Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 2: Đại cương về truyền động thủy lực và khí nén

Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 2: Đại cương về truyền động thủy lực và khí nén cung cấp cho người học những kiến thức như: Truyền động cơ học; Truyền động điện; Truyền động thuỷ lực gồm có: Truyền động thuỷ tĩnh và Truyền động thuỷ động; Truyền động khí nén. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương II ĐẠI CƯƠNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG

THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN

Mở đầu, cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ khí

Truyền động cơ học1

Truyền động điện2

Truyền động thuỷ lực gồm có: Truyền động thuỷ tĩnh

và Truyền động thuỷ động.

3

Truyền động khí nén4

Cấu trỳc và hoạt động của một bộ truyền động thuỷ lực

 Cụng suất cơ học (vào): Pch1 =2 M1n1



 Cụng suất thuỷ lực: Cụng suất cơ học (ra): PPchrl = pQ2 = Fv hoặc Pch2 = 2 M2n2

Mỏy động lực (Động

cơ điện hoặc động

cơ đốt trong)

Mỏy cụng tỏc (mỏy nộn ộp hoặc truyền lực chuyển động của xe hơi)

Bơm thuỷ lực

Đuờng ống Phụ kiện Phần tử điều khiển

Xy lanh thuỷ lực hoặc động cơ thuỷ lực

P = F.v ch hoặc

Pch  M22

Công suất thuỷ lực

Cấu trúc và hoạt động của một bộ truyền động thuỷ lực

Truyền động cho một xy lanh thuỷ lực

Ưu, nhược điểm của truyền động thuỷ lực

 Ưu điểm của truyền động thuỷ lực

 Kết cấu đơn giản nhờ các cụm chi tiết tiêu chuẩn

 Có thể bố trí tự do tất cả các chi tiết mà không cần chú ý đến vị trí của

liên hợp cơ học

 Truyền lực lớn khi thể tích kết cấu tương đối nhỏ do có trọng lượng trên đơn vị công suất của bơm và động cơ nhỏ (trọng lượng công suất của động cơ thuỷ lực so với động cơ điện là 1/10)

 Tính chất động lực học khá tốt (tăng tốc, giảm tốc) do mô men quán tính của động cơ thuỷ lực nhỏ (tỷ lệ mô men quán tính so với động cơ điện cùng mô men quay là 1/50)

 Chuyển đổi đơn giản chuyển động quay thành chuyển động dao động và ngược lại

Sơ đồ Truyền động cho một động cơ thuỷ lực

Ưu, nhược điểm của truyền động thuỷ lực

 Đảo chiều đơn giản

các máy tự hành)

 Bảo vệ quá tải đơn giản nhờ van giới hạn áp suất

 Có khả năng tự động hoá chuyển động dễ dàng

tiệ lợi cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, modun hóa, tạo điềukiện thuận lợi cho việc lắp đặt hay thay thế;

 Thuận lợi cho việc điều khiển các van bằng năng lượng điện,điện từ, tạo điều kiện cho việc tự động hóa quá trình làm việccủa thiết bị;

trơn bằng dầu thủy lực

Ưu, nhược điểm của truyền động thuỷ lực

 Nhược điểm của truyền động thuỷ lực:

 Hiệu suất thấp so với truyền động cơ học, do ma sát của chất lỏngtrong đường ống và các phần tử, do hao tổn lọt dòng trong cáckhe hở lắp ghép

tượng trượt giữa phần chủ động và phần thụ động, do hao tổnlọt dòng và tính chịu nén của dầu

 Đòi hỏi yêu cầu cao về lọc dầu thủy lực; Dầu có độ nhớt cao nêntổn hao áp lực tương đối lớn;

thoán năng lượng, đặc biệt trong điều kiện nhiệt đới và độ ẩm lớn

 Chi phí chế tạo cao do yêu cầu độ chính xác và vật liệu có độcứng cao của các phần tử trong hệ thống thuỷ lực

Cấu trúc và hoạt động của một bộ truyền động khí nén

 Ứng dụng khí nén trong kỹ thuật truyền động:

Ưu, nhược điểm của kỹ thuật khí nén

 Ưu điểm:

 Khí nén có khả năng lưu giữ và vận chuyển thuận lợi đến những địa điểm cần thiết

 Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa nên có khả năng điều khiển từ

xa và linh động trong việc bố trí các phần tử cấu trúc, khí thải có thể dẫn trực tiếp ra môi trường

 Chi phí đầu tư thấp do có thể kết nối với hệ thống khí nén trong xí nghiệp;

 An toàn tốt do có thể bố trí van giới hạn áp suất

 Có thể khởi hành với tần số quay thấp và rất an toàn khi quá tải

 Tuổi thọ cao

 Dễ thay thế các phần tử của hệ thống

 Có thể thay đổi vô cấp vận tốc và tần số quay.

 Nhược điểm:

 Chỉ làm việc được với tải trọng nhỏ

 Công suất cơ cấu truyền động thấp vì phụ thuộc vào áp suất của khí nén thấp (do tính chịu nén của không khí thấp hơn dầu)

 Ảnh hưởng không tốt đến môi trường do ồn và khí thải có dầu

 KÍch thước bộ truyền lớn hơn bộ truyền dùng thủy lực cùng công suất.

Chất lỏng thuỷ lực

 Nhiệm vụ và yêu cầu của chất lỏng thủy lực:

Yêu cầu

Tính chất nhiệt độ - độ nhớt hợp lý,độ nhớt thay đổi ít trong khoảng thay đổi nhiệt độ rộng

Chống mòn và bôi trơn tốt

Chống rỉ tốt, thích ứng với các phốt làm kín, cao su, vật liệu nhân tạo và hợp kim

Độ bền lão hoá tốt, Khả năng tách bọt khí tốt; không độc hại cho

con người

Trong quá trình sử dụng dầu thủy lực phải lưu ý:

Dầu phải luôn được giữ sạch;

Thường xuyên kiểm tra lượng dầu, nếu thiếu phải bổ sung đúng loại dầu đang dùng; khi thiếu nhiều bất thường phải kiểm tra hệ thống tìm nguyên nhân hao hụt dầu;

Không được dùng lẫn các các loại dầu

Tuân thủ thời hạn thay dầu theo đúng tiêu chuẩn của nhà thiết kế, chế tạo hay theo nguyên tắc chung của hay được dùng trên thế giới.

Ví dụ như 500 giờ máy với hệ thống truyền động làm việc với tải trọng nặng hay lưu thông dầu lớn; 2500 đến 5000 giờ máy với hệ thống làm việc không liên tục.

Chất lỏng thuỷ lực

 Chất lỏng thủy lực từ dầu mỏ (dầu khoáng);

 Chất lỏng thủy lực khó cháy

 Dầu khoáng được phân loại theo độ nhớt (Viscosity – VG)

• Bảng 2.1 Phân loại độ nhớt ISO đối với dầu thuỷ lực theo DIN E51524

 Chất lỏng thuỷ lực khó cháy phân loại theo 4

vùng độ nhớt

• Bảng 2.2 Phân loại độ nhớt chất lỏng thuỷ lực khó cháy

• Bảng 2.3 Tổng hợp các số liệu quan trọng nhất của chất lỏng thuỷ lực

Ký hiệu các phần tử thuỷ lực DIN_ISO.1219

Ký hiệu các phần tử thuỷ lực: DIN_ISO.1219

Ký hiệu các phần tử thuỷ lực: DIN_ISO.1219

Ký hiệu các phần tử thuỷ lực: DIN_ISO.1219

Cơ cấu điều khiển

Bằng thuỷ lực gián tiếp

Bằng khí nén trực tiếp

Bằng khí nén gián tiếp

Bằng nam châm điện

Bằng bộ điều khiển điện từ - thủy lực

Cơ cấu điều khiển

Có cơ cấu tự hãm từng vị trí được điều khiển

Cơ cấu điều khiển

Cơ cấu điều chỉnh áp suất (Van an toàn)

Van an toàn có áp suất chỉnh sẵn điều khiển trực tiếp

Van an toàn có áp suất điều chỉnh được, điều khiển trực tiếp

Van an toàn điều khiển từ xa (điều khiển gián tiếp)

Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng

Van tiết lưu không điều chỉnh được

Van tiết lưu hai cửa có điều chỉnh được

Van tiết lưu ba cửa có điều chỉnh được

Bộ song song của van một chiều và van tiết lưu điều chỉnh được (cụm van một chiều - van tiết lưu)

Van chặn (van để nối các đường ống thông nhau - đóng mở bằng tay) - van khoá

Van một chiều không giảm áp (không trễ) - van một chiều không có lò xo

Van một chiều có giảm áp (có trễ) - van một chiều có lò xo điều chỉnh được

Van một chiều có đường dầu hồi - van một chiều có điều khiển

Van chặn, van một chiều

Các cơ cấu và chi tiết khác

Đường dầu chính

Đường dầu điều khiển

Đường dầu rò (dầu xả, dầu thoát, dầu hồi)

Ống nối mềm

Đường dầu giao nhau trong không gian

Chỗ nối

Thùng dầu

Thùng tích năng (ắc quy thuỷ lực)

Đóng khung các thiết bị trong một nhóm

Đồng hồ đo áp lực (áp kế) Các cơ cấu và chi tiết khác

Ký hiệu viết tắt các phần tử thuỷ lực: DIN_ISO.1219

Ký hiệu các đầu nối của ống dẫn với các van thuỷ lực:

DIN_ISO.1219

Hình 2,6 là sơ đồ nguyên lý của bàn công tác theo hình 2.5

Hình 2.6 là sơ đồ nguyên lý của bàn công tác theo hình 2.5 sau khi đã được ký hiệu hóa Bơm (P) cung cấp cho hệ thống một dòng dầu không đổi Nhằm bảo vệ sự…

Tổn thất áp lực thường được gọi là sức cản thủy lực Về bản chất, tổn thất áp lực chính là tổn thất năng lượng đã đề cập ở chương 1.

Thật vậy, dựa vào phương trình Becnuli viết cho dòng chảy chất lỏng thực trong ống tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 đảm bảo điều kiện sử dụng phương trình, giả thiết ; ta có

2,6 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĐ THỦY LỰC

Những thông số đầu vào cho việc thiết lập một hệ thống thủy lực:

1 , Loại chuyển động của đầu ra: Tịnh tiến, quay hay lắc.

2, Giá trị vận tốc, hay số vòng quay của chuyển động.

3, Hành trình hay góc quay;

4, Giá trị lực hay mô men.

5, Thời gian cho một chu kỳ của chuyển động và mối liên

hệ giữa các chu kỳ của nhiều chuyển động.

6, Thông số kích thước của máy hay cơ cấu

7, Chế độ làm việc

2, Thiết lập sơ đồ của hệ thống.

3, Tính toán và chọn sơ bộ các phần tử thủy lực của sơ đồ (Dùng các phương pháp tính (Toán học, Cơ học, sức bền, kết cấu …) để tính ra các số liệu cần cho thiết kế loại máy mà hệ thống TĐTL cần phải lắp cho nó)

4, Thiết lập tổ hợp khối các van và tổ hợp kết nối.

5, Sắp xếp, liệt kê, tổ hợp hệ thống của các thiết bị thủy lực.

6, Tập hợp các nhiệm vụ được đặt ra đối với thiết bị điện điều khiển các phần tử thủy lực trong hệ thống.

7, Lựa chọn, xác định các phần tử thủy lực dùng trong hệ thống của thiết bị, tiến tới thiết lập tủ thủy lực đảm bảo sự bền vững cho hệ thống.

áp suất dầu, … kích thước, trọng lượng…

những chỉ dẫn về đóng gói

CÁC THỨ NGUYÊN DÙNG TRONG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC

 a) Áp lực dầu (P): 1Pa (Pascal) = 1N/m2

 c) Lưu lượng (Q): Lưu lượng của chất lỏng là lượng chất lỏng truyền đi trong 1 đơn vị thời gian 1lít = 1dm3 = 1m3 /1000

1m3/s = 103dm3/s = 6.104 lít/phút

d) Lưu lượng riêng (q): Lưu lượng riêng là lượng chất lỏng truyền đi sau 1 vòng quay (của bơm hay động cơ)

 1 m3/vòng = 103dm3/vòng = 106cm3/vòng

CÁC THỨ NGUYÊN DÙNG TRONG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC

QUAN HỆ TOÁN HỌC GIỮA CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Diện tích

bề mặt

Lực đẩy

Công suất Tốc độ

quay

Lưu lượng

Lưu lượng riêng

áp lực dầu Mô men Vận tốc

m3/s, l/ph

m/s, m/ph

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Ống hút

=

=

40 (l/min) 40/60 (l/s)

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Ống đẩy

được tính tương tự như ống hút đã trình bày phần trên.

nhất là 3.5 m/s thì đường kính trong nhỏ nhất của ống đẩy phải là 15.6 mm.

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

lực được sản xuất theo tiêu chuẩn Do vậy, các kết quảtính toán chỉ là cơ sở để dựa vào đó chúng ta chọn cácống dẫn có kích thước tiêu chuẩn phù hợp với yêu cầu

chọn lớn hơn so với kết quả tính đã tính toán

chọn nhỏ hơn kết quả đã tính toán Khi đó, việc tính toánlại các thông số dòng chảy để kiểm tra các thông số đó cónằm trong vùng cho phép hay không là cần thiết

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

là 20 mm và chiều dày của thành ống là 2.5 mm được chọn cho ống đẩy ở ứng dụng trên Sở dĩ ta chọn ống này để làm ống đẩy là vì đường kính trong của nó là 15 mm, xấp xỉ với kết quả đã tính tóan ở trên là 15.6 mm Quá trình tính toán ngược để kiểm tra lại như sau:

này là 3.77 m/s, cao hơn một ít so với yêu cầu ban đầu là 3.5 m/s Tuy nhiên, nếu so sánh với vùng vận tốc của dòng chảy trong các ống dẫn có áp để có dòng chảy tầng là 2.1 - 4.6 m/s thì giá trị này là thỏa mãn.

Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản

W

Bơm

Xy lanh: có nhiệm vụ chuyển năng lượng thủy lực

thành năng lượng cơ.

Van giới hạn

áp suất

Van điều khiển hướng

Xy lanh Tải

Bể chứa dầu

Bơm: cung cấp lưu lượng cho hệ thống Bơm

trong hình là bơm có thể tích riêng cố định, nghĩa

là nó đều cung cấp một lưu lượng cố định sau

mỗi vòng quay.

Van giới hạn áp suất (relief valve): có nhiệm vụ

bảo vệ hệ thống Nếu áp suất hệ thống tăng đến

ngưỡng đã qui định (bởi van) thì van mở cho

phép lưu lượng dư trở về bể chứa dầu.

Van điều khiển hướng: có nhiệm vụ điều khiển

lưu chất đến vị trí mong muốn

Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản

ΔPline1 = mất áp giữa bơm và van điều khiển hướng

ΔPvan = mất áp qua van điều khiển hướng

ΔPline2 = mất áp giữa van điều khiển hướng và xy lanh

ΔPline3 = mất áp giữa buồng còn lại của xy lanh và van

điều khiển hướng

ΔPline 4 = mất áp giữa van điều khiển hướng và bể dầu

Hiệu suất xy lanh là 0.9

Tải W = 22 250 N

Giả sử xy lanh có đường kính piston là D = 100 mm, và

ti là d = 70 mm Diện tích piston xy lanh là:

Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản

ΔPline1 = 3 bar ΔPline3 = 1.5 bar

ΔPline4 = 1 bar

ΔPvan = 3.5 bar

ΔPline2 = 1 bar

Trong thời gian xy lanh đi ra, áp suất tại buồng chứa ti là

Pr = ΔPline3 + ΔPvan + ΔPline4

Áp suất tại bơm phải là:

P = Pc + ΔPline2+ ΔPvan + ΔPline1

BÀI TẬP

Bài tập1

Độ chênh áp suất trên bơm là 100 bar, và lưu lượng bơm cung cấp là 60 l/min Xác định công suất tối thiểu để kéo bơm Giả thiết rằng hiệu suất hệ thống là 100%.

Bài tập 2

Do một số lý do ta không biết được lưu lượng của bơm, và đồng hồ

đo lưu lượng cũng không thể lắp vào hệ thống Một xy lanh không tải

có thể dùng để xác định một cách gần đúng lưu lượng của bơm Xy

lanh có hành trình là 203 mm Thời gian đi ra hết hành trình là 2.4 s.

Xác định lưu lượng bơm cấp cho xy lanh.

Mạch thủy lực đơn giản được trình bày

trong hình bên Trong lúc xy lanh đi ra

không tải, các áp suất đo được như

ΔPline3 = Mất áp từ động cơ đến van điều khiển hướng

Van giới hạn áp suất được nối ngay ngõ ra của bơm Động

cơ thủy lực có thể tích riêng là 37.7 cm3/rev và cung cấp

mô-men là 1225 Nm Cần cài đặt cho van giới hạn áp suất

ở giá trị bao nhiêu?