Giáo trình Thủy lực khí nén (Phần 2)
1.1.2 Yêu cầu
a. Ưu điểm của truyền động bằng thuỷ lựcGiáo trình thủy lực khí nén
- 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, nhiềumạch.
- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần
tử tiêu chuẩn hoá.
b. Nhược điểm của truyền động bằng thuỷ lực
- 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.
c. Những yêu cầu chung với hệ thống truyền động thuỷ lực
Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ
nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý,
tính chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt,
nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đông đặc. Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu
cầu sau:
- Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và ápsuất;
- Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ;
- Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng
xâm nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra;
- Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các
chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít
nhất;
- Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và
không khí, dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng
riêng nhỏ.
Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn được đầy đủ nhất
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Thủy lực khí nén (Phần 2)
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 45 CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNGSỐ CỦA THỦY LỰC 1.1 Khái niệm, yêu cầu 1.1.1 Khái niệm a. Hệ thống điều khiển Hình 3.1. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực Hệ thống điều khiển bằng thủy lực được mô tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm các cụm và phần tử chính, có chức năng sau: - Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc (...) - Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn (...) - Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa (...) - Phần tử điều khiển: van đảo chiều (...) - Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu. b. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều bằng thủy lực Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực 1.1.2 Yêu cầu a. Ưu điểm của truyền động bằng thuỷ lực Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 46 - 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, nhiềumạch. - Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá. b. Nhược điểm của truyền động bằng thuỷ lực - 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. c. Những yêu cầu chung với hệ thống truyền động thuỷ lực Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đông đặc. Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và ápsuất; - Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ; - Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra; - Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất; - Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và không khí, dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ. Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn được đầy đủ nhất 1.2. Các thông số của chất lỏng 1.2.1 Lực Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 47 - 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 1.1.3.2 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). 1 Pascal = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2 Đơn vị này khá nhỏ, nên người ta thường dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 và so với đơn vị áp suất cuc là kg/cm2 thì nó có mối quan hệ như sau: 1kg/cm2 0,1 N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2 (Trị số chính xác 1kg/cm2 = 9,8N/cm2, nhưng để dễ tính toán, ta lấy1kg/cm2 = 10N/cm2) - Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at 1.1.3.3 Thể tích và lưu lượng - Thể tích (V): m3 hoặc lít (l) - Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy. Đơn vị thường dùng là l/min. Q = v.A Trong đó: Q lưu lượng của dòng chảy A Tiết diện của dòng chảy v Vận tốc trung bình của dòng chảy 1.1.3.4 Vận tốc - Đơn vị của công là m/s (cm/s). 1.1.3.5 Công suất - 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 Công suất được tính theo công thức ܪ = ܳ ቀ ቁ ∗ ܲ(ܾܽݎ)600 (ܭܹ) 1.1.3.6 Độ nhớt - Độ nhớt động của một chất là có độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng riêng 1 kg/cm3. ݒ = ߟ ߩ Trong đó: : độ nhớt động lực [Pa.s] : khối lượng riêng [kg/m3] v: độ nhớt động [m2/s] Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 48 - Ngoài ra ta còn sử dụng đơn vị độ nhớt động là Stokes (St) hoặc là centiStokes (cSt). 2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG THỦY LỰC 2.1 Truyền động thuỷ tĩnh 2.1.1 Khái quát về truyền động thuỷ tĩnh 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. 2.1.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ tĩnh a. 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: p gh 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: = ܨ ܣ 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, Hình 3.3. Phân bố áp suất trong thùng chứa chất lỏng lý tưởng Hình 3.4. Lực tác động lên pít tông của một xy lanh thuỷ lực Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 49 bơm cánh quay, b. Chuyển ñổi năng lượng nhờpít tông và xy lanh Áp suất làm việc tạo ra trong thiết bịnâng trên hình 1.11 sẽlà Hình Sơ đồ thiết bị nâng thuỷ lực = ܨଵ ܣଵ = ܨଶ ܣଶ Nếu bỏqua hao tổn lọt dòng, chuyển động cuốn theo pít tông thì sẽlàm dịch chuyển các thểtích nhưnhau: V1 = V2 = A1.s1 =A2.s2 Từ đó có: ࢙ ࢙ = , ࡲ = ࡲ Và భ మ = మ భ Công dịch chuyển của chất lỏng khi đó sẽlà W = F1.s1 =F2.s2 Và công suất P = F.V Do F = A.p vàܸ = ொ Nên P = p.Q Trong đó Q là lưu lượngdòng chất lỏng c. Chuyển đổi năng lượng trong thiết bịthuỷlực chuyển động quay Trên hình 1.12 trình bày sơ đồmột bơm thuỷlực cánh quay. Trong một vòng quay, cánh quay có diện tích A chuyển động được quãng đường 2πr và cuốn theo một thểtích chất lỏng: V = 2πrA Hình Bơm thủy lực cánh quay Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 50 Thểtích choán chỗnày của bơm và động cơthuỷlực còn được gọi là thểtích làm việc. Lưu lượng tính theo tần sốquay sẽlà: Q = Vn Nếu giảthiết rằng, bơm (1) và động cơ(2) của một truyển động thuỷlực hoạt động không có hao tổn thì lưu lượng bơm Q1sẽbằng lưu lượng tiếp nhận của động cơQ2 Q1 =Q2 = V1n1 = V2n2 Có nghĩa là భ మ = మ భ Mô men quay sinh ra trong các máy thuỷlực chuyển động quay (hình 1.12) sẽlà: M= prA. Trong đó p là áp suất tạo ra trong bơm theo yêu cầu của tải trọng. Với A= ଶగ → ܯ = . ଶగ ℎặܿ ܯ = ொ ଶగ Từ đó, công suất sản ra hoặc công suất tiếp nhận của một máy thuỷlực chuyển động quay sẽlà: P = M = M2 n P = pQ Ởđây n được tính là sốvòng quay trong 1 giây và tương ứng Q là lượng chất lỏng trong 1 giây. 2.2 Truyền động thuỷ động 2.2.1 Khái quát về truyền động thuỷ động Cở sởlý thuyết của cơ học chất lỏng cũng như thuỷ động lực học được xuất phát từ chất lỏng lý tưởng. Trong đó các nhà khoa học đã xây dựng được các công thức tính toán quan trọng. Cơ sở để tính toán các thiết bị thuỷ lực là các phương trình liên tục, phương trình Bernoulli cho chất lỏng thuỷ lực. Các phương pháp tính toán sức cản dòng chảy, có nghĩa là các phương pháp tính toán hao tổn áp suất trong các ống dẫn có ý nghĩa quan trọng trong thực tế. 2.2.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ động a. Phương trình liên tục Dòng chảy dừng của chất lỏng lý tưởng thỏa mãn định luật bảo toàn khối lượng: Lưu khối ݉ଵ̇ chảy quả mặt cắt A1 luôn bằng lưu khối݉ଶ̇ chảy quả mặt cắt A2. Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi định luật này đúng cho cả trường hợp chảy không dừng. Khối lượng chất lỏng (lưu khối) chảy qua một mặt cắt đường ống trong một đơn vịthời gian được xác định theo: ݉ଵ̇ = ߩܣݒ Tương ứng hình 3.12 thỏa mãn: 1A1v1 = 2A2v2 Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 51 Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi A1v1 = A2v2 b. Phương trình Bernoulli Phương trình Bernoulli xuất phát từgiảthiết rằng năng lượng của một chất lỏng chảy dừng không ma sát trên mọi điểm của mặt cắt ngang tại mọi thời điểm là không đổi. Phương trình này thoảmãn trong trường hợp riêng của dòng chảy một chiều, và cũng biểu diễn trường hợp đặc biệt của hệphương trình vi phân Navier-Stocke xây dựng cho trường hợp tổng quát cho dòng chảy 3 chiều. Mặc dù vậy cũng có thể ứng dụng đủchính xác làm cơsởtính toán trong lĩnh vực thuỷlực dầu. Năng lượng tại một điểm xác định trên đường dòng của một dòng chảy chất lỏng lý tưởng bao gồm đñộng năng dòng chảy, áp năng của chất lỏng và thếnăng. Hình 1.14 trình bày sơ đồdòng chảy qua hai mặt cắt khác nhau. Phương trình Bernoulli viết cho trường hợp này nhưsau: ଵ + ߩଵ.݃. ℎଵ + ఘభ௩భమଶ = ଶ + ߩଶ.݃. ℎଶ + ఘమ௩మమଶ Đối với chất lỏng không chịu nén: ଵ + ߩ.݃. ℎଵ + ߩݒଵଶ2 = ଶ + ߩ.݃.ℎଶ + ߩݒଶଶ2 Hoặc tổng quát: + ߩ.݃.ℎଵ + ఘ௩మଶ = ܿ݊ݏݐ Thếnăng vịtrí của chất lỏng hầu nhưtrong tất cảcác trường hợp ứng dụng của kỹthuật thuỷlực thường được bỏqua do có giá trịquá nhỏso với động năng và áp năng. Nhưvậy phương trình Bernoulli trong kỹthuật thuỷlực có thểviết: + ఘ௩మ ଶ = ܿ݊ݏݐ 3 NHẬN DẠNG CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC 3.1 Cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu 3.1.1 Bơm dầu và động cơ dầu a. Tác dụng: Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị tạo ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy thế, kết cấu và phương pháp tính toán của bơm và động cơ dầu cùng loại giống nhau. - Bơm thủy lực: là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén. Tuỳ thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể phân ra hai loại bơm thể tích: Hình 1.14 Dòng chảy qua hai mặt khác nhau Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 52 + Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định. + Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất. - Động cơ thủy lực: là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay. Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường ra. b. Phân loại bơm - Bơm với lưu lượng cố định + Bơm bánh răng ăn khớp ngoài + Bơm bánh răng ăn khớp trong; + Bơm pittông hướng trục; + Bơm trục vít; + Bơm pittông dãy; + Bơm cánh gạt kép; + Bơm rôto. - Bơm với lưu lượng thay đổi + Bơm pittông hướng tâm; + Bơm pittông hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng); + Bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu); + Bơm cánh gạt đơn. c. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động * Bơm bánh răng - Phân loại Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp,... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể từ 10 - 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo). Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chử V. Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 53 Hình 3.12 Bơm bánh răng a. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; b. Bơm bánh răng ăn khớp trong;c. Ký hiệu - Nguyên lý làm việc: Hình 3.13 Nguyên lý làm việc bơm bánh răng Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm. - Lưu lượng bơm bánh răng Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích thước như nhau. (Lưu lượng của bơm phụ thuộc vào kết cấu) Nếu ta đặt: m- Modul của bánh răng [cm]; d- Đường kính chia bánh răng [cm]; b- Bề rộng bánh răng [cm]; n- Số vòng quay trong một phút [vòng/phút]; Z - Số răng (hai bánh răng có số răng bằng nhau). Thì lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay một vòng: Qv = 2 .d.m.b [cm3/vòng] hoặc [l/ph] Trong đó: Qv là lưu lượng của bơm khi bánh răng quay một vòng Nếu gọi Z là s ... : Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 63 3.2.4 Van đảo chiều a. Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành. b. Các khái niệm + Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường 2, 3 và 4, 5. Trong những trường hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn. + Số vị trí: là số định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có 2 hoặc 3 vị trí. Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. c. Nguyên lý làm việc Ký hiệu: P- cửa nối bơm; T- cửa nối ống xả về thùng dầu; A, B- cửa nối với cơ cấu điều khiển hay cơ cấu chấp hành; L- cửa nối ống dầu thừa về thùng. - Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2) Hình 3.22. Van đảo chiều 2/2 - Van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí (3/2) Hình 3.23. Van đảo chiều 3/2 - Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2) Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 64 Hình Van đảo chiều 4/2 d. Các loại tín hiệu tác động Loại tín hiệu tác động lên van đảo chiều được biểu diễn hai phía, bên trái và bên phải của ký hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau có thể tác động làm van đảo chiều thay đổi vị trí làm việc của nòng van đảo chiều. - Loại tín hiệu tác động bằng tay - Loại tín hiệu tác động bằng cơ Hình 3.26. Các tín hiệu tác động bằng cơ e. Van chặn Van chặn gồm các loại van sau: - Van một chiều. - Van một chiều điều điều khiển được hướng chặn. - Van tác động khoá lẫn. * Van một chiều Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 65 Van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một hướng, và ở hướng kia dầu bị ngăn lại. Trong hệ thống thủy lực, thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau. Ký hiệu Van một chiều gồm có: van bi, van kiểu con trượt.Ứng dụng của van một chiều: + Đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu chảy về bể). + Đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm). + Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống Hình 3.27. Van bi một chiều * Van một chiều điều khiển được hướng chặn - Nguyên lý hoạt động Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu điều khiển bên ngoài tác động vào cửa X. Hình 3.28. Van bi một chiều điều khiển được hướng chặn a- chiều A qua B như van một chiều; b- chiều B qua A có dòng chảy, khi có tín hiệu X; c. ký hiệu * Van tác động khoá lẫn - Nguyên lý hoạt động Kết cấu của van tác động khoá lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều khiển được hướng chặn. Khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 theo nguyên lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1 hoặc khi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải có tín hiệu điều khiển A2 Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 66 Hình 3.29. Van tác động khóa lẫn a- Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 ( như van một chiều); b- Từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1; c- Ký hiệu CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày khái niệm, yêu cầu và các thông số thủy lực? Câu 2. Trình bày các quy luật truyền dẫn bằng thủy lực. Câu 3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phần tử hệ thống điều khiển thủy lực? Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 67 CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 1.1 Nhiệm vụ Biến đổi năng lượng của dầu thủy lực ở dạng thế năng (áp suất P và lưu lượng Q) thành cơ năng ở dạng mô men quay hay chuyển động tịnh tiến. 1.2 Yêu cầu Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đều có những yêu cầu kỹ thuật nhất định. - Các thông số kỹ thuật cơ bản trong hệ thống đều phải được thõa mãn yêu cầu làm việc như: + Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v, v'), hành trình x,...; + Chuyển động quay: momen xoắn MX, vận tốc (n,); - Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và điều chỉnh, cũng như các phần lớn các thiết bị phụ khác trong hệ thống thủy lực đều được tiêu chuẩn hóa. - Đảm bảo độ bền, độ tin cậy, giá thành thấp. 1.3 Phân loại - Mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến - Mạch thủy lực chuyển động quay 2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thủy lực chuyển động quay 2.1.1 Sơ đồ hệ thống Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay cũng được phân tích như hệ thống thủy lực chuyển động thẳng. Mômen xoắn tác động lên trục động cơ dầu bao gồm: + Mômen do quán tính Ma = J. [Nm] (J - mômen quán tính khối lượng trên phụ tải [Nms2]; + - gia tốc góc của trục quay phụ tải [rad/s2].) + Mômen do ma sát của các phần tử chuyển động của phụ tải MD [Nm]. + Mômen do tải trọng ngoài ML [Nm]. + Mômen xoắn tổng cộng Mx sẽ là: Mx = Ma+ MD + ML [Nm] Hình 4.1. Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực chuyển động quay Q1,Q2 - Lưu lượng đầu vào và đầu ra của động cơ thủy lực 2.1.2 Nguyên lý hoạt động Khi van đảo chiều ở trạng thái a, dầu từ bơm vào cữa bên trái của động cơ thủy lực đồng thời cữa bên phải Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 68 thông với đường tháo. Do đó động cơ sẽ tạo ra mô men quay. Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đóng kín cả hai đường dầu đến hai cữa, động cơ thủy lực sẽ đứng yên ở vị trí trung gian. Lúc này dầu từ bơm sẽ đi qua van tràn về lại thùng chứa. Khi van đảo chiều ở trạng thái c, dầu từ bơm vào cữa bên phải của động cơ thủy lực đồng thời cữa bên trái thông với đường tháo. Do đó động cơ sẽ tạo ra mô men quay theo chiều ngược lại. 2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thuỷ lực chuyển động tịnh tiến 2.2.1 Sơ đồ hệ thống Trong đó: P - Áp suất của dầu thủy lực Q- lưu lượng của dầu thủy lực đi qua ống Ft- ngoại lực tác động lên cần đẩy X - hành trình dịch chuyển của piston D,d - đường kính của piston và cần đẩy Hình 4.2. Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 2.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi van đảo chiều ở trạng thái a, dầu từ bơm vào khoang trái của xy lanh lực đồng thời khoang phải của xy lanh thông với đường tháo. Do đó piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ trái qua phải. Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đóng kín cả hai đường dầu đến hai khoang của xy lanh lực nên piston-cần đẩy đứng yên ở vị trí trung gian. Lúc này dầu từ bơm sẽ đi qua van tràn về lại thùng chứa. Khi van đảo chiều ở trạng thái c, dầu từ bơm vào khoang phải của xy lanh lực đồng thời khoang trái của xy lanh thông với đường tháo. Do đó piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ phải qua trái 2.3 Sơ đồ cấu tạo một số mạch điều khiển thông dụng 2.3.1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay Hình 4.3. Máy dập điều khiển bằng tay 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3 - áp kế; 1.1- Van một chiều; 1.2- Van đảo chiều 3/2, điều khiển bằng tay gạt;1.0- Xy lanh. Khi có tín hiệu tác động bằng tay, xy lanh A mang đầu dập đi xuống. Khi thả tay ra, xilanh lùi về. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 69 2.3.2 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công Khi tác động bằng tay, pittông mang hàm kẹp di động đi ra, kẹp chặt chi tiết. Khi gia công xong, gạt bằng tay cần điều khiển van đảo chiều, pittông lùi về, hàm kẹp mở ra. Để cho xilanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vậntốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. Trên sơ đồ, van tiết lưu một chiều đặt ở trên đường ra và van tiết lưu đặt ở đường vào Hình 4.4. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 1. Xy lanh; 2. Chi tiết; 3. Hàm kẹp Khi tác động bằng tay, piston mang hàm kẹp di động đi ra, kẹp chặt chi tiết. Khi gia công xong, gạt bằng tay cần điều khiển van đảo chiều, piston lùi về, hàm kẹp mở ra. Để cho xy lanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. Trên sơ đồ, van tiết lưu một chiều đặt ở trên đường ra và van tiết lưu đặt ở đường vào (hãy so sánh hai cách này). Hình 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1 - Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3- Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển bằng tay gạt;1.2- Van tiết lưu một chiều; 1.0- Xy lanh. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 70 2.3.3 Máy khoan bàn Hình 4.6 Máy khoan bàn Hệ thống thủy lực điều khiển hai xy lanh. Xy lanh A mang đầu khoan đi xuống với vận tốc đều được điều chỉnh trong quá trình khoan, xilanh B làm nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết trong quá trình khoan. Khi khoan xong, xy lanh A mang đầu khoan lùi về, sau đó xy lanh B lùi về mở hàm kẹp, chi tiết được tháo ra Hình 4.7. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn;1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển bằng tay gạt;1.2- Van giảm áp; 1.0- Xy lanh A; 1.3- Van một chiều;2.1- Van đảo chiều 4/3, điều khiển bằng tay gạt; 2.2- Bộ ổn tốc; 2.3- Van một chiều; 2.4- Van cản; 2.5- Van một chiều;2.6- Van tiết lưu; 2.0- Xy lanh B. 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THỦY LỰC 3.1 Máy thủy lực cánh dẫn 3.1.1 Phân loại - Dựa vào cột áp thì ta có: bơm cột áp thấp (<20 mH20), bơm trung áp (20- 60 mH20), bơm cao áp (>60mH20). - Phân loại theo số bánh công tác lắp nối tiếp trong bơm: Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 71 + Bơm 1 cấp: cột áp bị hạn chế bởi số vòng quay và sức bền của cánh dẫn. (cột áp thường <100 mH20) + Bơm nhiều cấp (Multistage pump): để nâng cao cột áp của bơm, thương 2-8 cấp, đặc biệt lên tới 12 cấp (trong khai thác dầu khí có thể tới hàng trăm cấp) Thực chất của bơm nhiều cấp chính là ghép các bơm 1 cấp nối tiếp nhau. Cột áp của bơm nhiều cấp bằng tổng cột áp các BCT có trong bơm, lưu lượng của bơm là lưu lượng của 1 bct Trong bơm nhiều cấp có: loại có bánh công tác nằm cùng phía, loại có bánh công tác nằm đối xứng Bơm nhiều cấp được sử dụng ở những nơi có yêu cầu cột áp cao: - Trong sinh hoạt: phục vụ ở các chung cư cao tầng ... - Trong công nghiệp: phục vụ ở các dàn khoan dầu khí, trong khai thác khoáng sản ... 3.1.2 Cấu tạo b. Bơm 1 miệng hút BCT bố trí ở 1 đầu của trục, hút chất lỏng từ một phía (bơm côngxôn ..) Bơm công xôn được dùng rộng rãi trong đời sống... Hình 4.8: Bơm một miệng hút b. Bơm 2 miệng hút Để mở rộng lưu lượng của bơm. Loại này đc xem như 2 BCT của bơm 1 miệng hút có cùng kích thước ghép lại với nhau nên lưu lượng bơm sẽ tăng gấp đôi trong khi cột áp vẫn giữ nguyên. Ngoài ra, với cách hút chất lỏng từ 2 phía đối xứng nên không gây ra lực hướng trục trong bơm, bơm có điều kiện bố trí giữa 2 gối đỡ trục, làm tăng độ cứng vững cho bơm. Hình 4.9: Bơm hai miệng hút Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 72 3.1.3 Nguyên lý hoạt động Sau đây là hoạt động của bơm ly tâm một loại bơm được dùng phổ biến hiện nay: Hình 4.10: Cấu tạo bơm ly tâm Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho cánh công tác tiếp xúc với chất lỏng. Khi bánh cánh công tác quay với một vận tốc nào đó thì chất lỏng tiếp xúc với bánh cánh cũng quay theo, như vậy bánh cánh đã truyền năng lượng cho chất lỏng. Do chuyển động quay của bánh cánh mà các hạt chất lỏng chuyển động có xu hướng văng ra xa khỏi tâm. Để bù vào chỗ trống mà hạt chất lỏng vừa văng ra thì hàng loạt các hạt chất lỏng khác chuyển động tới và quá trình trao đổi năng lượng lại diễn ra như các hạt trước nó. Quá trình trao đổi năng lượng diễn ra liên tục tạo thành đường dòng liên tục chuyển động qua bơm. Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh công tác lớn sẽ làm tăng tổn thất của đường dòng, bởi vậy cần phải giảm tốc độ này bằng cách biến một phần động năng của hạt chất lỏng chuyển động thành áp năng. Để giải quyết điều này, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh cánh công tác sẽ được dẫn vào buồng có tiết diện lớn dần dạng xoắn ốc nên gọi là buồng bơm. 3.2 Tuốc bin thủy lực Turbine thủy lực là loại động cơ chạy bằng sức nước, nó nhận năng lượng dòng nước để quay và kéo rô to máy phát điện quay theo để tạo ra dòng điện. Tổ hợp turbine thủy lực và máy phát điện gọi là "Tổ máy phát điện thủy lực". Ở phần này chúng ta chỉ nghiên cứu về turbine thủy lực, thiết bị điều tốc và giới thiệu một số hệ thống thiết bị thủy lực có liên quan Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 73 Hình 4.12. Tuốc bin thủy lực Trục Turbine có hai đầu, đầu dưới có bích nối với vành trên của bánh xe công tác còn đầu trên cũng có bích nối với Rotor của máy phát điện. Stator của máy phát điện được tì lên khối bê tông lớn của nhà máy. Toàn bộ phần quay của tổ máy phát điện thuỷ lực bao gồm bánh xe công tác, trục và Rotor của máy phát điện có một hệ thống ổ trục gồm: Ổ trụchướng và ổ trục chặn không cho chuyển vị theo phương thẳng đứng. Tải trọng đè lên ổ trục chặn (ở tổ máy trục đứng) gồm có trọng lượng phần quay của tổ máy và áp lực nước dọc trục tác dụng lên bánh xe công tác. Ổ trục chặnthường bố trí trên nắp Turbine còn ở các tổ máy nằm ngang tải trọng đó chỉ do áp lực nước. 3.2.1 Phân loại các loại Tuốc bin (Turbine) Ta xét phân loại Turbine theo dạng năng lượng của dòng chảy qua bánh xe công tác. Năng lượng dòng chảy truyền qua bánh xe công tác Turbine bằng độ chênh lêch giữa hai thiết diện ở trên thượng lưu và hạ lưu. Các turbin hiện đại được chia thành hai dạng chính: turbin đẩy (impulse) và Turbine phản kích (reaction) Trong Tuốc bin đẩy, chỉ có động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh xe công tác còn thế năng bằng không. Hệ turbine này chỉ phát ra công suất nhờ động năng của dòng chảy, còn áp suất cửa ra và cửa vào của turbine bằng áp suất khí trời. Turbine phản kích làm việc nhờ cả hai phần động năng và thế năng, mà chủ yếu là thế năng của dòng chảy. Trong turbine này áp suất tại cửa lớn và cửa ra, trong bánh xe công tác dòng chảy biến đổi cả về thế năng và động năng. Trong đó vận tốc dòng chảy chảy qua Turbine tăng dần còn áp suất thì giảm dần. Máng dẫn của cánh hình côn nên gây ra độ chênh áp giữa mặt cánh từ đó tạo ra mô men quay. Turbine phản kích dùng cho trạm có mức nước thấp còn Tuốc bin đẩy dùng cho trạm mức nước cao và lưu lượng nhỏ. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 74 Hình 4.12. Các dạng tuốc bin thủy lực phổ biến Tuốc bin xung lực: a) Pelton, b) Turgo, c) Cross - flowTuốc bin phản lực: d) Francis ống mở (Open Plume Francis), e) Francis khung xoắn (Spiral - Case Francis). CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống tryền động thủy lực? Câu 2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động bằng thủy lực? Câu 3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy thủy lực cánh dẫn? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Giáo trình Công nghệ khí nén thủy lực – Bùi Hải Triều (chủ biên) -NXB GD [2] - Giáo trình điều khiển thủy lực –khí nén – Phạm Xuân Tùy – NXB KHKT [3] - Điều khiển khí nén – thủy lực – Lê Văn Tiến Dũng – Trường đại học kỹ thuật TP HCM [4] – Hệ thống truyền động thủy khí – Trần Xuân Tùy – Trường đại học Đà Nẵng.
File đính kèm:
- giao_trinh_thuy_luc_khi_nen_phan_2.pdf