Giáo trình Phân tích mạch thủy lực (Nghề Sửa chữa máy thi công xây dựng)

Trong mô đun này sẽ trang bị cho sinh viên một số kiến thức cơ bản về các phương pháp phân tích mạch thủy lực máy thi công xây dựng, hiểu được các bước cần thực hiện khi tiến hành bảo dư

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: PHÂN TÍCH MẠCH THỦY LỰC NGHỀ: SỬA CHỮA MÁY THI CÔNG XÂY DỰNG

TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP NGHỀ

Ninh Bình

LỜI GIỚI THIỆU

Hiện nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, và đặc biệt

là trong thiết kế, máy thi công xây dựng Nhiều hệ thống kết cấu hiện đại đã trang bị cho ô tô nhằm thỏa mãn ngày càng nhiều nhu cầu thi công công trình và của người sử dụng Tuy vậy, chúng ta cũng gặp không ít khó khăn trong khai thác sử dụng và làm quen với các hệ thống đó Một số kết cấu đơn giản đã được thay thế bằng các kết cấu hiện đại và phức tạp, một số thói quen trong sử dụng sửa chữa cũng không còn thích hợp, nhất là khi công nghệ sửa chữa đã có những thay đổi cơ bản: chuyển từ việc sửa chữa chi tiết sang sửa chữa thay thế, do đó trong quá trình khai thác nhất thiết phải sử dụng công nghệ chẩn đoán Đối với người thợ sửa chữa máy thi công xây dựng, ngoài việc sau khi ra trường cần nắm chắc những kiến thức về chuyên môn, sinh viên cần trang bị cho mình một số kiến thức chung về phân tích mạch thủy lực máy thi công xây dựng, máy thi công xây dựng nhất định Phân tích mạch thủy lực máy thi công xây dựng, là một mô đun đáp ứng được một phần của yêu cầu đó Trong mô đun này sẽ trang bị cho sinh viên một số kiến thức cơ bản về các phương pháp phân tích mạch thủy lực máy thi công xây dựng, hiểu được các bước cần thực hiện khi tiến hành bảo dưỡng

và sửa chữa một trong những kỹ năng rất quan trọng của người thợ sửa chữa

Nội dung của giáo trình biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tài liệu của các trườn cao đẳng, các hãng máy thi công xây dựng thông dụng trên thị trường Việt Nam

Để giúp cho sinh viên có thể nắm được những kiến thức cơ bản nhất của mô đun phân tích mạch thủy lực máy thi công xây dựng,

Tuy nhiên sách viết không tránh khỏi sự thiếu khuyết mong bạn dọc và đồng nghiệp góp ý kiến bổ xung để ngày càng hoàn thiện hơn

BÀI 1: KÝ HIỆU VÀ QUI ƯỚC TRONG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG

THỦY LỰC MÁY XÂY DỰNG A- MỤC TIÊU CỦA BÀI

Kiến thức:

- Phát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền động thủy lực

- Giải thích được các qui ước trên sơ đồ mạch thủy lực

Thái độ: Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, bảo đảm an toàn vệ sinh công nghiệp

B- NỘI DUNG

1.Các ký hiệu thành phần dẫn động thuỷ lực

2 Qui ước trên sơ đồ mạch thủy lực

Truyền động thủy lực là truyền động dựa vào năng lượng dòng chất lỏng

được tạo da do chuyển hóa từ cơ năng thành động năng và được luân chuyển đến các thiết bị công tác

2.1 Ưu điểm:

- Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng)

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự

động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn)

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện)

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều

mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

2.2 Nhược điểm:

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm

giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

2.3 Các thông số thường dùng trong hệ thống thuỷ lực

a Lực

- Đơn vị của lực là Newton (N) 1 Newton là lực tác động lên đối trọng

có khối lượng 1kg với gia tốc 1 m/s2

1 N = 1 kg.m/s2

b Áp suất

- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal

- Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2

với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)

Kí hiệu lbf/in2 (psi); 1 bar = 14,5 psi

- Áp suất có thể tính theo cột áp lưu chất

Q - lưu lượng của dòng chảy

A - Tiết diện của dòng chảy

V - Vận tốc trung bình của dòng chảy

- Đơn vị công suất là Watt

-1 Watt là công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 joule

1 W = 1 Nm/s

1 W = 1 m2kg/s3

a Khái quát về truyền động thủy động

Truyền động thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ Trong

trường hợp đơn giản nhất, hệ thống gồm một bơm được truyền động cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng để làm chuyển động một xy lanh hay một động cơ thuỷ lực Áp suất tạo bởi tải trọng trên động cơ hay xi lanh lực cùng với lưu lượng đưa đến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền đến các máy công tác Đặc 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 động cơ theo không gian và sử dụng các đường ống rất linh động nên không cần một không gian lắp đặt xác định giữa động

cơ và máy công tác Trên hệ thống truyền động thuỷ tĩnh có thể thay đổi tỷ

số truyền vô cấp trong một khoảng rộng Chất lỏng thuỷ lực hiện nay có thể được sử dụng là dầu từ dầu mỏ, chất lỏng khó cháy, dầu có nguồn gốc thực vật hoặc nước

b Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ tĩnh

+) Tính chất thuỷ tĩnh của chất lỏng

Khi phát triển lý thuyết về chất lỏng, người ta xuất phát từ giả thiết chất

lỏng lý tưởng Đây là chất lỏng không ma sát, không chịu nén, không giãn

nở, khi được nạp vào thùng chỉ truyền áp lực vuông góc với thành và đáy thùng (hình 1.9) Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào cột chất lỏng, có nghĩa là khoảng cách từ điểm đo đến mặt thoáng của chất lỏng:

Với chất lỏng lý tưởng, không xuất hiện lực tiếp tuyến cũng như các

ứng suất tiếp tại thành thùng và giữa các lớp chất lỏng

Khi tính toán các thiết bị thuỷ tĩnh có thể giả thiết bỏ qua trọng lượng

bản thân của chất lỏng do quá nhỏ so với lực tác động ngoài

Áp suất tạo ra từ lực ngoài (hình 3.4) được xác định theo biểu thức:

Áp suất này có thể được tạo ra từ chuyển động gián đoạn của thiết bị ví

dụ như pít tông trong xy lanh hoặc chuyển động liên tục như trong bơm bánh

răng, bơm cánh quay,…

BÀI 2: MẠCH THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN BƠM A- MỤC TIÊU CỦA BÀI

Kiến thức:

- Trình bày được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển bơm kiểu piston

- Giải thích được các dạng hư hỏng, nguyên nhân hư hỏng bơm thủy lực

Kỹ năng:

- Kiểm tra, điều chỉnh và xử lý được mạch điều khiển bơm

Thái độ: Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, bảo đảm an toàn vệ sinh công nghiệp

B- NỘI DUNG

1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của bơm thuỷ lực

1.1 Bơm thuỷ lực

1.1.1 Khái niệm

Để biến đổi cơ năng của động cơ chính thành năng lượng của dòng chất lỏng công tác

và cung cấp cho động cơ thủy lực

1.1.2 Phân loại

Trên máy công trình thủy lực chủ yếu sử dụng 2 loại bơm:

+ Bơm bánh răng

+ Bơm piston quay

Bơm bánh răng: Là bơm mà các bộ phận công tác của nó là bánh răng

Bơm piston quay: Là bơm quay tịnh tiến có bộ phận công tác là piston

1.2.2 Nguyên lý làm việc (hình 1.a)

Khi hai bánh răng quay ngược chiều nhau, thì chất lỏng chứa trong rãnh răng bị đẩy từ khoang hút đến khoang áp lực sau đó đến bộ phân phối thủy lực

Bơm bánh răng có áp lực từ 100-125 kg/cm2, có khi lên đến 140 kg/cm2 Số răng của bánh răng thường từ 6-12

Về giá trị hiệu suất thể tích phụ thuộc vào sự rò rỉ chất lỏng qua khe hở giữa đầu răng và vỏ bơm, giữa mặt đầu bánh răng và hai thành bên của bơm Hiệu suất thể tích lớn nhất thường đạt từ 0,8 - 0,95

1.2.3 Cấu tạo của bơm bánh răng một buồng (hình 1.b)

Hình 2.2 Bơm bánh răng một khoang

Loại này có một cặp bánh răng: Bánh răng chủ động 8 và bánh răng bị động 9 được chế tạo liền trục và lắp trong vỏ nhôm 7, được đậy kín bằng nắp 5 Bạc 6 là những gối đỡ trượt cho các trục đồng thời làm cữ chặn các mặt đầu bánh răng 8 và 9 Tấm giảm tải bằng cao su 11 lắp ở phía buồng hút để tránh sự vênh bạc 6 do phụ tải không đều gây ra Chất lỏng bị rò rỉ theo trục qua lỗ 3 sau đó chảy vào buồng hút Các vòng cao su 1, 2, 4 để làm kín ở đầu trục bánh răng chủ động 8 có rãnh then hoa để nối bơm với động cơ chính bằng khớp nối Trên vỏ 7 của bơm có lắp hai ống nối để nối khoang hút và khoang áp lực với các đường ống tương ứng

1.2.4 Bơm bánh răng 2 buồng

Môtơ thủy lực bánh răng hai khoang

+ Tác dụng

Dùng để dẫn động bộ phận di chuyển, loại này có mômen xoắn nhỏ nên được dùng cùng với hộp giảm tốc

+ Cấu tạo (hình 7.5)

Hình 2.3 Môtơ thủy lực bánh răng hai khoang

1, 14- Nắp; 2,10- Trục dẫn động và trục trung gian; 3, 4- ổ bi; 5- Vít cấy; 6, 12- Vỏ môtơ; 7, 15- Bánh răng bị động; 8, 16- Bánh răng chủ động; 9- Vỏ ổ bi kim; 11- Bản gối; 13- Đệm điều chỉnh;

Hai khoang của môtơ thủy lực có cấu tạo như nhau và có chung kênh áp lực và kênh xả Các bánh răng chủ động và bị động quay trên các ổ bi kim Trục dẫn động 2 quay trên ổ bi 3 và lắp bằng then với bánh răng bị động 7 Trục trung gian 10 lắp với bánh răng bị động 7 và 15 bằng then Như vậy tổng mômen xoắn của cả hai khoang đều được truyền đến trục 2, các tấm đệm giấy 13 để điều chỉnh khe hở giữa mặt đầu bánh răng và bản gối 11, khe hở này cho phép đến 0,15 mm

Môtơ thủy lực: Là động cơ thủy lực có chuyển động quay Có những máy thủy

lực được gọi là bơm - môtơ thủy lực, không những nó làm việc theo chế độ bơm mà còn làm việc theo chế độ môtơ Đây là những sản phẩm được tiêu chuẩn hoá dùng để làm bơm thủy lực hoặc môtơ thủy lực

2.2 Sơ đồ

+ Cấu tạo (hình 7.4)

Hình1.4 Môtơ thủy lực bánh răng một khoang

1- Vỏ môtơ; 2- Vòng đệm; 3, 5- Nắp; 4- Vòng cao su; 6- Bánh răng bị động;

7- Trục; 8, 10- Bánh răng chủ động; 9- Bulông;

Gồm vỏ 1 nắp 3 và 5 được liên kết với nhau bằng các bulông 9 Nắp 5 đồng thời cũng là mặt bích để lắp môtơ thủy lực với khung của bàn quay Trong vỏ có lắp ba bánh răng chủ động 8 quay tự do trên trục 7 và truyền chuyển động quay cho bánh răng bị động 6 Bánh răng bị động 6 được chế tạo liền trục Chất lỏng được cấp vào khoang A hoặc B và qua tấm đệm phân phối 2 vào môtơ thủy lực Chất lỏng rò rỉ qua khoang C thoát ra ngoài Bánh răng 10 lắp then hoa vào đầu dưới của trục và ăn khớp trực tiếp với bánh răng của bộ phận truyền động

2.3 Nguyên lý làm việc

- Khi cấp chất lỏng vào khoang A qua tấm phân phối 2 vào môtơ thủy lực làm quay các bánh răng chủ động 8 và truyền chuyển động tới bánh răng bị động 6 - bánh răng 10 - cơ cấu quay bàn quay Chất lỏng từ môtơ thủy lực qua khoang B trở về thùng

- Môtơ thủy lực hoạt động hai chiều, khi đảo chiều cấp và chiều xả, sẽ đảo chiều quay của trục ra do đó bàn quay có thể quay phải hoặc quay trái

3 Sơ đồ nguyên lý của bơm pít-tông chiều trục điều chỉnh tự động

3.1 Sơ đồ

Đĩa nghiêng 1 được liên kết với trục dẫn động 3 và gắn với piston 4 là bộ phận điều chỉnh việc cung cấp chất lỏng của bơm Trên piston 4, lò xo 5 tác dụng một phía, còn phía kia do áp lực chất lỏng của đường cao áp tác dụng

Hình2 4 Sơ đồ nguyên lý bơm piston chiều trục điều chỉnh tự động

1- Đĩa nghiêng; 2- Piston; 3- Trục; 4- Piston; 5- Lò xo;

3.2 Nguyên lý làm việc

Khi quay trục 3, đĩa nghiêng 1 làm quay piston và khối xilanh Khi piston quay cùng với trục và khối xilanh sẽ đồng thời thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại để hút

và nén chất lỏng vào đường cao áp Lượng chất lỏng cung cấp của bơm phụ thuộc vào

độ nghiêng của đĩa 1, độ nghiêng này phụ thuộc vào áp lực trong đường cao áp Khi áp lực trong đường cao áp tăng, thắng lực đàn hồi của lò xo 5 đẩy piston 4 làm giảm độ nghiêng của đĩa 1, do đó làm giảm lượng cung cấp chất lỏng của bơm và ngược lại khi

áp lực giảm, lực đàn hồi của lò xo 5 đẩy piston 4 làm tăng độ nghiêng của đĩa 1, do đó lượng cung cấp chất lỏng của bơm lại tăng lên

Bơm và môtơ thủy lực piston chiều trục phân làm hai loại:

- Loại thân nghiêng

- Loại đĩa nghiêng

Môtơ thủy lực cũng có cấu tạo giống bơm

4 Bơm mô tơ thủy lực piston chiều trục thân nghiêng không điều chỉnh được

4.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.5 Bơm piston chiều trục thân nghiêng không điều chỉnh được

1- Trục dẫn động; 2- Trục cácđăng; 3- Khối xilanh; 4- Cửa dầu; 5- Nắp;

6- Đĩa Phân phối; 7- Lò xo; 8- Piston; 9- ổ bi; 10- Thanh truyền; 11- Phớt chắn dầu;

4.2 Nguyên lý làm việc

Loại bơm này có đường tâm của thân xilanh lệch một góc với đường tâm của trục dẫn động nên gọi là bơm thân nghiêng

Khối xilanh nhận chuyển động quay từ trục 1 thông qua khớp nối cácđăng 2 Trục

1 quay trên 3 ổ bi và do động cơ dẫn động Trong khối xilanh có bảy xilanh, piston 8 liên kết với thanh truyền, thanh truyền liên kết với mặt bích của trục 1 bằng khớp cầu Thân xilanh quay trên ổ bi 9 và lệch với trục một góc 300 Lò xo 7 ép sát thân xilanh vào đĩa phân phối 6 và nắp 5 Các vị trí liên kết vỏ và nắp có lắp các phớt chắn dầu

5 Bơm có bộ tự động điều chỉnh công suất (Bơm piston thân nghiêng điều chỉnh được) 5.1 Sơ đồ

Loại bơm này có khả năng thay đổi độ nghiêng của thân bơm trong khi làm việc, do đó

sẽ thay đổi hành trình của piston và lượng cung cấp chất lỏng của bơm

Gồm thân quay 14 có thể xoay lệch so với thân 3 một góc từ 00-250 nhờ ngõng trục 9 Lượng chất lỏng cung cấp tỷ lệ thuận với độ nghiêng của khối xilanh 11 và số vòng quay của trục 1 của bơm Kết cấu như vậy sự điều chỉnh đạt được không phụ

Hình 2.6 Bơm piston chiều trục thân nghiêng điều chỉnh được

1- Trục; 2,13- Nắp; 3- Vỏ bơm; 4,5,6- ổ bi; 7- Mặt bích; 8- Thanh truyền; 9- Ngõng trục;

10- Piston; 11- Khối xilanh; 12- Đĩa phân phối; 14- Thân quay; 15- Ngõng tâm;

6 Bơm piston hướng kính

6.1 Sơ đồ

- Phần tĩnh stator làm chức năng thanh truyền có tâm O1 Các piston lắp trong phần quay roto 2, khi quay roto 2 quanh tâm O2 lệch tâm O1 một khoảng e thì piston chuyển động xoay tròn cùng với roto và đồng thời chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh Chất lỏng được nạp vào trong xilanh phía dưới piston và bị piston đẩy ra theo hai kênh

3 dọc trong trục roto Chất lỏng được bơm đẩy ra khi quay piston từ điểm A về phía điểm C tức là khi piston dịch chuyển đến tâm O2

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của bơm piston hướng kính

1- Stator; 2- Roto; 3- Kênh;

- Khi làm việc piston phải thường xuyên ép sát vào Stator bằng 3 cách

+ Nhờ lò xo lắp dưới piston

+ Nhờ con trượt di chuyển trong rãnh của Stator

+ Nhờ bơm phụ ép piston sát vào Stator

- Bơm piston hướng kính tạo ra áp suất đến 250 KG/cm2 và cung cấp đến 500 lít/ phút

6.2 Quy trình bảo dưỡng bơm môtơ thuỷ lực

- Tháo bơm ra khỏi máy

- Vệ sinh bơm

- Tháo tổng thành bơm

- Vệ sinh các cụm chi tiết

- Kiểm tra các cụm chi tiết

- Lắp tổng thành bơm

- Lắp bơm lên máy

- Nổ máy kiểm tra

6.3 Thực hiện bảo dưỡng bơm môtơ thuỷ lực

BÀI 3: MẠCH THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN CẦN

A- MỤC TIÊU CỦA BÀI

Kiến thức:

- Trình bày được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển cần

- Phân tích được các dạng hư hỏng, nguyên nhân hư hỏng của hoạt động cần

Điều khiển dòng thủy lực tới các thiết bị công tác

Hình 3.1: 1- Bơm; 2 - xy lanh thủy lực; 3- đường cấp thủy lực; 4- van an toàn; 5 – van phân phối;

6- van tiết lưu ; 7- van một chiều; 8- lọc dầu; 9- thùng dầu thủy lực; 10- két làm mát

1.2 Ý nghĩa ký hiệu hộp phân phối thủy lực

Phân phối dòng thủy lực đến các thiết bi công tác có hệ thống trợ lực bằng thủy lực hoặc bằng điện nhằm giúp đỡ người vận hành đỡ vất vả hơn khi điều khiển các thiết bị thủy lực cỡ lớn

1.3 Ngăn kéo phân phôi

1.3.1 Sơ đồ

3.2 Nguyên lý làm việc

1.4 Hộp phân phối 3 buồng

1.4.1 Sơ đồ

Hình 3.2: Các kiểu van ngăn kéo phân phối

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của hộp phân phối 3 buồng

Hộp phân phối 3 buồng có một buồng ở giữa gọi là buồng chung gian còn 2 buồng 2 bên là buồng làm việc để điều khiển dầu thủy lực thay đổi hướng chuyển động của thiết

bị thủy lực khi ta dịch chuyển van ngăn kéo sang bên phải hay bên trái thì van phân phối sẽ thay đổi từ vị trí trung gian sang vị trí làm việc

1.5 Hộp phân phối có chức năng phụ

1.5.1 Sơ đồ

1.5.2 Nguyên lý làm việc