Renuis, ViÖn m¸y N«ng nghiÖp, tr−êng B¸ch khoa Munich ®S khuyÕn khÝch, t− vÊn x©y dùng m«n häc vµ gi¸o tr×nh TruyÒn ®éng Thuû lùc vµ KhÝ nÐn øng dông trong lÜnh vùc c¬ khÝ n«ng nghiÖp.[r]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Pgs.ts BÙI HẢI TRIỀU (Chủ biên)
ts nGUYỄN NGỌC QUẾ, ts ðỖ HỮU QUYẾT
TS NGUYỄN VĂN HỰU
GIÁO TRÌNH TRUYỀN ðỘNG THUỶ LỰC
VÀ KHÍ NÉN
Hµ néi – 2006
Trang 2Lời nói đầu Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tự động hoá,
kỹ thuật điện tử và kỹ thuật số, kỹ thuật thuỷ khí ngày càng có ý nghĩa lớn trong các hệ thống truyền động và điều khiển Trong các lĩnh vực chế tạo máy và kỹ thuật ô tô - máy kéo, thuỷ lực và khí nén đang có một vai trò đáng kể do có mật độ công suất cao, cấu trúc hệ thống đơn giản, độ tin cậy cao, và đặc biệt là có khả năng thiết lập một hệ thống truyền động và điều khiển bất kỳ với các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn Hơn nữa, khả năng bố trí các phần tử tự do và linh động theo không gian và sử dụng các van điều khiển điện có chi phí công suất nhỏ là tiền
đề quan trọng cho các giải pháp truyền động hiện đại
Đặc điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực, khí nén là các phần tử cấu trúc đòi hỏi độ chính xác chế tạo và độ bền rất cao, do đó để chế tạo hoàn thiện một hệ thống với trình độ công nghệ hiện tại ở nước ta là chưa cho phép Thiết kế hệ thống trên cơ sở lựa chọn và nhập ngoại các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn, tự chế tạo các phần thô để hoàn thiện hệ thống truyền
động và điều khiển theo nhiệm vụ công nghệ cho trước đang là hướng đi đúng để phát triển kỹ thuật thuỷ lực và khí nén ở Việt Nam hiện nay Đó cũng chính là mục đích mà cuốn sách này muốn đạt đến Giáo trình Truyền động Thuỷ lực và Khí nén giới thiệu những kiến thức cơ bản nhất trong kỹ thuật thuỷ lực và khí nén, như các cơ sở vật lý và kỹ thuật của thuỷ lực và khí nén, các nguyên tắc cấu tạo và các tính chất hoạt động cơ bản của các phần tử cấu trúc như bơm dầu, máy nén khí, các van điều khiển, các động cơ và các xy lanh lực Bên cạnh đó, cuốn sách còn đề cập đến các kiến thức về kết nối mạch thuỷ lực, khí nén, về tính chất hoạt động của các mạch truyền động và điều khiển tiêu biểu, về khả năng điều khiển và điều chỉnh hệ thống một cách tự động, từ đó tạo khả năng để lựa chọn các phần tử tiêu chuẩn và thiết kế các
hệ thống truyền động, điều khiển thuỷ lực, khí nén phù hợp với yêu cầu công nghệ đS đặt ra
Giáo trình truyền động thuỷ lực và khí nén được biên soạn theo yêu cầu giảng dạy môn học Truyền động Thuỷ lực và Khí nén cho sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, trường Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội Kiến thức của môn học làm cơ sở cho các môn học tiếp theo, như ô tô - máy kéo và xe chuyên dụng, các máy nông nghiệp phức tạp, máy và thiết bị trong bảo quản và chế biến nông sản Ngoài ra, giáo trình cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và kỹ sư hoạt động trong các lĩnh vực chế tạo máy và tự động hoá
Giáo trình này do PGS TS Bùi Hải Triêù, trưởng bộ môn Kỹ thuật Động lực làm chủ biên, TS Nguyễn Văn Hựu - bộ môn Máy Nông nghiệp, TS Nguyễn Ngọc Quế - bộ môn Kỹ thuật Động lực, TS Đỗ Hữu Quyết – bộ môn Cơ học kỹ thuật cùng tham gia biên soạn
Giáo trình này được biên soạn trên cơ sở những tài liệu giảng dạy và nghiên cứu trong
và ngoài nước về kỹ thuật thuỷ khí, về ứng dụng của thuỷ lực và khí nén trong các lĩnh vực kỹ thuật, đặc biệt là ứng dụng trên các máy tự hành hoạt động trong các lĩnh vực: lâm nghiệp, xây dựng, giao thông, khai khoáng …
Để hoàn thiện cuốn giáo trình này các tác giả xin cám ơn TS Hans Maack, viện Cơ
Điện tử và Kỹ thuật Truyền động, Trường Tổng hợp Rostock đS tặng và giúp sưu tầm các tài liệu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ khí Các tác giả cũng xin cảm ơn GS TS Renuis, Viện máy Nông nghiệp, trường Bách khoa Munich đS khuyến khích, tư vấn xây dựng môn học
và giáo trình Truyền động Thuỷ lực và Khí nén ứng dụng trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp
Môn học Truyền động thuỷ lực và khí nén lần đầu tiên được xây dựng, do đó giáo trình
sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong bạn đọc đóng góp những ý kiến để cuốn sách
được hoàn thiện hơn Các ý kiến đóng góp phê bình xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật Động lực, Khoa Cơ - Điện, Trường Đại học Nông nghiệp I – Hà Nội Xin chân thành cảm ơn!
Trang 3Mở ñầu
Trong ngành cơ khí, truyền ñộng thuỷ lực và khí nén ñược xếp vào chuyên ngành kỹ thuật truyền lực Nhiệm vụ của kỹ thuật truyền lực là xây dựng hệ thống truyền lực của máy hay thiết bị sao cho nhiệm cụ công nghệ của chúng ñược thực hiện tối ưu Thí dụ hệ thống truyền lực của một xe hơi, hệ thống truyền lực của một máy ép,…
Hình 1 Sơ ñồ nguyên lý của một hệ thống truyền lực
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền lực ñược trình bày trên hình 1 Công suất truyền lực ñược cung cấp từ ñộng cơ ñiện hay ñộng cơ ñốt trong Các thông số ra Me và ωe của ñộng cơ cần ñược chuyển ñổi thành các thông số vào yêu cầu của một máy hay thiết bị chuyển ñộng quay Ma, ωa, hoặc là các thông số vào của máy hay thiết bị chuyển ñộng tịnh tiến Fa, va nhờ một bộ chuyển ñổi Nhiệm vụ chuyển ñổi năng lượng này ñược các hệ thống truyền ñộng ñảm nhận ðối với các máy công tác khác nhau, các nhà thiết kế có rất nhiều dạng truyền ñộng khác nhau ñể lựa chọn ra phương án phù hợp với ñiều kiện cụ thể
Các hệ thống truyền ñộng có thể ñược phân loại theo loại phần tử ñể chuyển ñổi các thông số vào thành các thông số ra:
* Truyền ñộng cơ học: Các phần tử truyền năng lượng là các bộ truyền cơ học (bánh
răng, ñai, xích, v.v.) Trong loại truyền ñộng này việc thay ñổi tỷ số truyền vô cấp chỉ có thể thực hiện trong khoảng giới hạn Truyền ñộng cơ học yêu cầu một không gian lắp ñặt cố ñịnh giữa ñộng cơ truyền lực và máy công tác
* Truyền ñộng ñiện: Tần số quay của ñộng cơ ñiện hiện nay có thể thay ñổi trong
một khoảng rộng Nhờ ñó một phần chức năng truyền ñộng từ ñộng cơ và ñiều khiển truyền ñộng ñã ñược thực hiện ngay trên ñộng cơ ñiện Trong ña số các trường hợp, hệ thống truyền ñộng ñiện cần có một bộ truyền cơ học với tỷ số truyền không ñổi ñể làm thích ứng mô men quay và tần số quay với các thông số yêu cầu của thiết bị cần dẫn ñộng Hệ thống truyền ñộng ñiện cũng yêu cầu một không gian lắp ñặt xác ñịnh giữa ñộng cơ và máy công tác
* Truyền ñộng thuỷ lực: Trong truyền ñộng thuỷ lực việc truyền công suất trong hệ
thống do chất lỏng ñảm nhận Tuỳ theo việc sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng là thế năng hay ñộng năng mà hệ thống ñược gọi là truyền ñộng thuỷ tĩnh hay truyền ñộng thuỷ ñộng
+ Truyền ñộng thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ Trong trường hợp ñơn
giản nhất, hệ thống gồm một bơm ñược truyền ñộng cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng
ñể làm chuyển ñộng một xy lanh hay một ñộng cơ thuỷ lực Áp suất tạo bởi tải trọng trên ñộng cơ hay xi lanh lực cùng với lưu lượng ñưa ñến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền ñến các máy công tác ðặc tính của truyền lực thuỷ tĩnh có tính chất: tần số quay cũng như vận tốc của máy công tác trong thực tế không phụ thuộc vào tải trọng Do có khả năng tách bơm và ñộng cơ theo không gian và sử dụng các ñường ống rất linh ñộng nên không cần một không gian lắp ñặt xác ñịnh giữa ñộng cơ và máy công tác Trên hệ thống truyền ñộng thuỷ tĩnh có thể thay ñổi tỷ số truyền vô cấp trong một khoảng rộng Chất lỏng thuỷ lực hiện nay
ðộng
cơ
Hệ thống
Trang 4có thể ñược sử dụng là dầu từ dầu mỏ, chất lỏng khó cháy, dầu có nguồn gốc thực vật hoặc nước
+ Truyền ñộng thuỷ ñộng ñược cấu tạo từ một phần bơm và một phần ñộng cơ (tua
bin) Việc chuyển ñổi mô men và tần số quay ñược thực hiện nhờ ñộng năng của khối chất lỏng ðường ñặc tính của truyền ñộng thuỷ ñộng có tính chất: tần số quay của phần bị ñộng giảm khi mô men quay tăng Trong sử dụng, truyền ñộng thuỷ ñộng có cấu trúc gọn nhưng yêu cầu có một không gian xác ñịnh giữa ñộng cơ và thiết bị cần dẫn ñộng
* Truyền ñộng khí nén: Cấu trúc tổng quát của truyền ñộng khí nén cũng tương tự
như cấu trúc của truyền ñộng thuỷ tĩnh ðiều khác biệt cơ bản dẫn ñến sự khác biệt về tính chất hoạt ñộng và cấu trúc của các chi tiết là môi chất truyền năng lượng Trong các hệ thống truyền ñộng khí nén môi chất là không khí nén – một chất “lỏng” chịu nén Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt ñộng các ñộng cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường
Ngoài ra ñể thiết kế một hệ thống truyền lực còn có các giải pháp kết hợp: thuỷ lực – khí nén; ñiện – khí nén; ñiện – thuỷ lực, …
Giải pháp tối ưu cho một nhiệm vụ ñiều khiển và truyền lực luôn phụ thuộc vào mức
ñộ thực hiện các yêu cầu công nghệ, kỹ thuật và kinh tế Trong kỹ thuật có hàng loạt các trường hợp ứng dụng và các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Khi ñó việc lựa chọn sử dụng loại truyền lực và truyền ñộng nào là dựa vào các lợi thế ñặc biệt của một loại Các bộ truyền lực tịnh tiến ñể khắc phục lực tải lớn với vận tốc nhỏ thường ñược thực hiện bằng thuỷ lực Thí
dụ cho các trường hợp này là các máy nén ép trong công nghiệp ô tô và công nghiệp chế tạo vật liệu nhân tạo, bộ phận nâng hạ trong các máy nâng hàng, máy xúc và cần cẩu tự hành,…
Cả truyền ñộng của các máy công tác hạng nặng và các máy công nghiệp cũng ñược thực hiện bằng thuỷ lực Trong các máy công cụ, trong kỹ thuật rô bốt và chế tạo máy, trong chế tạo tàu biển, hàng không, trên các xe vận tải cũng luôn gặp các ứng dụng của kỹ thuật thuỷ lực và khí nén Trong kỹ thuật truyền lực, ñiều khiển và ñiều chỉnh ngoài thuỷ lực và khí nén còn ứng dụng cả các giải pháp cơ học, ñiện - ñiện tử hoặc liên hợp các giải pháp ðặc biệt các bộ truyển thuỷ lực - ñiện và khí nén - ñiện ngày càng ñược phát triển rộng rãi do ñược kết nối với máy tính và ứng dụng kỹ thuật ñiều khiển số Các hệ thống thuỷ lực và khí nén ñiều khiển
số ngày càng có ý nghĩa lớn trong sản xuất
Những cơ sở vật lý, những kiến thức về cấu trúc, các nguyên lý hoạt ñộng của các thiết bị cũng như các mạch thuỷ lực và khí nén ñược trình bày trong cuốn sách sẽ giúp cho sinh viên và các kỹ sư cơ khí có thể thiết kế ñược các hệ thống truyền lực thuỷ lực và khí nén hoạt ñộng có hiệu quả và chính xác Từ ñó tạo ra khả năng mở rộng phạm vi ứng dụng của kỹ thuật thuỷ khí
Trang 5Phần A
Truyền ñộng thuỷ lực
Chương I
Cơ sở kỹ thuật truyền ñộng thuỷ lực 1.1 Cấu trúc và hoạt ñộng của một bộ truyền ñộng thuỷ lực
Cấu trúc và tác ñộng lẫn nhau của các nhóm cấu trúc truyền ñộng thuỷ lực ñược trình bày trên hình 1.1 Phần thuỷ lực bao gồm bơm thuỷ lực ñể tạo dòng dầu có áp suất, xy lanh
thuỷ lực hoặc ñộng cơ thuỷ lực là phụ tải Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các
van ñiều khiển và các bộ phận phụ trợ thuỷ lực ñặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bộ tích áp
và các bộ phận khác
Hình 1.1 Sơ ñồ truyền công suất trong một thiết bị thuỷ lực
Máy ñộng lực thường ñược sử dụng là ñộng cơ ñiện hoặc ñộng cơ ñốt trong, truyền cho bơm mô men quay M1 và tần số quay n1 (v/s) và cung cấp một công suất cơ học:
Pch. =2 πM1n1 Công suất này ñược chuyển ñổi thành công suất thuỷ lực trong bơm:
Prl = pQ, trong ñó: p là áp suất dầu yêu cầu từ máy công tác; Q- lưu lưu lượng ñược tính từ tần
số quay và kích thước của bơm
Dòng dầu có áp suất trong thiết bị thuỷ lực ñược dẫn qua các ñường ống và các van ñiều khiển ñến xy lanh lực hoặc ñộng cơ thuỷ lực, tại ñó công suất thuỷ lực lại ñược biến ñổi
thành công suất cơ học cần thiết của máy công tác ðối với các xy lanh thuỷ lực công suất cần
thiết ñược tính theo lực yêu cầu trên cần pít tông và vận tốc pít tông:
Pch = Fv ðối với ñộng cơ thuỷ lực công suất yêu cầu ñược tính theo số liệu của máy công tác:
Máy ñộng lực (ñộng cơ ñiện hoặc ñộng cơ ñốt trong)
Máy công tác (máy nén
ép hoặc truyền lực chuyển ñộng của xe hơi)
Bơm thuỷ lực
ðường ống Phụ kiện Phần tử ñiều khiển
Xy lanh thuỷ lực hoặc ñộng
cơ thuỷ lực
Chuyển ñổi công suất
cơ học
1 1
Công suất thuỷ lực
Prl= p.Q
M1 n1
p
Q
F v
M2 n2
Chuyển ñổi công suất cơ học
Pch= F.v hoặc
2 2
Công suất thuỷ lực
Prl= pQ
Trang 6Pmech = 2 πM2n2
Sơ ñồ kỹ thuật biểu diễn bộ truyền theo ký hiệu mạch xy lanh thuỷ lực ñược trình bày trên hình 1.2 Hình trên cùng (1.2a) mô tả hoạt ñộng chung của bơm thuỷ lực, xy lanh thuỷ lực
và thùng dầu Trong sơ ñồ này sử dụng bơm có thể tích làm việc không ñổi và một xy lanh tác ñộng kép Bơm thuỷ lực hút dầu từ bình và cung cấp lưu lượng dầu Q với áp suất p ñến xy lanh Lưu lượng Q tỷ lệ thuận với tần số quay của bơm dầu và xác ñịnh vận tốc của pít tông
Mô men truyền lực tỷ lệ thuận với áp suất ñược tạo ra ứng với tải trọng tác ñộng lên pít tông
Hình 1.2 Truyền ñộng cho một xy lanh thuỷ lực
a- Cấu trúc cơ bản; b- Hành tình tiến; c- Hành trình trả về
Do bơm chỉ cung cấp một phía, trong khi ñó xy lanh lại cần chuyển ñộng ñược cả hai chiều, cho nên cần bố trí một van phân phối ñể hướng dẫn dòng dầu ñến mỗi phía mong muốn của pít tông Van phân phối xác ñịnh việc khởi hành, dừng lại và chiều chuyển ñộng (nghĩa là toàn bộ quá trình chuyển ñộng) của pít tông Trên hình 1.2b van phân phối ñang ở vị trí ñiều khiển hành trình tiến của pít tông Lúc ñó dòng dầu từ bơm chuyển ñộng qua van ñến phần bên trái của xy lanh và ñẩy pít tông chuyển ñộng sang phải, ñồng thời phần dầu ở ngăn bên phải pít tông ñược chảy qua van trở về thùng Hành trình trả về ñược thực hiện khi van phân phối ở
vị trí ñối diện (hình 1.2c) Tại vị trí trung gian của van phân phối cả hai ñường dầu ñến xy lanh ñều bị chặn lại và dòng dầu từ bơm có thể chảy gần như không có áp suất về thùng
ðể ñảm bảo an toàn cho thiết bị thuỷ lực hoặc hạn chế áp suất cực ñại người ta sử dụng các van giới hạn áp suất (hình 1.2b,c) Khi áp suất dầu tạo ra áp lực lớn hơn lực lò xo,
a)
b)
c)
Trang 7van sẽ mở ra và dòng dầu từ bơm sẽ chảy qua van về thùng mang theo cả phần nhiệt lượng sinh ra khi ñó trong hệ thống
Sơ ñồ truyền ñộng cho một ñộng cơ thuỷ lực cũng có thể ñược sử dụng tương tự Sơ
ñồ hoạt ñộng và sơ ñồ mạch thuỷ lực ñối với ñộng cơ thuỷ lực không thay ñổi thể tích làm việc ñược trình bày trên hình 1.3 ðộng cơ có thể quay hai chiều nhờ chuyển mạch van phân phối Van giới hạn áp suất ñược bố trí ñể giới hạn mô men quay khi quá tải
Hình 1.3 Truyền ñộng cho một ñộng cơ thuỷ lực
1- Van gi ới hạn áp suất; 2- Van phân phối 4/3; 3- ðộng cơ thuỷ lực
Trong nhiều trường hợp sử dụng cần tìm những giải pháp thích hợp cho các hệ thống truyền lực Khi ñó cần biết ưu ñiểm, nhược ñiểm của mỗi loại truyền lực Các tính chất ưu việt của truyền ñộng thuỷ lực ñược tóm tắt như sau:
• Kết cấu ñơn giản nhờ các cụm chi tiết tiêu chuẩn;
• Có thể bố trí tự do tất cả các chi tiết mà không cần chú ý ñến vị trí của liên hợp cơ học;
• Truyền lực lớn khi thể tích kết cấu tương ñối nhỏ do có trọng lượng trên ñơn vị công suất của bơm và ñộng cơ nhỏ (trọng lượng công suất của ñộng cơ thuỷ lực so với ñộng
cơ ñiện là 1/10);
• Tính chất ñộng lực học khá tốt (tăng tốc, giảm tốc) do mô men quán tính của ñộng cơ thuỷ lực nhỏ (tỷ lệ mô men quán tính so với ñộng cơ ñiện cùng mô men quay là 1/50);
• Chuyển ñổi ñơn giản chuyển ñộng quay thành chuyển ñộng dao ñộng và ngược lại;
• ðảo chiều ñơn giản;
• Thay ñổi tỷ số truyền vô cấp theo tải trọng (ñặc biệt có lợi cho các máy tự hành);
• Bảo vệ quá tải ñơn giản nhờ van giới hạn áp suất;
• Giám sát ñơn giản nhờ áp kế;
• Có khả năng tự ñộng hoá chuyển ñộng dễ dàng
Bên cạnh ñó, các nhược ñiểm làm hạn chế khả năng sử dụng truyền ñộng thuỷ lực là:
• Hiệu suất thấp so với truyền ñộng cơ học, do ma sát của chất lỏng trong ñường ống và các phần tử, do hao tổn lọt dòng trong các khe hở lắp ghép;
• Không thể (hay khó) ñồng bộ quá trình chuyển ñộng do hiện tượng trượt giữa phần chủ ñộng và phần thụ ñộng, do hao tổn lọt dòng và tính chịu nén của dầu;
• Chi phí chế tạo cao do yêu cầu ñộ chính xác cao của các phần tử trong hệ thống thuỷ lực
Trang 81.2 Chất lỏng thuỷ lực
Chất lỏng thuỷ lực là môi chất mang năng lượng trong hệ thống thuỷ lực Kiến thức về loại chất lỏng, về tắnh chất và về tắnh chất hoạt ựộng có ý nghĩa rât lớn ựối với việc thiết kế và vận hành các thiết bị thuỷ lực
1.2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu
Nhiệm vụ của chất lỏng thuỷ lực là truyền lực và lưu thông dưới dạng một dòng chất lỏng có áp suất từ bơm thuỷ lực ựến ựộng cơ và xy lanh thuỷ lực Ngoài ra chất lỏng thuỷ lực còn ựảm nhận việc bôi trơn, chống rỉ và làm mát các chi tiết của hệ thống
Yêu cầu về chất lỏng thuỷ lực xuất phát từ nhiệm vụ của chúng Tuy nhiên giữa các thiết bị khác nhau có các dạng yêu cầu khác nhau, ựôi khi còn mâu thuẫn với nhau Có thể tham khảo các yêu cầu quan trọng nhất dưới ựây:
Ớ Tắnh chất nhiệt ựộ - ựộ nhớt hợp lý, ựộ nhớt cần thay ựổi ắt nhất trong khoảng nhiệt ựộ rộng ;
Ớ Tắnh chất chống mòn và bôi trơn tốt, cần lưu ý là luôn xuất hiện chế ựộ ma sát hỗn hợp nhất là ựối với các máy thuỷ lực pắt tông;
Ớ Tắnh chống rỉ tốt, thắch ứng với các phớt làm kắn, các phần tử cao su, vật liệu nhân tạo
và hợp kim ;
Ớ độ bền lão hoá tốt kể cả trong các ựiều kiện làm việc nặng nề ;
Ớ Khả năng tách bọt khắ tốt
1.2.2 Phân loại chất lỏng thuỷ lực
a) Các lo ại
Trong truyền ựộng thuỷ tĩnh người ta sử dụng chủ yếu các loại chất lỏng thuỷ lực sau:
- Chất lỏng thuỷ lực từ dầu mỏ (dầu khoáng);
- Chất lỏng thuỷ lực khó cháy
Dầu khoáng là chất lỏng thuỷ lực ựược sử dụng phổ biến nhất, ựây là loại dầu chuyên dùng cho các thiết bị thuỷ lực có pha thêm một số chất phụ gia Các chất phụ gia dùng ựể cải thiện các tắnh chất của dầu thuỷ lực, thắ dụ tắnh chất nhớt Ờ nhiệt ựộ, tắnh chất bôi trơn Ờ chống mòn, tắnh chất chống rỉ hoặc ựộ bền lão hoá
Chất lỏng thuỷ lực khó cháy có nhiệt ựộ bắt cháy cao hơn hẳn dầu khoáng, thường ựược sử dụng trên các thiết bị có nguy cơ cháy nổ Có hai loại chất lỏng thuỷ lực khó cháy là chất lỏng chứa nước có nguồn gốc dầu mỏ và chất lỏng không chứa nước trên cơ sở vật liệu tổng hợp
Ngoài ra trên các thiết bị tự hành còn sử dụng dầu ựộng cơ và dầu truyền lực làm
chất lỏng thuỷ lực Dầu này ựược sử dụng trong một mạch dầu chung vừa ựể bôi trơn ựộng cơ
và hộp số, vừa ựể thực hiện cả nhiệm vụ truyền lực trong hệ thống thuỷ lực
đôi khi trên các thiết bị di ựộng và có nhiệt ựộ làm việc thấp người ta còn sử dụng
dầu truyền lực tự ựộng (ATF) làm chất lỏng thuỷ lực, vắ dụ trong bộ phận lái tuỳ ựộng của PKW
b) C ơ sở phân loại
Trang 9Dầu khoáng ñược phân loại theo ñộ nhớt (Viscosity Grad: VG) Cơ sở phân loại theo
ñộ nhớt là dựa trên ñộ nhớt ñộng học trung bình tại nhiệt ñộ chuẩn 400C (bảng 1.1) ðể thiết
bị thuỷ lực hoạt ñộng tốt cần giữ một giới hạn ñộ nhớt xác ñịnh, giới hạn ñó ñược các nhà sản xuất dầu thuỷ lực quy ñịnh Dưới ñây là một số giá trị kinh nghiệm có thể tham khảo:
νmax (khởi hành lạnh) 50 … 1000 mm2/s (cSt);
νhñ (hoạt ñộng lâu dài) 15 80 mm2/s (cSt);
νmin (hoạt ñộng ngắn hạn) 10 mm2/s (cSt)
Bảng 1.1 Phân loại ñộ nhớt ISO ñối với dầu thuỷ lực theo DIN E51524
Loại ñộ nhớt ðộ nhớt ñộng học trung bình ở 400C (mm2/s - cSt)
Chất lỏng thuỷ lực khó cháy ñược phân ra 4 vùng ñộ nhớt theo báo cáo Luxemburg lần thứ 5 (bảng 1.2)
Bảng 1.2 Phân loại ñộ nhớt chất lỏng thuỷ lực khó cháy
Vùng ñộ nhớt ðộ nhớt ñộng học ở 500C (mm2/s - cSt)
Dầu ñộng cơ và dầu truyền lực ñược phân loại theo SAE
Bảng 1.3 trình bày các giá trị số liệu quan trọng nhất của các chất lỏng thuỷ lực thông dụng trên các thiết bị thuỷ lực tự hành
Bảng 1.3 Tổng hợp các số liệu quan trọng nhất của chất lỏng thuỷ lực
Tính chất vật liệu Ký hiệu ðơn vị Dầu khoáng
ðộ nhớt ñộng học ở 400C ν mm2/s 10 - 100 Khối lượng riêng ở 150C ρ g/cm3 0,85 – 0,91
Hệ số giãn nở nhiệt γ 1/K ≈ 0,65.10-4
Trang 10Nhiệt dung riêng C kJ/(kg.0K) 1,83 – 1,91
Hệ số dẫn nhiệt ở 200C λ W/(m.0K) 0,11 – 0,14 Nhiệt ñộ bốc cháy tF 0C 125 – 205 Nhiệt ñộ tự cháy tZ 0C 310 – 360 Nhiệt ñộ hoạt ñộng cực ñại tmax 0C 90
Do sự phát triển không ngừng trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ lực và chất lỏng thuỷ lực,
do sự cần thiết làm thích ứng các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế với nhau nên việc tiêu chuẩn hoá luôn nằm trong trạng thái vận ñộng Các trích dẫn trong tài liệu này chỉ ñưa ra một số các tiêu chuẩn quan trọng nhất ñể tham khảo
1.2.3 Các tính chất vật lý
a) Tính ch ất nhớt
ðộ nhớt là một thông số ñặc trưng ñặc biệt quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ
lực ðộ nhớt cung cấp thông tin về ma sát trong của chất lỏng thuỷ lực và cùng với khối lượng riêng của chất lỏng cung cấp thông tin về tính chất cản trên dòng chảy (thí dụ trên ñường ống),
và quan trọng hơn cả là cung cấp thông tin về khả năng tải của chất lỏng, có nghĩa là về khả năng chịu tải của các phần tử máy, các trục trên ổ trượt hoặc pít tông và xy lanh
ðể dễ dàng làm sáng tỏ khái niệm ñộ nhớt có thể sử dụng một thí dụ quen thuộc dưới ñây (hình 1.4): Hai tấm phẳng song song chuyển ñộng tương ñối với nhau với một vận tốc nhỏ
có môi trường ngăn cách là chất lỏng Tấm phẳng dưới không chuyển ñộng còn tấm phẳng trên chuyển ñộng sang phải với vận tốc vxp Trong khoảng cách giữa hai tấm có sự phân bố vận tốc chất lỏng theo tỷ lệ:
h
V y
) y (
=
Hình 1.4 Phân bố vận tốc chất lỏng giữa hai tấm phẳng song song
Từ ñó xuất hiện sức cản ma sát trên một ñơn vị diện tích hay còn gọi là ứng suất trượt
ma sát:
dy
dVx η
−
= τ
ðây là ñịnh luật Niu tơn quen thuộc về ma sát, trong ñó hệ số tỷ lệ η ñược gọi là ñộ nhớt ñộng lực học
ðối với kỹ thuật thuỷ lực ñộ nhớt ñộng học ν thường có khả năng biểu hiện cao hơn
vì nó mô tả tính chất dòng chảy của chất lỏng dưới ảnh hưởng của quán tính khối lượng và lực trọng trường
vx= 0
y
x
vxp
vx(y)