ đồ hệ

thông thuỷ lực thực hiện chuyển động

quay với bơm lưu lượng không đổi

Trong sơ đồ này có lắp thêm các

- Ăcquy 7: Đê cải thiện ổn định

áp suất dầu vào hệ thống

- Động cơ dầu chuyển động quay

6 : Ví dụ dùng cho khoan đất đá trong

các công trình hầm: II 1 thực hiện

k h o a n cắt, I] j đ ể lùi m ũ i k h o a n , h o ặ c

vào các máy và thiết bị khác

Nguyên lý làm việc:

Tương tự như phần trên đã trình

bày Trong sơ đồ này khi chưa có tín

hiệu tác dộng vào nam châm từ N|, N2

Hinh 1.2.

1 Bể dầu; 2 Bộ lọc thô, tinh; 3 Bơm; 4 Bộ ổn tốc;

5 Van trươt điều khiển (van đảo chiều 5/3);

6 Động cơ dầu; 7 Ăcquy; 8, Áp kế; 9 Van an toàn.

nhờ lực lò xo ở hai phía trong van đảo chiều 5 làm con trượt trong van ớ vị trí giữa, lúc

này cửa A và B đóng, dộng cơ không quay (nd = 0), dầu từ bơm qua van an toàn 9 vể bể Già sử khi nam châm N| có điện, con trượt trong 5 dịch chuyển sang trái cửa dầu p nối

A và B nối T, động cơ sẽ quay theo chiều r i j Tốc độ quay của động cơ được điều chỉnh bàng lượng dầu đi qua van tiết lưu trong hộ ổn tốc 4 về bể Tương tự như vậy khi nam châm N, có điện cửa p nối B và A nối T động cơ thực hiện quay nd

Như phần đầu đã nêu, bơm dầu thực hiện nguyên lý cơ năng (quay trục bơm) biến thành thế năng dưới dạng áp suất p cùa chất lỏng Động cơ thì ngược lại, với thế năng dưới dạng áp suất p các chất lóng làm quay trục động cơ dầu Nếu như không kê đến tổn thất, thông sỏ (p.Q) của bơm dầu và động cơ dầu như nhau thì công suất của động

cơ dầu cũng được tính như bơm dầu:

p.Q

60.1000Nếu tính với mômen M ỊN.m] trên trục động cơ dầu có số vòng quay n d (v g/ph) thì:

(1.7)

( 1.8)

Q = n d q dThay (1.6 ) vào (1.5) ta có:

M = 0,0163p.qd (N.m)Tốc độ vòng quay của động cơ dầu từ ( 1,6 ) ta có:

n d= — [vg/ph]

Nghĩa là n d được điều chỉnh bằng van tiết lưu trong bộ ổn tốc 4 (hình 1.2)

Nếu hơm và động cơ dầu điều chỉnh được lưu lượng ta có các phương pháp điểu chỉnh n d : Ta gọi q h và n h là lưu lượng riêng (mVph) và số vòng quay của bơm [vg/ph]thi lưu lượng của bơm là: Q b = nb qb

Nếu như không kể đến tổn thất thể tích thì ta coi động cơ dầu nhặn toàn bộ lưu lượng của bơm đưa tới ta có: nb q b = ntl qd

Hay n n b • (1.9)

Từ đây ta có 3 phương pháp điều chỉnh số vòng quay của động cơ dầu:

- Thay đổi lưu lượng riêng qb của động cơ dầu Trường hợp này mômen của động

cơ dầu sẽ thay đổi (theo công thức 1.7) và công suất của động cơ dầu sẽ không thay đổi với sự Ihay đổi số vòng quay nd của động cơ dầu

- 'Thay đổi lưu lượng riêng q b của bơm tức là thay đổi lưu lượng của bơm dẫn đến thay đci lưu lượng dầu qua động cơ dầu Trường hợp này công suất của động cơ dầu

- Th ay đổi sô vòng quay nb của bơm, tương tự như trường hợp thay đổi q b

1.4 MOT SỐ TÍNH CHẤT c ơ LÝ CỦA CHẤT LỎNG DÙNG TRONG TRUYỀN DAN1.4.1 tộ) nhớt

Độ rnhớt là đặc trưng quan trọng cho chất lỏng

truyền (ảtn cũng như bôi trơn

Gi; sứ có nguồn chất lỏng có áp suất là p và lưu

lượng c cháy qua một ống có kích thước hạn chế (hình Q

1.3) D) hiện tượng bám thành, lớp chất lỏng bám

thinh Hnông chuyên động, đồ thị biếu thị tốc độ tức

thời đưtc chí trên hình 1.3 Qua đây, ta nhận thấy có

sụ trưự t ương đối giữa các lớp chất lỏng Có sự trượt

tương đ)it sẽ sinh ra lực ma sát Độ nhớt của chất lỏng

dược dc trưng bởi nội ma sát trone chất lỏng khi

dy

n - hệ số phụ thuộc vào loại chất lỏng:

lỏng tự bốc hơi được như xăng, benzen ẹhẳng hạn

Trong truyền dẫn thuỷ lực, dùng loại chất lỏng có n = 1 - gọi

là chất lỏng Niutơn - dầu Niutơn, với n = 1 thì độ nhớt động

lực học r| được suy từ ( 1 10) có đơn vị là:

3 Độ nhớt Engler (ký hiệu E°)

Độ nhớt Englcr là tỷ số quy ước để so sánh thời gian chảy của 200cnv’ chất lỏng (dầu) qua ống dẫn có đường kính trong 2,8mm với thời gian chảy của 200cm ;' nước cất

Độ nhớt Engler của dầu tuỳ theo hãng sản xuất đưa ra số liệu ở các nhiệt độ khác

Ghi chú: Trong nhiều trường hợp cần pha trộn dầu có độ nhớt khác nhau để được

loại dáu có độ nhớt cần thiết Công thức thực nghiệm:

aE';+ b E " - K ( E ; ' - E " )

E = 1 5 5 E° - độ nhớt cần thiết;

-ã% - theo thể tích của dầu có độ nhớt E “ ; b% - theo thể tích của dầu có độ nhớt E “ , E" > E “

1.4.2.1 Ánh hưởng của n h iệ t dộ

Đối với dầu khoáng: nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt càng giảm (dầu loãng hơn) Sự tliií} đổi này được thể hiện qua quan hệ:

u = u 50

n - chỉ số phụ thuộc vào độ nhớt của từng loại dầu (xác định bằng thực nghiệm)

Sự thay đổi nhiệt độ khi làm việc càng ít càng tốt vì khi nhiệt độ thay đổi độ nhớt của dầu thay đổi sẽ làm cho hệ thống làm việc kém ổn định Đánh giá sự thay đổi nàytlurrng theo chỉ số dộ nhớt k: k =_ u 5<>

V)1(X)

Ta luôn mong muốn chí số độ nhớt k ss 1 Đê đạt dược điều này người ta cho thôn chất phụ gia vào dầu khoáng - dầu tổng hợp.

1.4.2.2 Ảnh hưởng của áp suất

Áp suất tăng, độ nhớt của dầu cũng tăng theo quan hệ:

n p = n„ -a pr| ,t| - độ nhứt ờ áp suất khí quyển, áp suất p:

Trong đó: a = 1,002 + 1,004

u , u , - độ nhớt động học ở áp suất khí quyển, áp suất p;

k - hệ số phụ thuộc vào dầu có độ nhớt: với u a < 15cSt —» k = 0,02

với UV) > 15 cSt -> k = 0,003

Ta thấy độ nhớt này tăng không nhiều, khi tính toán trong truyền dẫn cho thiết bị

và máy móc thường lấy cô định theo tiêu chuẩn đã ghi cho mỗi loại dầu

1.4.2.3 Độ đàn h ố i của dầu

Khi dầu chịu áp suất cao sẽ bị biến dạng, thê tích bị giảm Trong hệ thống dầu ép,đặc biệt khi áp suất thay đổi, sự biến dạng đó luôn thay đổi sẽ gây ra rung động vàtruyền động trong hệ thống không ổn định

Thể tích dầu bị giảm A V được xác định theo:

E

Ap - hiệu áp suất trước và sau khi chịu á p Ị N / r r r Ị ( Ap< 0 - chịu nén, Ap > 0 - I1Ở ra)

E J - mỏđun đàn hổi cùa dầu Ị N / m 2 J

NTrong giới hạn áp suất (5 -1 00) bar, E j = (1, 44-1,75) ÌO4- ^ -

m

m

1.4.2.4 Ảnh hưởng của khô ng k h í lẫn trong dẩu

Thông thường trong hệ thống chuyển động bằng dầu ép lượng không khí lẫn trong dầu từ (0,5 - 5%) thể tích của dầu (có khi đến 15% -r 20%) Cứ tăng áp suất khí 1 at lén

bề mặt dầu thì khí lẫn trong dầu khoảng 10% thể tích dầu

Khí lần trong dầu làm thay đổi độ nhớt của dầu (chất lỏng không đồng nhất), có quan hệ:

= 1 + 0 , 0 15b; b - tỷ lệ phần trãm (%)

'l,

lượng khí lẫn trong dầu

VỊ,, và r|j - độ nhớt động lực của hỗn hợp dầu

lần không khí và dầu không lẫn không khí

Điều đáng chú ý nhất là không khí lẫn trong

duu làm giảm mỏđun đàn hồi khi làm việc (hình

1.5), giảm độ ổn định truyền động của cơ cấu

Làm chuyên động bị đứt quãng, rung động, chậm

truvền tín hiệu cho cơ cấu

Hình 1.5 Ảnh hưởng của khí lẫn trong dầu dấn môđun đàn hồi của dẳu

Việc giảm lượng không khí lẫn trong dầu cũng là để giảm chất bẩn trong không khí lẫn vào dầu Trong khí quyển cứ một lít không khí thì có 10 -5- 200.000 số lượng hạt bản

có kích thước từ (5'-r 10)f.un Trong đó có 80% hạt bẩn là bụi thiên thạch có độ cứng là

7 dơn \ Ị 17% là ôxyt nhôm có độ cứng là 9 đơn vị, còn lại là các thứ khác (kim cương

co độ cứng là 10 đơn vị, thép: 4,4; đồng: 3, nhôm 2,9 dơn vị)

Dầu bán sẽ ảnh l)ướng đến độ tin cậy và khả năng làm việc của thiết bị Theo tổng kct cùa nhiều tài liệu dẫn ra cứ có 100 sự cô trong hệ thống dầu ép thì có 80 - 90 sự cố

là SƯ dụng dầu bán Các hạt bẩn có tác hại: làm tắc dòng chảy ở van tiết lưu, van phân phoi, làm gián doạn màng dầu ảnh hường xấu cho bôi trơn, làm rung động trong hệ thõng, gây xước, mòn bề mặt làm việc của pittông, xilanh Bời vậy phải lọc sạch dầu iruớc khi sử dung là rất quan trọng

1.4.3 Lựa chọn dầu

Chọn dầu trong hệ thống truyền dẫn phải đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật, sau dó

là chi tiêu kinh tế và an toàn làm việc, chú ý giảm ô nhiễm mỏi trường

1.4.3.1 C hỉ tiêu v ề k ỹ thuật: Với nguyên tắc chung là độ nhớt phù hợp với điều kiện

làm việc:

- Hệ thống làm việc với vận tốc cao yêu cầu chọn dầu có độ nhớt thấp để giảm ma sát sinh nhiệt.

- Hệ thông làm việc với áp suất cao, yêu cầu chọn dầu có độ nhớt cao đế giảm sự dò rỉ

1.4.3.2 Vế các vấn để này cẩn lu v ý

a) Đối với hệ thống dầu ép thực hiện chuyển động thẳng làm việc với khoảng áp

suất từ (2 0 4 -3 0 ) bar c ó vận tốc V > 8 m/ph, thường dùng dầu có độ nhớt (l l -í-2 0 ) cSt.

b) Đối với hệ thống dầu ép thực hiện chuyển động quay thường dùng dầu có độ nhớt (20-r40) cSt

c) Đối với hệ thống làm việc với áp suất từ (30 + 70) bar, thì dùng dầu có độ nhớt (3 0 -ỉ- 50) cSt; áp suất từ ( 7 0 -í-175) bar thì dùng dầu có độ nhớt (60 -r 100)cSt; với áp suất

>175 bar thì dùng dầu có độ nhớt từ (100 200) cSt

Để tạo nên chất lỏng có độ nhớt cao người ta dùng những hỗn hợp đặc biệt gồm nhiều chất lỏng khác nhau như dầu hoả, các loại dầu, các chất lỏng tổng hợp

I, Đối với hệ thông làm việc trong giới hạn nhiệt độ t khá rộng (l =20 + 70°C) thì

có thể dùng dầu có độ nhớt ( 2 0 -í-30) cSt Nếu cần đảm bảo độ chính xác truyền động trong trường hợp thay đổi nhiệt độ rộng ta dùng dầu tổng hợp có tên là Silicỏn Nó là

đổi trong giới hạn nhiệt độ cao Một số loại dầu điển hình được ký hiệu theo ISO ở bảng dưới đáy:

Kỷ hiệu theo ISO Độ nhớt trung binh

2 Đ ộ nhớt ít thay đ ổ i theo nhiệt độ { K^ ỉ y vì khi nhiệt độ thay đổi, độ nhớt thay

đổi dẫn đến diều kiện làm việc các hệ thông không ổn định

3 Đảm bảo tính bôi trơn tốt, khủng plìủ lìiiỷ (ôxy hoá, cong vênh, mòn ) các bề

mặt tiếp xúc

4 Dầu ít bị ôxy hoá, dẫn nhiệt tốt, d ễ tách nước, môdun dàn hổi ổn định: ít lẫn không

khí An toàn khi sử dụng như dùng dầu ít gây độc hại, ít bốc hơi ở nhiệt độ môi trường làm việc và chú ý phải xử lý dầu có độ tinh sạch cần thiết - phải có bộ lọc phù hợp

Mạch động lực trong hệ thống truyền dẫn thuỷ - khí được mỏ tả trong hình 0.1 bao gồm từ: Động cơ điện - bơm - ống dẫn chất lỏng - cơ cấu điều khiển, điều chỉnh (các loại van chỉnh áp, chỉnh lưu, chỉnh hướng ) đến dộng cư chuyển động thảng hoặc chuyến động quay Hiệu suất truyền dẫn trong hệ thống này được đánh giá bằng tỷ số giữa công suất ra của động cơ thuỷ khí và công suất vào của trục bơm

Các dạng tổn th ấ t tro n g hệ thông:

Mỗi một phần tử chức năng tham gia trong truyền dẫn đều có tổn thất về nãng lượng nhất định Trong hệ thống truyền dẫn này có hai phần: tổn thất cơ khí và tổn thất trong dòng chảy

Q

6.10

p - áp suất của dầu, ( N / m 2 );

Hiệu suất cơ khí của dộng cơ dầu:

N d - công suất đo trên trục dộng cơ dầu

N Hl- công suất tương ứng với lưu lượng dầu Q jt h ự c tế chảy qua động cơ và áp suất đổ quay động cơ:

N = - ^ % [kWJ

,K| 6.10

Tổn thất cơ khí trong hệ thống là:

n = n Cb-Ticd1.5.2 Tôn thất thể tích

Dạng tổn thất này do dầu chảv qua các khe hở của các cơ cấu Nếu áp suất càng lớn, độ nhớt của dầu càng nhỏ thì tổn thất thể tích càng lớn Trong đó áp suất cổ ảnh hường nhiều nhất Tổn thất có thể xảy ra ớ các bộ phận trong hệ thông dầu ép, nhưng dáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi nãng lượng: bưm dầu, dộng cơ dầu (xilanh truyền lực)

Tổn thất thể tích của bơm được thể hiện bằng hiệu suất thể tích của bơm:

Q h - lưu lượng thực tế của bơm khi làm việc với áp suất p

Q0 - lưu lượng danh nghĩa của bơm, có thể lấy bằng trị số lưu lượng khi p = 0

Hình 1.6 Quan hệ p - Q cho bơm dấu

a) Sơ đổ ký hiệu; b) Quan hệ p - Q cho bơm dầu.

Hình 1.6a là sơ đổ ký hiệu bơm lưu lượng cô định và hình 1.6 b biểu diễn quan hộ giữa p - Q kể đến sự dò rỉ dầu của bơm Đường lý tướng là khi áp suất tăng không có dò

rỉ Qb = Qo (điều này khó thực hiện)

Tương tự cho động cơ dầu, hiệu suất thổ tích của dộng cư dáu là:

Q - lưu lượng dầu vào bơm;

Q J - lưu lượng chảy qua bơm đổ tạo số vòng thực nd của bơm

Theo công thức (1.6 ): Qd = nj.qd

Hỉnh 1.7 Quan hệ p - Q cho động cơ dầu

a) Sơ đồ ký hiệu; b) Quan hê p - Q cho động cơ dầu

Mòmen tái trọng M (với chuyến động quav) và lực p (đối với chuyển động tháng) lang lén thì sự dò ri càng lớn Nếu không kể đến dò dầu trên đường truyền thì tổn thất Ihể lích trong hệ thống dược xác dịnh theo hiệu suất thể tích là:

n, = n lb-n,j1.5.3 Tôn thất áp suất

rốn thai áp suất là sự giảm áp suất do sức cán trên dường truyền động của dầu từ bưm đến dộng cơ dầu Sức cản này phụ thuộc vào nhiều yếu tô do: chiều dài ống dẫn, thay đổi tiết diện ống dẫn, thay đổi hướng chuyển dộng, tốc độ và loại dầu hay độ nhớt cùa dầu Hiệu suất áp suất dược tính theo:

pQ và p - áp suất vào và ra trong hệ thống

À p - tổn thất áp suất trên đường dẫn: Ap = p„ - pNhững yếu tô ve hình dạng hình học trên đường dẫn dầu ánh hường tới Ap thê hiện trên hình 1.8 Tổn thất trên chiều dài í của ống; tổn thất do thay đổi tiết diện (đột mớ, đột thắt); tổn thãi do ống bị cong thay dổi hướng chuyển động cúa dầu

Hình 1.8 Dạng tổng quát cho ông dẵn

Những yếu tố hoặc những trị sô đặc trưng cho sức cản thuỷ lực gọi là trớ huỷ lực R; gây ra biến dạng gọi là trở biến dạng; gây ra thắng lực quán tính gọi li trở quán tính.

a) Tổn thát áp suất trên chiều dài ống có tiết diện không đổi

Tổn thất này còn phụ thuộc vào chảy tầng hoặc chảy rối Đặc trưng cho chế độ :hảy tầng hoặc rối bằng trị số Reynol (Re):

V - vận tốc trung bình trong ống ( mm/s )

d - đường kính trong ống (mm)

u - độ nhớt động học của dầu (mm2/s))

Re < 2300 có dòng chảy tầng (dòng chảy tuyến tính)

Re > 2300 có dòng chảy rối (dòng chảy phi tuyến)

Trong trường hợp ông dẫn có chiểu dài / > lOOd, cần phải tính đến tổn thất áp suất

do ma sát của dầu trong ống dẫn Theo [1], tổn thất do ma sát trong ống dẫn vớ tiếtdiện tròn tính theo:

Ở đây: p - khôi lưựng riêng của dầu,

kgmms'

s

4 - hệ sô tổn thất cục bộ

Hệ số tổn thất cục bộ của từng bộ phận trong hệ thống thuỷ lực thường được xác định bằng thực nghiệm Trên hình 1.8 là ví dụ, 4| là hệ số tổn thất cục bộ đối với thav

đổi tiết diện chảy đột mở, ị 2 v'ới tiết diện đột thắt và $3 với dòng chảy đổi hướng:

c) Tổn thất áp suất đ ể th ắ n g quán tính dấu

Giả sứ cần đẩy khối lượng dầu m

chuyển động với gia tốc a (khi khởi động

chắng hạn) Khối lượng dầu m được tính

d) Tổn thất áp suất làm biến dạng dầu và thành ống

Giả sử có thể tích dầu ban đầu V0 = l.s ờ áp

suất p , Khi tăng lên áp suất p2 dầu chịu nén

hay

Ở dây:

Ap' = t!~ I AQidt = Di I AQJdt

'-'1

C| - gọi là dung kháng của dầu; ký hiệu:

hiệu: E „ C , D , là môđun đàn hồi, dung kháng, trớ biến dạng của ống:

Ở đây:

Ap, - tổng tổn hao áp suất do trớ thuỷ lực (phần 1.5.3a);

^ Ap-, - tổng tổn hao áp suất do trớ quán tính (phần 1.5.3b);

^ A p j , ^ A p (l- tổng tổn hao áp suất do gây biến dạng dầu vào ỏng (phần 1.5.3c) - trớ biến dạng

£ c , và : Tổng dung kháng của dầu và ống dẫn

Hiệu suất các hệ thống truyền dẫn thuỷ lực là:

n 'Hbom'^"llruycndan ■'Huongco

Hay: n = rih.r|l ,r|d

biến dạng nếu ống dẫn cứng tuyệt đối Với mạch điều khiển dùng thuỷ lực thì phải chú

ý tính đến cả ba loại tổn hao trên vì ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển, đặc biệt nếu dùng ống mểm dễ bị biến dạng

Chương 2

c ơ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG

Cơ Cấu biến đổi năng lượng trong dầu ép là những bộ phận dùng để thay đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, nhằm thực hiện một công có ích Tuỳ thuộc vào dạng nàng lượng cần biến đổi, cơ cấu biến đổi năng lượng có thể là bơm dầu, động cơ dầu, xilanh truyền lực (xilanh truyền lực có thể coi là động cơ dầu dùng để thực hiệnchuyển động tháng)

Vổ mặt kết cấu, bơm dầu và động cơ dầu giống nhau và có thể thay thế chức nãng của nhau Sự khác hiệt chủ yếu íỊÌữa chúng là sự chênh lệch về kích thước khi chúng có cùng một yêu cầu như nhau Do đó, những đặc điếm chung giữa chúng, ta sẽ đề cập đến

2.1 BƠM DẦU

Bơm đáu là một loại cư cấu biến đổi năng lượng,

dùng để biến cơ năng thành động năng và thế năng (dưới

dạng áp suất) của dầu Trong hệ thống dầu ép chỉ dùng

loại bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi

nănị; lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm

việc: khi thổ tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu,

thực hiện chu kỳ hút; khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra,

thực hiện chu kỳ nén Nếu trên đường dầu bị đấy ra ta đặt

một vật cản (thí dụ như đặt van), dầu bị chận sẽ tạo nên

một áp suất nhất định Áp suất này phụ thuộc vào độ lớn

của sức cân và kct cấu cùa bơm

Tuv thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thê phân bict dược hai loại bơm thể tích:

Bơm có lưu lượng cố định (gọi tất là bơm cố định), hình 2 la

Bơm có lưu lượng có thế điều chính (gọi tắt là bơm điều chỉnh), hình 2.ỉb

Bơm cỏ định dùng rát rộng rãi trong ngành chế tạo máy Một mặt vì kết cấu của nódon man hơn bưm điều chính, nên chế tạo, sửa chữa nó cũng rỏ hơn Mặt khác, bơm cố

Hình 2.1 Ký hiệu bơm dầu

a) Bơm cố định; b) Bơm điều chỉnh.

định có thè dám hảo dược môincn và công suất truyền động cô định (láì nhiên là có bị tổn thất công suất do tiết lưu).

Trong những năm gần đây, bơm dầu điều chỉnh được sử dụng ngày càng nhiều, \ì với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy, việc đảm bảo các yêu cầu về chế tạo bơm điều chỉnh không thành vấn đề lớn Mặt khác, công suất truyền động của máy tùng, đòi

dầu ép lượng dầu cần thiết để thực hiện truyền động, không có lượng dầu thừa, nên hạnchê được nguồn sán nhiệt

Đứng về mật kết cấu, bơm thể tích (cả bơm cố định và bơm điều chỉnh) có thê phân thành các loại chính như sau:

- Bơm bánh rãng

- Bơm cánh gạt

- Bơm pittông.

Nếu phân chia theo thông số kỹ thuật thì có:

Bơm lưu lượng: lưu lượng lớn, áp suất nhỏ

- Bơm áp suất: áp suất lớn, lưu lượng nhỏ

Dưới dây ta lần lượt xét một số kiểu trong các loại đó

2.1.1 Bơm bánh răng

Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất, vì nó có kết cấu đơn giản Chế tạo

dễ Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ờ những hệ thống có áp suất nhỏ trên

các máy khoan, doa, tổ hợp, bào, phay Trong những năm gần dây, hộ thống dầu ép có

áp suất cao được sử dụng rộng rãi, nó đòi hỏi những loại bơm dầu có áp suất cao Để tận dụng tính đơn giản của bơm bánh răng người ta đã tìm ra nhiều cách giái quyết vễ kết cấu nhằm nâng cao áp suất và hiộu suất của loại bơm này Hiện nay hiệu suất của

thể đạt từ 160 4-200 bar so với 10-4-16 bar trước đây Do đó phạm vi sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể từ 10 + 200 har

Bơm bánh răng có thể là loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc là ăn khớp trong và có thể là răng thảng, răng nghiêng hoặc răng chữ V Loại bơm bánh ràng ãn khớp ngoài được sử dụng rộng rãi hơn vì chế tạo đơn giản hơn, nhưng bơm bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn

Dưới đây ta xét một vài kiểu kết cấu của bơm bánh răng:

a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 2.2 là sơ dồ nguyên lý của bơm bánh răng ăn khớp ngoài Các buồng làm việc của bơm dược tạo nên bằng thành thân bơm và các biên dạng của răng Thể tích của buồng hút và buồng nén được thay đổi do các răng ra khớp và vào khớp với nhau, và do

plua các răng vào khớp Khi các răng vào khớp, khoảng 1/10 thê tífh dầu còn đọng lại ớ chán răng bị nén lại, áp suất ứ đáy chân răng tăng đột ngột, tạo thành một lực hướng kinh tác dụng va đập vào bánh răng và ổ trục.

Hình 2.2 Bơm bánh răng khớp ngoàiNhược điếm khác cùa bơm bánh rãng là sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng vào

và ra tạo nên một lài trọng không cân xứng, làm chóng mòn bánh răng, thành thân

bo n cũng như các ổ trục Lưu lượng dầu bị thay đổi theo thời gian, tạo thành độ nhấp

nh ) của lưu lượng dầu, và độ nhấp nhô này phụ thuộc vào số răng, môđun và hệ số ăn

kh 'jp của bánh rang

b) Hom bánh ráitỊỊ Ún khÓỊ) trong (hình 2.3)

Nguyên tắc làm việc cùa bơm bánh

ráng án khớp trong nlur sau: bánh răng ( 1)

quay bánh ràng ăn khớp trong (2 ) làm cho

báili ràng ăn khớp trong chuyển động

trong thân bơm (3) Buồng vào A ngăn

cá:h với buồng ra lì băng vành chắn (4)

hình lưỡi liềm Khi các răng ra khớp, chất

lóng ớ buồng A choán toàn bộ thể tích các

rãnh răng (5) của bánh răng ăn khớp ngoài

và bánh răng ăn khớp trong Bánh răng

tiêp í ục quay, tái dầu đi ngang qua vành

chắn (4) và dưa vào buồng B dẩy ra ngoài

Ưu điếm của bơm bánh ráng ăn khớp trong

tích nhỏ hơn bơm bánh răng ăn khớp ngoài khi

tạ x nhưng chế tạo loại bơm này phức tạp hơn

Hình 2.3 Bơm bánh răng khớp trong

là có kích thước bé hơn và tổn thất thể

có cùng một lưu lượng và dung sai chế

c) Bom trục vít

Bơm trục vít là sự biến dạng của bơm bánh ràng Nếu bánh răng nuhiêng có số rãng nhó, bc dày và góc nghiêng của rãng lớn thì bánh lãng sè thành trục vít Bơm trục vít thường có hai trục vít ãn khớp nhau, (có khi dùng 3 hoặc 5 trục vít) và thường dược ché tạo thành 3 cỡ:

Bơm trục vít có khả năng cho giới hạn lưu lượng lớn: Q = ( 3 -h5) 10 1 /p h

Dưới dày ta xét loại bơm có hai trục vít (hình 2.4):

Bơm gồm có hai trục vít (ren trái hoặc

phái) ãn khớp với nhau và bề mặt tỳ sát

vào thành bơm Các chu kỳ hút và đẩy dầu

càn bán giống như bơm bánh răng: ở chỗ

ren ra khớp tạo nên một khoáng chân

không, dầu tràn vào đó, và đến chỗ ren

chuyến từ buồng hút A sang buồng nén B

theo chiều trục, và không có hiện tượng

chèn dầu ờ chân ren

Nhược điểm cúa bơm trục vít là chế tạo

suất thế tích thấp Nhưng ưu điểm cãn bản của nó là chạy êm, độ nhấp nhô lưu lượng bé và

có thế thực hiện dược áp suất cao Do đó bơm trục vít thường được dùng làm bộ cung cấp năng lượng cho các hệ thống dầu ép ờ phòng thí nghiệm

d) Bom bánh răng điêu chinh

Nổi chung, bơm bánh răng thường được chế tạo dưới dạng là bơm cố định Tức là lưu lượng của nó không thể thay đổi Tuy nhiên có khi người ta cũng dùng bơm bánh lăng điểu chinh có cấu tạo như sau (hình 2.5)

M ặt cất A

Hình 2.5 Bdm bánh răng điểu chỉnh

M ặ t cắt B

Hình 2.7 Khử hiện tượng kẹt dầu chân răng

a) Thoát dầu chân răng ; b) Thoát dầu măt bẽn chân răng

Lưu Urợng của bơm được thay đổi với sự thay đổi chiều rộng a, là chiều rộng ăn khớp nhau của hai bánh rãng (1) và (2) Chiều rộng a dược thav đổi nhờ bánh răng (3)

di động thanh rãng mang bánh răng (2) theo chiều trục Hiệu suất của loại bơm này rất tháp và chủ yếu cũng dùng ớ hệ thống có áp suất thấp

Đế khắc phục các nhược điểm cúa bơm bánh răng, giảm tổn thất thể tích và đáp ứng nhu cầu về áp suất cao, người ta đã dùng một số biện pháp về kết cấu như sau:

trong thân bơm, như ờ hình 2.2 Đường này nối liền rãnh xỏ (2) với buồng hút Rãnh (2) dược đặt dối diện với buồng hút và tiếp xúc với bề mặt đính răng Tương tự như thế, người ta làm đường (3) nối liền rãnh (4) với buồng nén Với kết cấu như thế, các lực hướng kính sẽ cân bằng nhau Để sự cân bằng lực tốt hơn rãnh đối diện với buồng nén cần làm to hơn rãnh dối diện với buồng hút

Biện pháp giảm tải trọng tác

dụng một phía có hiệu quả nhất

là dùng bơm có 3 bánh răng với

so dồ kết cấu như hình 2 6 , và

được gọi là bơm bánh răng kép

Truyền động của động cơ

điện được đưa vào bánh rãng

giữa, mỏmen xoắn được cân bằng;

Cách giái quyết ờ hình 2.7a là khoan những lỗ nhỏ đòi xứng ớ rãnlì răng Một phán

dấu bị nén ớ chăn răng theo các lỗ ây vào phía trong và qua lỗ ở rãnh rùng kê cận chày

ra buóng nén l)o dó, ớ chan răng không xãv ra hiện tượng áp suất tãng đột ngột

Phương plìáp thứ hai chín gián hơn khi chế tạo làm những rãnh đáu bị kẹt ờ mặt bên cua bơm như ớ hình 2.7b có kích thước phụ thuộc vào khoáng chia răng t

Đê nâng cao hiệu suất thể tích, chú yêu là làm giám khe hớ ờ mặt hên Dưới dây ta

xet kẽì cấu có thế làm giám khe hở cùa mật bèn dưới tác dụng cùa áp suất dầu (hình 2.8 )

Hinh 2.8 Giảm khe hơ mặt bẽn

Đê khứ khe hớ ở mặt bên áp suất dầu từ buồng nén B được dần về ổ trục phía trái,

và làm cho các ố trượt ( I) luôn b| ép vê bôn phai, khư khe hớ giữa mật hen cua bánh rang và ổ tiưựt Với biện pháp này, khi áp suất của bơm p > lOObar cũng có thế đảm háo hiệu suất tổn thất thể tích lớn hơn 90% và tổng hiệu suất của bơm có the đạt lừ

80 : 85% (tương ứng với hiệu suất của bơm cánh gạt) Một ưu diêm khác của kiêu diều chinh khe hớ này là hiệu suất của bơm không bị ánh hưởng do sự thay đổi độ nhớt cùa dầu (ứ loại bơm dơn gián, hiệu suất của bơm giảm, khi độ nhớt giảm)

e) Lưu lương bom bánh răiìỊỊ

Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thổ tích dầu dược dẩy ra khỏi rãnh răng bằng với the lích cua răng, tức là không lính đến khe hứ chân răng và lây hai bánh răng có kícli thước như nhau (hình 2.9)

h - chiểu rộng cùa răng [cmf;

thì lượng đáu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay một vòng:

Q = 7ĩd2 mb ỊcmVvglNêu gọi / là số rãng, và tính đến hiệu suất

ilk tích 1] của bơm, thi lưu lượng của hơm

b.ínli răng sẽ lù:

Q 7tm

10 ' '

I liệu suất cua bơm bánh răng phụ thuộc vào

Vãn tốc của bơm bánh răng (hay số vòng

quay) bị lỉiới hạn bới độ nhớt và áp suất dầu

Ngoài ra nó cũng phụ thuộc vào lưu lượng và

các yêu cầu về độ êm chuyển dộng của bơm

Vận tốc tối thiếu của bơm dầu có thể xác

Nêu p < 15 har, thì n = 4 0 0 -i-800 vg/ph nhưng không được nhỏ hơn 300 vg/ph

Với dầu cõng nghiệp 20, sô vòng quay tốt nhất là n = 10' vg/ph

Uìiai lộng cua bánh răng thông thường là b = 12 -:-32mm

Đe có lưu lưựng lớn cần dùng bánh răng có số răng nhỏ và môđun lớn Nhưng sô I-IU»’ nho qua sẽ làm cho độ đều của lưu lượng bị giám Trong trường hợp khỏng cần lưu ltrợtiu đcu (như bơm bánh răng cho hệ thống làm nguội) thì dùng bánh ràng có số răng

bánh rang an khớp ngoài, và bánh nhỏ ãn khớp trong không nhỏ hơn z = 7

Vặi liệu bánh răng thường dùng:

ĐỐI với áp suất thấp dùng thép 45 nhiệt luyện đến độ cứng HRC35

Đối với áp suất trung bình dùng thép 40X, tôi đến HRC 28 -ỉ- 32

Doi với áp suất cao dùng thép 18XTT, nhiệt luyện đến HRC 58-:-62 Vật liệu của

Ở dây: d - dường kính trung bình của ren (V trục chủ động [cm].

li - chiều cao của ren [cm].

b - chiều rộng cùa rãnh ren ờ đường kính trung bình [cm ]

2.1.2 Bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt cũng là loại bưm dược dùng rộng rãi nhất sau bơm bánh ràng, và cũng chú yếu dùng ớ hệ thống có áp suất thấp và trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đám bảo một lưu lượng đều hơn hiệu suất thể tích cao hơn do đó nó dùng rất thích hợp trong các hệ thống dầu ép cùa máy cõng cụ, như thực hiện lượng chạy dao ớ máy tổ hợp, máy doa, máy tiện, máy phay; thực hiện chuyến động cùa bàn

phôi trên máy tự động và đường dây tự dộng

Kết cấu của bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thê chia thành hailoại chính:

Bơm cánh gạt có tác dụng đưn, gọi tắt là bơm cánh gạt dơn

- Bưm cánh gạt có tác dụng kép gọi tắt là bơm cánh gạt kép

Ngoài ra, trẽn một sô máy cũng đã bắt đầu sứ dụng bơm cánh gạt có nhiều lần tác dụng

Ta lần lượt xét vài loại điển hình sau dây:

a) lìơm cánh gạt dơn dẫn dầu từ ngoài

Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài thưừníỉ dùng có lưu lượng điều chỉnh được.Hình 2.10 là sơ đồ nguycn lý của bơm loại này Nguyên lý làm việc của nó như sau: Rôto ( l ) được đặt trong stato (2) với độ lệch tâm e Trên thân rỏto có các rãnh để các cánh gạt (3) có thể di động theo hướng kính Đô giám lực tiếp xúc giữa các đầu cánh gạt (3) và thành stato (2 ) do tác dụng của lực ly tâm, người ta cho cánh gạt chuyển dộng cưỡng bức trong rãnh (4) có tâm là o và làm trên mặt bên Khi rỏto quay, các con lãn (5) (hoặc con trượt) lắp ở hai bên cánh gạt (3) di động cùa rôto, của bơm trong rãnh (4), các thể tích được tạo nên giữa hai cánh gạt và các bề mặt sato luôn thay đổi Nếu rôto quay theo chiều mũi tên như trên hình vẽ, thì thế tích buồng A

sẽ lớn dần, thực hiện quá trình hút Trong lúc đó thể tích của buồng B nhỏ dần, thực hiện quá trình nén

Hình 2.10 Sơ đố nguyên lý bơm cánh gạt đơn

Đê buóim hút luôn luồn được ngăn cách với buồng nén, gócot cần phải lớn hơn góc chan JÌữa hai cánh íiạt kế tiếp nhau, tức là: (X > p

2 71

zLưu lượng của bơm có thể điều chính bằng cách thay đổi độ lệch tâm e (xê dịch Sỉato 2 trong thân bơm) Nếu đường tâm Oị trùnụ với dường tâm o tức là e = 0, thì thểlích túc buồng giữa các cánh gạt sẽ cỏ định khi rôto quay, và do đó lưu lượng bơm sẽ bãnu ) Nếu đường tâm Oị vượt quá đường lâm () vò hên phải, các buong hut và buong nén c.ia bom sẽ đáo ngược lại

lính lưu lượng của bơm cánh gạt là xác định thể tích giữa các cánh gạt, báng cách

Nêu dặt D là đường kính cũa stato, B là chiều rộng cánh gạt, p là bán kính chạycủa cinli gạt, n là sô vòng quay trorm một phút của rôto, thi ta có vận tốc của cánh gạt:

Vì các cánh gạt chuyển động

cưỡng bức trong rãnh (4) (hình 2.11)

với hai con lãn có dường kính d và

chiều cao b (hay chiều sâu của rãnh),

nên khi cánh gạt qua cung a' b ' , con

lãn đáy thêm một lượng dầu q, và khi

qua cung c'd', làm giảm đi lượng dáu

q2 Do đó hiệu thể tích q = q, - q 7

sẽ là lượng dầu phụ do con lãn tạo

nén, và phân lượng của nó là:

do đó lưu lượng toàn phần của bơm là: Q = Q, + q = 2rcen(BD + 4 b d )

Nếu kích thước có dơn vị là [cm], thì:

Loại bơm này có nhược điểm là tải trọng không cân bằng, dẻ sinh rung động, nên chi thích hợp cho hệ thông có áp suất thấp và trung bình Số cánh gạt thường dùng từ 3 -ỉ-11.Trong trường hựp số cánh gạt nhỏ hơn 3, nguyên lý kiểu bưm kể trên không thể thực hiện dược Đối với lưu lượng và áp suất nhỏ, người ta cũng hay dùng loại bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài có hai cánh gạt như sau (hình 2 12)

Hinh 2.12 Một sô loại bơm cánh gạt

a) Hai cánh gạt đối nhau ; b) Một cánh g ạ t; c) Hai cánh gạt so le

Điểm khác nhau cãn bản giữa hai loại bơm này và các bơm cánh gạt đơn nói trên là một phấn bổ mặt rôto ( 1) của nó luôn tiếp xúc với stato (2) đổ làm nhiệm vụ ngăn cách buồng hút

A với buồng nén B; mật khác bơm này cũng chi cho lưu lượng cố định (hình 2 12a)

Rôto (1) và stato (2) cũng đặt lệch tâm nhau một quãng e Trên rãnh cùa ròto chỉ có hai cánh gạt (3), và chúng dược lò xo (4) luôn ép sát vào thành stato (2) Khi rôto quay, buồng phía cửa A lớn dần, nên thực hiện quá trình hút; buồng phía cứa B nhỏ dần, nên thực hiệnquá trình nén Loại bơm này có lưu lượng là 5,7 1/ph và áp suất có thể đến l,5bar

Bơm cánh gạt chi trên hình 2 12b chi dùng một cánh gạt, và mặt trong của stato là hai cung tròn có tâm cách nhau từ 0,1 4-1,1 mm Vì không cần dùng lò xo đế đẩy cánh gạt nên kết cấu chặt chẽ và đơn giản hơn Nhưng loại này vêu cầu bề mặt trong của '.lato chế tạo chính xác hơn

Hãng (Portable Electric Tools) (Mỹ) sản xuất loại bơm hai cánh gạt như sơ đồ ử hinh 2.12c Các cánh gạt (1) và (2) đặt kề và trượt lên nhau trong một rãnh của rôto 1'rcn mỏi cánh gạt đều có khoét lỗ vuông để đặt lò xo (3) ép cánh gạt vào thành stato

Ưu điểm cùa kiểu kết cấu này là tỷ số l2 / lị lớn do đó cánh gạt chuyển động trong rãnh

ổn định hơn, và tuổi thọ của bơm cũng cao hơn Kiểu 100 của loại bơm này có lưu lượng là 3,8 1/ph với áp suất 0,6har

Nếu đặt B là bể rộng của cánh gạt, thì lưu lượng của loại bơm hai cánh gạt có thểlính theo công thức sau dây Ị 19]:

h ì Iỉoin cánh ỊỊỢt don dẫn dấu từ trong

Diên hình cùa loại bơm này là kiêu bơm Sturm của hãng Boehringer (Tây Đức) Nó

Hình 2.13 Bơm cánh gạt dần dấu từ trong

a) Mặt c ắ t; b) Kết cảu đầu cánh gat

Đặc điểm cùa bơm dần dầu từ trong là trục rổtc) không phải là trục then hoa thông thường như kiểu bơm dẫn dầu từ ngoài, mà nó là trục rỗng có kết cấu đặc biệt để tạo nên cửa hút A và cửa nén B Các cứa này được nôi liền với những rãnh dầu (1) trên rôto Khi rôlo quay theo chiều mũi tên như trên hình vẽ, các buồng dầu giữa các cánh gạt ò phía cửa hút A tâng dần, quá trình hút dầu từ cửa A qua các rãnh (1) được thực hiện Trong khi đó thể tích giữa các cánh gạt ớ phía cửa B giảm dần, bơm thực hiện quá trình nén dầu theo các rãnh hướng kính chảy vào cửa B đi ra ngoài.

Đế giám ma sát giữa các cánh gạt và stato (2), stato được lắp trên hai ổ bi, và nó cùng với hai mặt bên của bơm sẽ quay cùng chiều với rôto, nên chuyến động tương đối giữa hai chi tiết sẽ nhỏ

Ớ bơm cánh gạt dưn, ròto đặt lệch tâm với stato, nên mặt tiếp xúc giữa hai dầu cánh

gạt và thành stato không được khít Để chắn khít được tốt hơn, ờ bơm Enor cũng như

bơm Sturm, người ta dùng thanh trượt đặc biệt (3) lắp trên đầu cánh gạt như hình 2.13b

Lưu lượng của bơm Sturm cũng dược tính như ờ bơm Enor, nhưng phải trừ bớt một

lượng dầu bằng thể tích các cánh gạt, tức là: q = 2enBsz

Do đó lưu lượng của bơm:

ơ đây các kích thước có đơn vị là |cm], B là chiều rộng của cánh gạt Lưu lượng Q dược diều chính bằng diều chỉnh độ lệch tâm e

2.1.2.2 Bom cánh gạt kép

Bơm cánh gạt kép là loại bơm mà

khi trục nó quay một vòng, thể tích giữa

các cánh gạt có hai lần lăng và hai lần

giám, tức la nó thực hiện hai lán húi và

hai lần nén

Két cấu cúa nó đối xứng, nên lực tác

dụng lên trục được cân bằng, có thể

dùng ứ hệ thông có áp suất cao Loại

bơm này được dùng rộng rãi hơn loại

bơm cánh gạt dơn Lưu lượng của nó

dược chế tạo từ 5 -ỉ- 200 l/ph, và áp suất

có thê dạt đến I25bar Ớ một vài nước

khác, bơm cánh gạt kép có thể chế tạo

với lưu lượng 378 l/ph và áp suất có thể

đạt được 175bar

Ta lần lượt xét đến vài kiểu loại bơm này Sau đây là sơ đồ kết câu của nó (hình 2.14):

kính của rôto (1) Khi rôto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm và của áp suất ớ buồng

R

Hình 2.14 Bơm cánh gạt kép

nén dẩn vào các rãnh (3) ở phía dưới các cánh gạt, làm cho các cánh gạt luôn tỳ sát vào bicn dạng (4) của stato.

Biên dạng (4) của stato có thê là đường clip Acsimét hoặc là tổ hợp các cung tròn,

do đó khi rôto quay một vòng, thể tích các buồng giữa các cánh gạt có hai lần tăng và hai lán giám Nếu như rôto quay theo chiều quay cùa kim đổng hồ, thì buồng (a) và buổng (b) ớ đôi diện với nó có thể tích tăng, thực hiện hút dầu Trong khi đó, thể tích cúa buồng (c) và (d) thi giảm, nên thực hiện quá trình nén Hai buồng hút và hai buồng nén dặt cách nhau 180", do đó các lực được cân bằng, giảm tải cho ổ trục

Để ngăn cách buồng hút A với buồng nén B được tạo nên trẽn đĩa dản dầu lắp ờ mặt

hên của stato, góc a tương ứng với đoạn ngãn cách giữa hai buồng cũng phải thoá mãn

ciiõu kiện: a > —

Ớ dây: / là sỏ cánh gạt

Hiên dạng (4) cùa stato trên đoạn tương ứng với góc a cần là cung tròn có tâm o ,

để cho thể tích của hai cánh gạt sau khi đi qua buồng nén B đến buồng hút A không bị

thay đổi, tức là khi qua cung tương ứng với góc a không có tác dụng hút và nén.

Để bề mặt dầu cánh gạt ép sát vào stato được tốt hơn, đồng thời cũng để tránh hiện lương cánh gạt bị kẹt trong rãnh trượt khi đi vào phạm vi buồng nén tức là khi cánh gạt

di qua cung chuyển tiếp từ bán kính lớn đến bán kính bé, các cánh gạt cần đặt nghiêng

với dường bán kính của rôto một góc c Nếu đường kính của rôto từ 0 5 6 -r 85mm, thì

E = 13 -r 15° Nếu dường kính khoảng 014Omm, thì E = 7 -r 8°

Việc dần áp suất dầu vào phía dưới cánh gạt làm cho đầu cánh gạt và mặt trong của stato tiếp xúc tôi hơn, nhưng đồng thời cũng làm cho biên dạng của stato chóng mòn có klu cũng dẻ sinh hiện tượng cánh gạt bị kẹt vì áp suất không cân bằng (áp suất của mặt liõp xúc với buồng hút coi như bảng không) Do dó, ừ những bơm cánh gạt có áp suất cao người ta dùng loại cánh gạt giảm tái như ở hình 2.15:

z

2

108

Hinh 2.15 Biện pháp giảm mòn của bơm cánh gạt

a) Hai cánh g a t; b) Mõt cánh gat

Để giám bớt lực ép cánh gạt vào stato và giảm sự chênh lệch tài trọng giữa mạt trước và mặt sau của cánh gạt, người ta dùng loại cánh gạt có hai phần trượt lén nhau như ớ hình 2.15a Giữa phần (1) và (2) của cánh gạt có rãnh để dẫn dầu có áp suất từ buồng (3) đến buồng (4) Vì tiết diện của đầu cánh gạt ở buồng (3) lớn hơn ở buồng (4) nên vẫn đảm bảo lực đẩy cánh gạt vào thành stato, nhưng nhỏ hơn kiểu cánh gạt thon í! thường Kiếu giám tái cánh gạt này được dùng ở bưm có áp suất cao (đến 125bar).

Ở loại bơm cánh gạt 25V 50V của hãng Vickers (Mỹ) có lưu lượng từ 40 + 378

l/ph và áp suất cao nhất là 154 bar, đã dùng phương pháp giảm tải cánh gạt như ở hình

2.15b Ỏ đây, rãnh ( 1) phía dưới mỗi cánh gạt được nôi với buồng (2 ) giữa các cánh gạl bằng rãnh (3) ớ trong rôto Như thế, nếu cánh gạt đi qua vùng hút, thì áp suất ở rãnh (1) bàng áp suất buồng hút; và nếu cánh gạt qua vùng nén, thì áp suất ứ rãnh ( 1) sẽ bằng áp suất ớ buồng nén Giữa cánh gạt (4) có khoét rãnh (5), và bên trong nó đặt miếng trượt tiết diện vuông (6 ) Miếng trượt này tì vào đáy rãnh (1) của rô to Khoảng trông được tạo nên bởi phán trên của rãnh (5) và đầu trên của miếng trượt (6 ) được nòi với hai rãnh (7) trên thành rãnh của rỏto, qua các rãnh (8 ) trên hai đĩa dẫn dầu (9) đến rãnh (10 nối với buồng nén của bơm Do đó, lực đẩy cánh gạt vào thành stato được xác định bằng tiết diện cùa miếng trượt (6 ) và áp suất ở buồng nén của bơm Kích thước của miếng trượt (6 ) cần lựa chọn đế lực đẩy cánh gạt được tạo nên bằng khoảng 25 % lực đẩy của cúc bơm có áp suất buồng nén được dẫn vào mặt dưới của cánh gạt (dẫn vào rãnh 1)

Đế có thể tạo nên hai loại lưu lượng với hai áp suất khác nhau người ta ghép hai bơm cánh gạt trên cùng một trục và một thân bơm gọi là bơm cánh gạt ghép như bơm cánh gạt

áp suất p = 25 bar, và một bơm có Q = 121/ph và p = 65bar

Tính toán lưu lượng của bơm cánh gạt kép cũng là xác định thế tích giữa các :ánh gạ), các hề măt của rôto stato và các đĩa gat dẫn dầu Nếu ta đăt R là hán kính lớn và I