Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 2: Bơm - Lê Thể Truyền
Dạng bơm cánh dẫn phổ biến là bơm ly tâm. Đối với bơm dạng này, lưu
lượng được cung cấp bởi bơm giảm dần khi áp suất làm việc của bơm tăng
lên. Sơ đồ nguyên lý và đường đặc tính lưu lượng-áp suất của bơm ly tâm
được trình bày trong hình 2.1. Lưu chất được hút vào và đẩy ra nhờ lực ly
tâm được tạo ra ở cánh dẫn.
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 2: Bơm - Lê Thể Truyền", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 2: Bơm - Lê Thể Truyền
CENNITEC Bơm Le The Truyen CENNITEC GIỚI THIỆU VỀ BƠM THỂ TÍCH Bơm cánh dẫn1 Bơm thể tích2 Bơm lý tưởng3 Bơm thực tế4 Các lọai bơm quay5 CENNITEC Bơm cánh dẫn Ngõ ra Bánh công tác Lưu luợng Áp suất cực đạio Hình 2.1 Bơm ly tâm-nguyên lý và đặc tính Dạng bơm cánh dẫn phổ biến là bơm ly tâm. Đối với bơm dạng này, lưu lượng được cung cấp bởi bơm giảm dần khi áp suất làm việc của bơm tăng lên. Sơ đồ nguyên lý và đường đặc tính lưu lượng-áp suất của bơm ly tâm được trình bày trong hình 2.1. Lưu chất được hút vào và đẩy ra nhờ lực ly tâm được tạo ra ở cánh dẫn. CENNITEC Bơm thể tích Đường hút Đường đẩy Van một chiều Van một chiều L Đ ư ờ n g k ín h d np Hình 2.2 Bơm thể tích Nguyên lý làm việc của bơm thể tích có thể tóm tắt như sau: 1 Trong lúc tăng thể tích làm việc của mình, các buồng hoạt động của bơm được kết nối với đường hút. Sự gia tăng thể tích của các buồng làm việc kéo theo sự giảm áp suất bên trong nó, dẫn đến chất lỏng bị hút vào bên trong. 2. Khi thể tích các buồng làm việc đạt tới giá trị lớn nhất, các buồng làm việc được cách ly với đường hút. 3. Trong giai đoạn giảm thể tích, các buồng làm việc được kết nối với đường đẩy. Lưu chất khi đó được đẩy đến ngõ ra của bơm và được nén tới áp suất cần thiết để thắng lực cản tồn tại trong ống dẫn. 4. Giai đoạn đẩy dầu kết thúc khi buồng làm việc giảm đến thể tích nhỏ nhất. Sau đó, buồng làm việc được tách khỏi đường đẩy. CENNITEC Bơm lý tưởng Thể tích riêng của bơm là thể tích chất lỏng được cung cấp bởi bơm sau 1 vòng quay với giả thiết không có sự rò rỉ bên trong bơm và bỏ qua độ nén của chất lỏng. Nó phụ thuộc vào giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất có thể có được của các buồng làm việc, số lượng các buồng làm việc, và số lần hút và đẩy trong một vòng quay của trục bơm. Thể tích này phục thuộc vào hình dáng hình học của bơm nên nó còn được gọi là là thể tích hình học, Dp (geometric volume). Nó được xác định theo công thức sau: Dp = (Vp_max – Vp_min)zi Trong đó, i = số lần hút và đẩy trong một chu kỳ quay, z = số lượng buồng làm việc, Vp_max = thể tích lớn nhất của buồng làm việc (m 3), Vp_min= thể tích nhỏ nhất của buồng làm việc, Dp = thể tích riêng của bơm (m 3/rev). CENNITEC Bơm lý tưởng Giả thiết rằng không có sự rò rỉ bên trong bơm, không ma sát, không có sự mất áp, lưu lượng của bơm lý tưởng là (xem hình 2.3): M Pi Pp ωT Qt HỆ THỐNG Hình 2.3 Minh họa bơm lý tưởng Lưu lượng lý thuyết Qt = Dpnp Qt = lưu lượng lý thuyết của bơm, m 3/s np = vận tốc quay của trục bơm, rev/s CENNITEC Bơm lý tưởng Với các giả thiết như trên của bơm lý tưởng, năng lượng cơ khí cung cấp sẽ bằng năng lượng thủy lực tạo ra trong hệ thống thủy lực, và mối quan hệ đó được trình bày theo công thức sau: 2πnpTp = Qt (Pp - Pi)= Dp np ΔP Hoặc Tp = (Dp /2π) ΔP Trong đó, Tp = mô-men kéo tại trục bơm (N.m), ΔP = Sự gia tăng áp suất do bơm (Pa). M Pi Pp ωT Qt HỆ THỐNG CENNITEC Bơm lý tưởng M Pp Pp , Q Dp n, T e, i P = 0 F v Ap Pi Hình 2.4 Minh họa sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực TẢIXY LANHBƠMĐỘNG CƠ ĐIỆNHỆ THỐNG ĐIỆN e i T 2πn Pp Q F v Qt= Dpnp v = Qt / Ap F, v Pp = F/ApT = DpPp/2π Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực CENNITEC Bơm thực tế Công suất thủy lực cung cấp bởi bơm thực tế nhỏ hơn so với năng lượng cơ khí mà nó nhận được. Nguyên nhân là do hiệu suất thể tích, ma sát, và mất mát năng lượng thủy lực. Lưu lượng thực tế bơm cung cấp nhỏ hơn so với lưu lượng lý thuyết là do các nguyên nhân chính sau: 1. Rò rỉ bên trong bơm 2. Bơm bị xâm thực và hiện tượng tạo bọt khí 3. Dầu bị nén Q Lưu lượng lý thuyết Qt =Dpnp Qp = Qt - QL Lưu lượng thực tế Lưu lượng rò rỉ QL = P/RL Pmax P Hình 2.6 Đường đặc tính của bơm thể tích QL = P / RL Qp = Qt - QL Lực cản tạo ra bởi khe hở, RL, tỉ lệ thuận với độ nhớt của dầu, và tỉ lệ nghịch với thể tích của nó CENNITEC Bơm thực tế Hiệu suất thể tích Q Lưu lượng lý thuyết Qt =Dpnp Qp = Qt - QL Lưu lượng thực tế Lưu lượng rò rỉ QL = P/RL Pmax P Hiệu suất thể tích của bơm thường nằm trong khoảng từ 0.8 đến 0.99. Bơm piston có hiệu suất thể tích cao nhất, trong khi bơm bánh răng và bơm cánh gạt, nhìn chung, có hiệu suất thể tích thấp hơn. CENNITEC Bơm thực tế Hiệu suất cơ khí Ma sát là nguyên nhân thứ hai làm mất năng lượng của hệ thống thủy lực. Ma sát nhớt và ma sát cơ khí giữa các thành phần của bơm làm triệt tiêu năng lượng. Một phần mô-men kéo cấp cho bơm bị mất do các lực ma sát sinh ra trong quá trình bơm vận hành. Nó phụ thuộc vào vận tốc của bơm, áp suất làm việc, và độ nhớt của dầu. Để đánh giá sự mất năng lượng do ma sát, ta dùng thông số hiệu suất cơ khí, pηt, được xác định như sau: CENNITEC Hiệu suất tổng của bơm Hiệu suất tổng của bơm pηo là tỉ lệ giữa công suất nhận được và công suất cung cấp, được xác định như sau: Hiệu suất tổng Công thức trên có thể biến đổi thành Hiệu suất tổng bằng tích của hiệu suất thể tích và hiệu suất cơ khí CENNITEC Hiệu suất của bơm Ví dụ 2.1 Một bơm có thể tích riêng là 14 cm3/rev được kéo bởi một động cơ điện có vận tốc quay là 1440 rev/min và làm việc ở áp suất 150 bar. Hiệu suất thể tích của bơm là 0.9 và hiệu suất tổng là 0.8. Tính: 1. Lưu lượng của bơm cung cấp trong 1 phút (l/min) 2. Công suất cần cung cấp tại trục bơm (kW) 3. Mô-men tại trục bơm CENNITEC Hiệu suất của bơm Công suất thủy lực CENNITEC Hiệu suất của bơm 1) Lưu lượng thực tế của bơm = Hiệu suất thể tích x Thể tích riêng x Vận tốc quay = 0.9 x (14 x 10-3) x 1440 (cm3)x (l/cm3) x (rev/min)) = 18.14 (l/min) 2) Công suất cần cung cấp tại trục bơm = Công suất thủy lực / Hiệu suất tổng Công suất thủy lực tại đầu ra của bơm = Lưu lượng thực tế x Áp suất )kW(535.4 600 15014.18 )kW( 600 pp Hydraulic PQ N CENNITEC Hiệu suất của bơm Công suất cung cấp = 4.535 / 0.8 = 5.67 (kW) CENNITEC Hiệu suất của bơm 3) Hiệu suất cơ khí = Hiệu suất tổng / Hiệu suất thể tích Mặt khác Do vậy, mô-men tại trục bơm là Nm6.37)N/mx m( 89.014.32 101501014 23 56 pT CENNITEC Hiệu suất của bơm Bơm thể tích khác với bơm cánh dẫn ở điểm, về lý thuyết bơm sẽ cung cấp một lưu luợng cố định sau 1 vòng quay. Nếu ngõ ra của bơm thể tích vì lý do nào đó bị khóa lại, thì áp suất sẽ tăng cao rất nhanh cho đến giá trị mà bơm sẽ bị hư hỏng do gãy, vỡ. Ví dụ sau đây minh họa cho điều vừa trình bày. CENNITEC Hiệu suất của bơm Một bơm thể tích có lưu lượng là 1 l/min đẩy dầu vào một ống dẫn có thể tích là 1 lít. Nếu đầu kia của ống đột ngột bị khóa kín, tính áp suất trong ống dẫn sau 1 giây, tính từ thời điểm ống bị khóa. (Bulk modulus của dầu là 2000 MPa (20000 bar) bỏ qua sự giãn nở của ống dẫn) CENNITEC Hiệu suất của bơm Hệ số bulk modulus của dầu được tính theo công thức sau Trong đó, ΔP là độ thay đổi áp suất, ΔV là độ thay đổi thể tích, và V là thể tích ban đầu. Trước khi ống bị khóa ở đầu kia thì thể tích chất lỏng trong ống là 1 lít (bằng thể tích ống dẫn). Tính từ thời điểm ống bị khóa sau đó 1s thì thể tích dầu trong ống tăng lên một lượng đúng bằng thể tích dầu mà bơm cấp trong 1s. V V P B CENNITEC Hiệu suất của bơm Nghĩa là ΔV = 1/60 lít Như vậy Như vậy, 333 bar là giá trị áp suất trong ống sau 1s kể từ khi ống bị khóa. Bơm thể tích được sử dụng với vai trò là bơm chính trong các hệ thống truyền động thủy lực. Nó được chia ra làm hai nhóm chính, đó là, bơm quay và bơm piston. bar333)MPa(3.33 )MPa( 1 60/1 2000 V V BP CENNITEC Bài tập chương 2-Phần I 2.1 Một bơm có thể tích riêng Dp = 1.7 cm3 được kéo ở vận tốc 1500 vòng/phút. Nếu bơm có hiệu suất thể tích là 87 % và hiệu suất tổng là 76 %, tính: a) Lưu lượng bơm cung cấp (l/min) b) Công suất cần để kéo bơm khi nó làm việc ở áp suất 150 bar. CENNITEC Bài tập chương 2-Phần I 2.2 Một bơm bánh răng cung cấp lưu lượng 15 l/min ở áp suất vận hành là 200 bar. Bơm được kéo ở vận tốc 1430 vòng/min. Nếu công suất cung cấp là 6.8 kW và hiệu suất cơ khí của bơm là 87 %. Tính thể tích riêng của bơm (cm3). CENNITEC Bài tập chương 2-Phần I 2.3 Hệ thống thủy lực cần lưu lượng là 32 l/min ở áp suất 260 bar. Bơm được dùng là loại bơm có thể tích riêng thay đổi được và được hiệu chỉnh bằng tay. Thể tích riêng cực đại của bơm là 28 cm3. Bơm được kéo ở vận tốc quay là 1430 vòng/phút. Hiệu suất tổng của bơm là 0.85, hiệu suất thể tích là 0.90. Tính: a) Thể tích riêng của bơm được hiệu chỉnh ở mức bao nhiêu % so với giá trị cực đại. b) Công suất cần để kéo bơm. CENNITEC Bài tập chương 2-Phần I 2.4 Một hệ thống thủy lực dùng 25 lít dầu trong 1 phút được cung cấp bơm có thể tích riêng là 12.5 cm3, vận tốc quay của bơm là 2880 vòng/phút. Bơm có hiệu suất thể tích là 0.85 và hiệu suất tổng là 0.75. Nếu van giới hạn áp suất của hệ thống được cài ở giá trị 180 bar, tính: a) Lưu lượng cung cấp bởi bơm b) Công suất cần thiết để kéo bơm c) Mô-men kéo tại trục bơm d) Năng lượng dư do dầu xả qua van giới hạn áp suất. CENNITEC Hiện tượng xung ở lưu lượng bơm thể tích Qmax Qmin Qm Thời gian (s) Q Hình 2.7 Minh họa hiên tượng xung lưu lượng ở bơm thể tích Về lý thuyết, lưu lượng cung cấp bởi bơm được tính theo Qt = Dpnp. Giá trị này thể hiện giá trị trung bình của lưu lượng bơm. Thực tế, lưu lượng bơm không phải là hằng số. Từng buồng làm việc của bơm cung cấp lưu lượng đúng bằng phần giảm thể tích của nó. Lưu lượng tinh của bơm tại thời điểm xác định là tổng lưu lượng được cung cấp bởi các buồng được nối với đường hút tại thời điểm đó. Lưu lượng cung cấp bởi các buồng làm việc của bơm bắt đầu từ giá trị zero tại điểm bắt đầu của hành trình đẩy. Nó tăng dần cho đến khi đạt giá trị cực đại tại điểm giữa của hành trình. Sau đó, nó giảm dần cho đến giá trị 0 tại điểm kết thúc của hành trình đẩy dầu. Do vậy, lưu lượng tinh của bơm có dạng xung, như được minh họa theo hình dưới đây. CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Đường hút Đường đẩy Buồng hút tăng thể tích khi các răng nhả khớp Buồng đẩy giảm thể tích khi các răng vào khớp 1. Thân bơm, 2. Mặt trước, 3. Trục bơm, 4. Ổ đỡ, mặt bên, 5. Bạc đạn, 6. Đĩa, 7. Ngõ vào, 8. Ngõ ra, 9. Bánh răng chủ động, 10. Bánh răng bị động. Hình 2.9 Bơm bánh răng Thể tích riêng của bơm bánh răng ăn khớp ngoài có thể tính theo công thức sau: )sin(2 22 zbmVg Trong đó, b = chiều dài răng, m. m = mô-đun răng, m. z = số răng của mỗi bánh răng. γ = góc nghiên của răng, rad. CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Rò rỉ bên trong bơm bánh răng ăn khớp ngoài Rò rỉ bên trong bơm bánh răng được diễn ra theo hai hướng chính: •Qua đỉnh răng •Giữa hai mặt bên của bánh răng và mặt của thân bơm Rò rỉ qua đỉnh răng chịu sự ảnh hưởng của khe hở giữa đỉnh răng và thân bơm, số răng, và áp suất tại ngõ ra của bơm. CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài - Rò rỉ qua mặt bên của bánh răng phụ thuộc vào khe hở giữa hai mặt bên của bánh răng và các mặt bên (4). - Bơm làm việc ở áp suất thấp thì lượng dầu rò rỉ qua đường này là rất nhỏ và như thế các mặt bên (4) này được cố định. Khi đó, độ mòn của các mặt bên (4) sẽ ảnh hưởng đến lượng dầu rò rỉ. - Nếu bơm làm việc ở áp suất cao thì lượng dầu rò rỉ qua đường này là đáng kể. Khi đó, bơm phải được thiết kế để có sự cân bằng thủy lực cho khe hở này. Các mặt bên (4) sẽ ép sát vào các bánh răng bằng lực thủy lực tỉ lệ thuận với áp suất. Áp suất tại ngõ ra của bơm được kết nối để tác động lên các đĩa (6). Diện tích của các đĩa này phải được tính toán hợp lý để lực tác động lên các bánh răng là vừa đủ lớn để tránh làm gia tăng lực ma sát. Bằng cách này, khe hở giữa các bánh răng và mặt bên được điều chỉnh theo áp suất ngõ ra của bơm. Trong trường hợp này, độ mòn của các mặt bên (4) không ảnh hưởng lớn đến lượng dầu rò rỉ bởi vì nó luôn được ép sát vào các bánh răng dưới tác động của áp suất. CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Sự dao động của lưu lượng trong bớm bánh răng Lưu lượng tại ngõ ra của bơm bị dao động do sự thay đổi thể tích của các buồng làm việc. Tần số dao động lưu lượng của bơm bánh răng có thể tính théo công thức sau: f = 2zn Trong đó, f = tần số dao động của lưu lượng, Hz. n = vận tốc bơm, rev/s. z = số răng của mỗi bánh răng Đối với bơm bánh răng, hệ số dao động được tính theo công thức sau: %100 )1(4 cos22 z CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Giới hạn vận tốc quay của bơm bánh răng Đối với bơm bánh răng, dầu di chuyển theo đường chu vi của các bánh răng. Khi vào bơm, dầu bắt đầu quay cùng với bánh răng và vì vậy nó bị tác động bởi lực ly tâm. Lực ly tâm này có xu hướng đẩy dầu ra xa theo phương hướng kính, và ra ngoài buồng làm việc của bơm. Do vậy, vận tốc quay lớn nhất của bơm bánh răng bị giới hạn và áp suất tại cửa vào của bơm và không quá lớn để tránh hiện tượng nêu trên. CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Xét áp suất và lực ly tâm tác động lên một phần tử chất lỏng như hình trên, ta có: rFPbrdbrddPP )( dPbrdFr CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Lực ly tâm Fr được biết với 22 )( rbdrrdmrFr Vậy, drrdP 2 Lấy tích phân hai vế biểu thức trên ta có cP r rdrdP 0 0 2 2 2 2 rPC CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Áp suất tại ngõ vào của bơm Pi phải lớn hơn áp suất sinh ra bởi lực ly tâm PC để chất lỏng không bị đẩy ra ngoài. Do vậy, vận tốc lớn nhất của bơm bánh răng được giới hạn bởi: n 2 Ci PP 2/ 1 max iP r n Trong đó, Pi = áp suất tại cửa vào, Pa. r = bán kính bánh răng, m. ρ = khối lượng riêng của dầu, kg/m3. CENNITEC Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Hiện nay bơm bánh răng được chế tạo có thể tích riêng dao động từ 0.2 đến 400 cm3 và vận tốc quay được thiết kế từ 500 đến 6000 rev/min, trong một vài trường hợp đặc biệt có thể cao hơn. Hiệu suất tổng của bơm bánh răng thay đổi tùy theo nhà sản xuất và giá thành, nhưng phần lớn bơm bánh răng có hiệu suất tổng là 90% và có thể làm việc ở áp suất 300 bar. CENNITEC Bơm cánh gạt Đường hút Đường đẩy Rotor Cánh gạt Trục bơm Hình 2.11 Bơm cánh gạt hành trình đơn Bơm cánh gạt hành trình đơn Thể tích riêng của bơm cánh gạt có thể tính theo )( minmax AAbzVg Trong đó, b = chiều cao của rotor, m. z = số buồng làm việc CENNITEC Bơm cánh gạt hành trình kép Đường hút Đường đẩy RotorCánh gạt Trục bơm Hình 2.12 Bơm cánh gạt hành trình kép Bơm này có ưu điểm là có được sự cân bằng tại trục của rotor do cùng một thời điểm có hai buồng chứa dầu có áp suất bằng nhau tác động cùng lúc lên rotor ở hai hướng đối diện nhau. Điều này làm cho bơm ít bị mòn và do vậy có tuổi thọ cao hơn so với bơm cánh gạt có hành trình đơn. Thể tích riêng của bơm cánh gạt trong trường hợp này là )(2 minmax AAbzVg CENNITEC Bơm cánh gạt có thể tích riêng thay đổi Nút điều chỉnh lưu lượngLò xo cân bằng Nút điều chỉnh lực lò xo Hình 2.13 Bơm cánh gạt thay đổi được thể tích riêng CENNITEC Bơm piston hướng trục 1. Trục bơm, 2. Đĩa nghiêng, 3. Chân trượt, 4. Đĩa, 5. Piston block, 6. Piston, 7. Đĩa các cửa bơm, 8. Ổ chặn, 9. Lò xo Hình 2.14 Bơm piston hướng trục Thể tích riêng của bơm piston hướng trục có thể tính theo: ... cần Năng lượng cung cấp Năng lượng dư L ư u l ư ợ n g , l/ m in N ăn g l ư ợ n g , k W a) b) Thời gian, s Thời gian, s Năng lượng thủy được cung cấp bởi bơm 22.9 l/min ớ áp suất 165 bar là: (22.9 x 165)/600 = 6.3 kW Năng lượng thủy được cung cấp bởi bơm 5.7 l/min ớ áp suất 165 bar là: (5.7 x 165)/600 = 1.6 kW Hình bên trình bày sơ đồ năng lượng cung cấp cho hệ thống và năng lượng tiêu thụ trong một chu trình làm việc. Tổng năng lượng cung cấp cho hệ thống là [(1.6+6.3) x 5]+ (1.6 x5) +(6.3 x 10) = 110.5 kJ Phần trước ta đã biết năng lượng sử dụng có ích là 32.12 kJ. Vậy hiệu suất của hệ thống này là (32.12 / 110.5) x 100 = 29.1% CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Trong hệ thống có sử dụng bình tích áp, lưu lượng cung cấp bởi bơm sẽ được lưu trữ trong bình tích áp với 1 áp suất nén nhất định tùy theo các thông số hiện có của hệ thống. Để tính kích thước của một bình tích áp, các thông số sau đây cần phải được xác định: a) Lưu lượng lớn nhất cần từ bình tích áp b) Áp suất làm việc lớn nhất c) Áp suất làm việc nhỏ nhất d) Áp suất cần nạp cho bình tích áp CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Để tính lưu lượng lớn nhất từ bình tích áp ta tìm lưu lượng trung bình cần trong một chu trình làm việc. Theo dữ liệu bài toán ta tính như sau: Thể tích dầu đến hệ thống = 25 l/min cho 5s + 20 l/min cho 10s =(25/60 x 5) + (20/60 x 10) =5.42 lít cho 1 chu trình Lưu lượng trung bình cho 1 chu trình được tính như sau Thể tích dầu trong 1 chu trình / Thời gian thực hiện = 5.42 / 0.5 = 10.84 l/min = 0.18 l/s Thể tích dầu vào/ra bình tích áp được tính bằng cách nhân lưu lượng trung bình với thời gian. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 25 0.417 l/s + 0.9 - + - 1.185 1.8 1.53 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp 0.6 1.0 1.4 1.8 0 5 10 15 20 25 30 0.2 -0.4 L ưu lư ợn g và o bì nh tí ch á p L ưu lượng ra khỏi bình tích áp -0.285 +0.9 +1.53 Thời gian, s Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in T h ể tí ch d ầu đ ư ợ c ch ứ a tr o n g b ìn h t íc h á p , l i) Từ giây 0 đến giây 5 Lưu lượng cung cấp bởi bơm = 0.18 l/s Hệ thống nhận = 0 Lưu lượng vào bình tích áp là 0.18 l/s. Thể tích dầu vào bình tích áp từ giấy 0 đến giây 5 là 0.18 x 5 = 0.9 lít. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 25 0.417 l/s + 0.9 - + - 1.185 1.8 1.53 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp 0.6 1.0 1.4 1.8 0 5 10 15 20 25 30 0.2 -0.4 L ưu lư ợn g và o bì nh tí ch á p L ưu lượng ra khỏi bình tích áp -0.285 +0.9 +1.53 Thời gian, s Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in T h ể tí ch d ầu đ ư ợ c ch ứ a tr o n g b ìn h t íc h á p , l (ii) Từ giây thứ 5 đến giây thứ 10 Bơm cung cấp = 0.18 l/min Hệ thống cần = 25 l/min = 0.417 l/s Lưu lượng cần phải bù từ bình tích áp = 0.417 – 0.18 = 0.237 l/min Như vậy thể tích dầu cần từ bình tích áp từ giây 5 đến giây 10 là 0.237 x 5 = 1.185 lít. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 25 0.417 l/s + 0.9 - + - 1.185 1.8 1.53 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp 0.6 1.0 1.4 1.8 0 5 10 15 20 25 30 0.2 -0.4 L ưu lư ợn g và o bì nh tí ch á p L ưu lượng ra khỏi bình tích áp -0.285 +0.9 +1.53 Thời gian, s Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in T h ể tí ch d ầu đ ư ợ c ch ứ a tr o n g b ìn h t íc h á p , l (iii) Tương tự, từ giây thứ 10 đến giây thứ 20 của chu trình Lưu lượng vào bình tích áp là 0.18 x 10 = 1.8 lít CENNITEC Các mạch điều khiển bơm 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 25 0.417 l/s + 0.9 - + - 1.185 1.8 1.53 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp 0.6 1.0 1.4 1.8 0 5 10 15 20 25 30 0.2 -0.4 L ưu lư ợn g và o bì nh tí ch á p L ưu lượng ra khỏi bình tích áp -0.285 +0.9 +1.53 Thời gian, s Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in T h ể tí ch d ầu đ ư ợ c ch ứ a tr o n g b ìn h t íc h á p , l (iv) Từ giây thứ 20 đến giây thứ 30 Bơm cung cấp = 0.18 l/min Hệ thống cần = 20 l/min = 0.333 l/s Lưu lượng cần phải bù từ bình tích áp = 0.333 – 0.18 = 0.153 l/min Như vậy thể tích dầu cần từ bình tích áp từ giây 20 đến giây 30 là 0.153 x 10 = 1.53 lít. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 25 0.417 l/s + 0.9 - + - 1.185 1.8 1.53 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp 0.6 1.0 1.4 1.8 0 5 10 15 20 25 30 0.2 -0.4 L ưu lư ợn g và o bì nh tí ch á p L ưu lượng ra khỏi bình tích áp -0.285 +0.9 +1.53 Thời gian, s Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in T h ể tí ch d ầu đ ư ợ c ch ứ a tr o n g b ìn h t íc h á p , l Thể tích dầu được lưu trữ lớn nhất trong bình tích áp là (1.53 + 0.285) = 1.815 l. Áp suất làm việc của hệ thống là 150 bar. Áp suất khí nén trong bình tích áp được chọn bằng 90% giá trị này, tức là 0.9 x 150 = 135 bar. Áp suất lớn nhất được chọn phải nằm trong vùng cho phép của bơm, đối với bơm bánh răng áp suất này khỏang chừng 250 bar. Như vậy ta có thể chọn áp suất lớn nhất để tính tóan là 207 bar. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Để tính được kích thước thực của bình tích áp, các trạng thái khác nhau của khí trong bình tích áp được xem xét. Chú ý rằng các giá trị áp suất và nhiệt độ trong các phép tính liên quan đến chất khí phải là các giá trị tuyệt đối. Áp suất khí ban đầu, P1 = 135 bar đồng hồ = 136 bar, áp suất tuyệt đối. Áp suất lớn nhất, P2 = 207 bar đồng hồ = 208 bar, áp suất tuyệt đối. Áp suất nhỏ nhất, P3 = 150 bar đồng hồ = 151 bar, áp suất tuyệt đối P1 V1 P2 V2 P3 V3 a) b) c) Khí Dầu CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Thể tích dầu (nhỏ nhất) cần cung cấp bởi bình tích áp như đã tính ở phần trên là: V3 – V2 = 1.815 l Giả sử quá trình chuyển đổi từ trạnh thái a) sang b) là quá trình đẳng nhiệt, khi đó P1V1 = P2V2 Hay (V1/V2) = (P2/P1) = 208/136= 1.529 CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Giả sử rằng quá trình chuyển trạng thái từ b) sang c) là quá trình đẳng entropi, khi đó P2V2 γ = P3V3 γ, γ = 1.4 (V3/V2) γ = P2/P3 = 208/151 (V3/V2) = (208/151) 1.4 = 1.257 Vậy V3 – V2 = 1.815 V1 = 1.529 V2 V3 = 1.257 V2 Từ các công thức trên ta tính được V1 = 10.8 l CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Như vậy, theo kết quả tính tóan ở trên thì bình tích áp phải có thể tích tối thiểu là 10.8 lít. Khí trong bình phải nén trước với áp suất 135 bar và áp suất lớn nhất là 207 bar. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Bơm cần phải cấp một lưu lượng là 10.84 l/min áp suất làm việc lớn nhất là 207 bar. Theo catalog của nhà sản xuất (xem bảng), ta có hai bơm gần với thông số yêu cầu. Bơm thứ nhất là OPL 025 có lưu lượng tại vận tốc quay 1500 rev/min là 11.73 l/min, áp suất làm việc lớn nhất là 225 bar. Bơm thứ hai là 1PL 028 có lưu lượng tại vận tốc quay 1500 rev/min là 13.72 l/min, áp suất làm việc lớn nhất là 250 bar. Vì hệ thống làm việc ở áp suất tương đối cao nên bơm thứ hai được lựa chọn để tăng độ an tòan cho hệ thống. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Bơm được chọn là OPL 028: Lưu lượng là 13.17 l/min tại vận tốc quay 1440 rev/min, nghĩa là 0.219 l/s. Sau khi đã chọn bơm, ta tính lại để chọn bình tích áp như sau CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Để tránh hiện tượng dư dầu trong bình tích áp (vì điều này làm giảm tuổi thọ của túi khí) thì cần phải lắp thêm vào hệ thống 1 van xả tải (unloading valve). Thời gian để xả tải là 1.155 / 0.219 (lưu lượng bơm) = 5.27 s 0 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 1.095 + - 0.99 + 2.19 - 1.14 25 0.417 l/s 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.219 l/s + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng ra bình tích áp Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in 0 0.4 0.8 1.0 1.4 -0.2 5 10 15 20 25 30 Thời gian, s T h ể tí ch d ầu c h ứ a tr o n g b ìn h , l Thời gian bơm xả tải xấp xỉ 5.27 s CENNITEC Các mạch điều khiển bơm 0 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 1.095 + - 0.99 + 2.19 - 1.14 25 0.417 l/s 20 0.333 l/s Lưu lượng bơm = 0.219 l/s + Lưu lượng vào bình tích áp - Lưu lượng ra bình tích áp Thời gian, s L ư u l ư ợ n g , l/ m in 0 0.4 0.8 1.0 1.4 -0.2 5 10 15 20 25 30 Thời gian, s T h ể tí ch d ầu c h ứ a tr o n g b ìn h , l Thời gian bơm xả tải xấp xỉ 5.27 s Như vậy, V3 – V2 = 1.14 lít Giả sử áp suất là bằng nhau như trong phần tính tóan ở trên, vậy thì V1 = 1.529 V2 V3 = 1.257 V2 Từ đây ta tính được V1 = 6.78 lít. Như vậy bình tích áp có thể tích là 10 lít là đủ để dùng cho trường hợp này với bơm IPL 028 có lưu lượng là 13.17 l/min. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Sơ đồ thủy lực của hệ thống được trình bày ở hình vẽ. Giá trị được cài đạt cho công tắc áp suất là 207 bar. M 207 bar V 230 barĐến hệ thống 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 6.25 kW 3.3 kW 4.54 kW Năng lượng cần Năng lượng cung cấp Năng lượng bơm (bỏ qua giai đọan xả tải) Thời gian, s N ăn g l ư ợ n g , k W a) b) Hệ thống sử dụng van giới hạn áp suất tác động gián tiếp được điều khiển nhờ một van điện từ. Điều này cho phép bơm khởi động không tải ở giai đọan ban đầu. Thời gian bơm xả tải trong một chu trình làm việc được tính bằng: 1.155/0.219 = 5.27 s. Năng lượng thủy lực cung cấp bởi bơm là: (13.17 l/min x 207 bar) / 600 = 4.54 kW Vì bơm xả tải trong 5s, do vậy hiệu suất của hệ thống được tính là: %3.28100 )54.4)(530( )5.0)(3.3)(10()5.0)(25.6)(5( CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Hệ điều khiển dùng một bơm thể tích riêng thay đổi M 150 bar 180 bar Hệ thốngÁp suất làm việc của hệ thống là 150 bar do vậy các bơm cánh gạt không sử dụng được (Vì các bơm cánh gạt chỉ làm việc ở áp suất từ 70 cho đến 100 bar). Trong trường hợp này bơm piston được lựa chọn. Áp suất làm việc của các bơm piston có thể lên đến 350 bar. Bơm được chọn phải có lưu lượng tối thiểu là 25 l/min ở áp suất làm việc 150 bar. Từ catalog của nhà sản xuất (bảng 2.3) bơm PVB10 có lưu lượng lý thuyết là 21.1 l/min tại vận tốc 1000 rev/min với áp suất làm việc tối đa là 210 bar. Như vậy tại vận tốc quay 1440 rev/min bơm có lưu lượng là 30.4 l/min. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Ta có thể chỉnh thể tích riêng của bơm để có lưu lượng lớn nhất là 25 l/min. Ở hành trình từ giây thứ 20 đến giây thứ 30, lưu lựơng mà hệ thống cần là 20 l/min, nhỏ hơn lưu lượng lớn nhất của bơm. Như vậy, cần thiết phải lắp vào hệ thống van điều chỉnh lưu lượng để nhận được giá trị này. CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Áp suất cân bằng của bơm được chỉnh ở giá trị đúng bằng áp suất làm việc lớn nhất là 150 bar. Trong hệ thống vẫn phải có 1 van an tòan để để phòng sự cố, van này được điều chỉnh cao hơn áp suất cân bằng của bơm, là 180 bar. M 150 bar 180 bar Hệ thống CENNITEC Các mạch điều khiển bơm Năng lượng thủy lực cung cấp là: Từ giây 5 đến giấy 10 : (25 x 150) / 600 = 6.25 kW Từ giây 20 đến 30: (20 x 150)/600 = 5 kW Hiệu suất của hệ thống là: %5.39100 25.81 125.32 105525.6/ 2 103.3 2 525.6 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 6 N ăn g l ư ợ n g , k W Thời gian, s 6.25 kW 5 kW 3.3 kW Năng lượng cần Năng lượng cung cấp Năng lượng dư CENNITEC Thi giữa kỳ Thời điểm: tuần thứ 7-8 Thời gian thi: 45-60 phút Hình thức: không được sử dụng tài liệu Nội dung: Nhận biết ký hiệu các thành phần thủy lực Tính toán công suất, lưu lượng, vận tốc, lực, mô-men, hiệu suất thể tích, hiệu suất cơ khí CENNITEC Bài tập 2.1 Một bơm có thể tích riêng Dp = 1.7 cm3 được kéo ở vận tốc 1500 vòng/phút. Nếu bơm có hiệu suất thể tích là 87 % và hiệu suất tổng là 76 %, tính: a) Lưu lượng bơm cung cấp (l/min) b) Công suất cần để kéo bơm khi nó làm việc ở áp suất 150 bar. CENNITEC Bài tập 2.2 Một bơm bánh răng cung cấp lưu lượng 15 l/min ở áp suất vận hành là 200 bar. Bơm được kéo ở vận tốc 1430 vòng/min. Nếu công suất cung cấp là 6.8 kW và hiệu suất cơ khí của bơm là 87 %. Tính thể tích riêng của bơm (cm3). CENNITEC Bài tập 2.3 Hệ thống thủy lực cần lưu lượng là 32 l/min ở áp suất 260 bar. Bơm được dung là loại bơm có thể tích riêng thay đổi được và được hiệu chỉnh bằng tay. Thể tích riêng cực đại của bơm là 28 cm3. Bơm được kéo ở vận tốc quay là 1430 vòng/phút. Hiệu suất tổng của bơm là 0.85, hiệu suất thể tích là 0.90. Tính: a) Thể tích riêng của bơm được hiệu chỉnh ở mức bao nhiêu % so với giá trị cực đại. b) Công suất cần để kéo bơm. CENNITEC Bài tập 2.4 Một hệ thống thủy lực dùng 25 lít dầu trong 1 phút được cung cấp bơm có thể tích riêng là 12.5 cm3, vận tốc quay của bơm là 2880 vòng/phút. Bơm có hiệu suất thể tích là 0.85 và hiệu suất tổng là 0.75. Nếu van giới hạn áp suất của hệ thống được cài ở giá trị 180 bar, tính: a) Lưu lượng cung cấp bởi bơm b) Công suất cần thiết để kéo bơm c) Mô-men kéo tại trục bơm d) Năng lượng dư do dầu xả qua van giới hạn áp suất. CENNITEC Bài tập 2.8 Hệ thống thủy lực nâng hạ tải được trình bày như hình dưới đây. Vận tốc xy lanh khi hạ tải được kiểm soát bởi van điều chỉnh lưu lượng 1 hướng. a) Gọi tên các thành phần thủy lực được đánh số trong hình vẽ b) Vẽ trạng thái hệ thống đang trong lúc hạ tải, khi đó tính áp suất trong buồng chứa ti của xy lanh, Pc, lưu lượng vào xy lanh, Qin, lưu lượng ra của xy lanh, Qout, lưu lượng bơm cung cấp, Qp, công suất đầu ra của bơm, Nh, công suất để kéo bơm, Nin. CENNITEC Bài tập c) Tính tiết diện của van điều chỉnh lưu lượng. Lưu lượng qua van điều chỉnh lưu lượng được xác định theo Q = Lưu lượng qua van điều chỉnh lưu lượng, m3/s. At = Tiết diện van, m 2 Cd = Hệ số, Cd = 0.611 ΔP = Độ chênh áp suất trên van, Pa ρ = Khối lượng riêng của lưu chất, ρ = 870 kg/m3 d) Năng lượng mất qua van điều chỉnh lưu lượng và qua van giới hạn áp suất. /2 PACQ td CENNITEC Bài tập M 1 23 6 4 5 7 8 9 12 1110 P Qp W Qin Pc Qout v CENNITEC Bài tập Cho biết, Áp suất tại ngõ ra bơm = 30 bar Vận tốc xy lanh khi hạ tải = 0.07 m/s Diện tích piston Ap = 78.5 cm 2 Diện tích ti Ar = 40 cm 2 Giá trị cài đặt van giới hạn áp suất = 35 bar Tải W = 30 kN Hiệu suất thể tích = 0.90 Hiệu suất tổng = 0.81 Thể tích riêng Dp = 30 cm 3/vòng Số vòng quay np = 1400 vòng/min CENNITEC
File đính kèm:
- bai_giang_truyen_dong_thuy_luc_va_khi_nen_chuong_2_bom_le_th.pdf