Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương III: Truyền động thủy tĩnh

ng cơ hay xi lanh thủy lực: áp năng biến thành cơ năng của cơ cấu (biến áp năng thành chuyển động quay hay chuyển động tịnh tiến). 3. Phần biến đổi và điều chỉnh: Điều chỉnh hay điều khiển dòng năng lượng cho phụ hợp với yêu cầu của cơ cấu như điều chỉnh số vòng quay, điều chỉnh tốc độ chuyển động hay momen. Ưu điểm: Truyền động thủy tĩnh được dùng nhiều trong các máy vì nó có ưu điểm là độ nhạy, độ chính xác, ổn định trong chuyển động của cơ cấu; điều khiển nhẹ nhàng và làm việc an toàn. Nhược điểm: 1. Áp suất làm việc cao rất khó khan trong việc làm kín các buồng làm việc, các đầu ống nối, các bề mặt có sự chuyển động tương đối. Chế tạo chi tiết phải có độ chính xác cao, gía thành đắt. 2. Yêu cầu cao về chất lỏng (sạch, không ăn mòn, bôi trơn tốt, độ nhớt ổn định khi nhiệt độ thay đổi. CÁC THỨ NGUYÊN DÙNG TRONG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC  a) Áp lực dầu (P): 1Pa (Pascal) = 1N/m2 1MPa = 103 KPa = 106 Pa = 106 N/m2; 1MPa = 10 KG/cm2; 1 KG/cm2 = 0,1 MPa; 1 N = 1kgm/s2; 1 KG = 9,807 N; 1N = 0,102 KG; 1Bar = 100 KPa; 1 Bar = 105 N/m2 = 1 KG/cm2; 1 at (atm) = 760 mmHg ở 00C = 101,3 KPa; 1 at = 1 KG/cm2 ; 1KG/cm2=1bar; 1KG/cm2=0,1MPa; 1KG/cm2=14,2 PSI;  b) Công suất (N): 1 J = 1 N.m suy ra 1 W = 1J/s = 1Nm/s 1 Hp = 33000 ft. lbs/min = 550. ft. lbs/s = 746W 1 KW = 1000W = 1000J/s = 1000 N ..m/s  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 Ap Tp N n Q q p M Vp m2, cm2 KN, N KW, W Vòng/s Vòng/ph m3/s, l/ph m3/vòng dm3/vòng KPa, Pa KN.m, N.m m/s, m/ph 3.2 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VỚI BƠM VÀ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC 3.2.1 Công dụng, yêu cầu đối với bơm và động cơ thủy lực Bơm thủy lực: được coi là như nguồn tạo nên dòng chất lỏng có áp lực, được dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dòng chất lỏng có áp. chuyển động của chất lỏng Động cơ thủy lực: Biến năng lượng của dòng thủy lực thành cơ năng. Động cơ thủy lực có chuyển động quay ở đầu ra còn gọi là mô tơ thủy lực. Động cơ thủy lực tạo ra chuyển động tịnh tiến gọi là xi lanh thủy lực (xi lanh lực). Động cơ thủy lực tạo ra chuyển động chuyển động quay không toàn vòng (xi lanh quay hoặc xi lanh momen) Công dụng: Yêu cầu đối với bơm và động cơ thủy lực: Các yêu cầu đặc biệt với Bơm và động cơ thủy lực Với Bơm thủy lực: - Chiều sâu hút lớn, hút tốt ngay với cả với số vòng quay cao; - Dễ dàng thích ứng hệ thống để có dòng cung cấp chính xác sau khi điều khiển vô cấp. - Dòng cung cấp luôn ổn định trong moi phạm vi của áp lực. - Làm việc chắc chắn ngay cả trong chế độ năng nề (tải lớn, tốc độ chậm). Với Động cơ thủy lực: - Nhạy cảm với sự điều chỉnh số vòng quay trong phạm vi rộng. - Luôn tạo được số vòng quay ổn định trong phạm vi của áp lực. - Độ không đồng đều của số vòng quay và mô men nhỏ ngay cả khi số vòng quay thấp. 3.2.2.Các thông số cơ bản của bơm và động cơ thủy lực: 3.2.2.1 Lưu lượng lý thuyết của bơm và động cơ thủy lực: Các máy thủy lực theo nguyên lý choán chỗ (thể tích) được đặc trưng bởi thể tích choán chỗ V(cm3), có nghĩa là thể tích chất lỏng choán chỗ sau một vòng quay. Nếu gọi n là số vòng quay (v/ph) thì lưu lượng lý thuyết QLT với loại máy này xác định theo quan hệ: QLT= V.n (cm3/ph) 3.2.2.2 Tổn thất lưu lượng trong quá trình làm việc Tổn thất QK cũng được bỏ qua đối với moto thủy lực vì tổn thất này trên thực tế rất nhỏ. 3.2.2.3. Công suất của bơm và mô tơ thủy lực 3.2.2.4. Mô men của bơm và mô tơ thủy lực 3.2.2.5. Hiệu suất của bơm và mô tơ thủy lực 3.3 BƠM VÀ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Bơm và mô tơ thủy lực thuộc nhóm máy thủy lực thể tích, trong đó bơm tạo áp lực và hình thành dòng chảy dầu thủy lực còn động cơ thủy lực thể tích biến áp năng thành cơ năng cuả nó. Về nguyên tắc, bất kỳ máy thủy lực thể tích nào cũng có thể làm việc thuận nghịch nghĩa là làm được 2 nhiệm vụ của bơm và động cơ có các loại chính như sau: 1. Bơm và động cơ thủy lực dạng pit tông roto bao gồm: - Hướng kính - Hướng trục. 2. Bơm và động cơ thủy lực dạng roto bao gồm: - Bánh răng - Trục vít - Cánh gạt. Bơm và động cơ thuỷ lực  Dấu hiệu hoạt động và ký hiệu: Hình 3.1. Dáu hiệu hoạt động và ký hiệu của máy thuỷ tĩnh a) Bơm; b) Động cơ thuỷ lực 1- Thể tích làm việc không đổi; 2- Thể tích làm việc thay đổi được 3- Một chiều dòng; 4- Hai chiều dòng.  Phân loại máy thuỷ tĩnh: 3.3.1. BƠM VÀ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC KIỂU PITONG ROTO Bơm - động cơ thuỷ lực Piston rôto Đặc điểm: - Tạo áp suất cao với lưu lượng không lớn lăm. - Có khả năng thay đổi lưu lượng một cách dễ ràng, trong khi vẫn giữ nguyên áp suất và số vòng quay làm việc. Cũng tương tự như bơm pít tông áp suất của máy không phụ thuộc vào lưu lượng và số vòng quay. - Hiệu suất tương đối cao - Phạm vi điều chỉnh lớn. - Số vòng quay làm việc tương đối lớn nên có thể nối trục tiếp vào các động cơ điện thông thường. Nguyên lý làm việc của máy thủy lực này cũng chính là nguyên lý làm việc của loại máy pít tông ghép. Bộ phận công tác chủ yếu của máy gồm nhiều pít tông hình trụ dặt trong các xi lanh. Các xi lanh này được bố trí trong một khối trụ tròn có chuyển động tròn gọi là roto. Khi khối xi lanh (roto) quay thì chuyển động tịnh tiến tương đối giữa pit tông và xi lanh. Bơm và động cơ pit tông roto có kết cấu hoàn toàn như nhau (tính thuận nghịch). Động cơ thì làm việc với momen quay không đổi hoặc thay đổi cũng như bơm có thể làm việc với lưu lượng không đổi hoặc thay đổi. Bơm - động cơ thuỷ lực Piston rôto hướng kính (hướng tâm) 1- rôto; 2- stato; 3- piston trụ; 4- vách ngăn; 5- xi lanh; a- lỗ hút (lỗ cấp dầu); b- lỗ đẩy (lỗ thoát dầu); A- họng hút; B- họng đẩy, (A,B - hình bán nguyệt) A A e 1 2 3 5 4 a b A B B-B A-A B B Bơm - Động cơ thuỷ lực Piston rôto hướng kính Bơm - Động cơ thuỷ lực Piston rôto hướng kính Máy thuỷ lực Piston rôto hướng kính làm việc với p cao, Q lớn thông thường các thông số của nó như sau: + Áp suất làm việc p = (400  500) at (1 at = 1KG/Cm2) + Lưu lượng riêng q tới 24 lít/vòng + Số vòng quay n = (100  2000) vòng/phút + Số vòng quay tối thiểu khi có tải: 100 vòng/phút + Nếu cần lưu lượng lớn phải dùng nhiều Piston, bố trí thành 2 đến 6 dãy. Bơm - Động cơ Piston rôto hướng trục h b a b  7 3 1 5 2 4 6 a b 1- Rôto (blốc xi lanh); 2- đĩa nghiêng; 3- đĩa phân phối dầu; 4- cơ cấu phụ điều chỉnh góc nghiêng  của đĩa; 5-piston; 6- lò xo đẩy Piston luôn tỳ sát vào đĩa nghiêng;7- gờ chắn; a-lỗ hút dầu; b- lỗ thoát dầu (đẩy dầu) Bơm - Động cơ Piston rôto hướng trục Bơm - Động cơ Piston rôto hướng trục Bơm - Động cơ Piston rôto hướng trục Ưu điểm:  - Kích thước nhỏ gọn (nhỏ hơn  2 lần so với loại hướng kính khi các điều kiện khác như nhau)  - Công suất trên một đơn vị trọng lượng lớn (máy nhẹ nhưng công suất lớn)  - Mô men quán tính nhỏ  - áp suất cao: (600  800) at  - Vận tốc quay tới 3000 vòng/phút  - Hiệu suất cao ( = 0,93  0,99) Nhược điểm:  - Việc phân phối dầu được thực hiện bằng đĩa phân phối với mặt đầu của đĩa đòi hỏi độ chính xác gia công cao nên giá thành loại này đắt. Bơm - Động cơ Piston rôto hướng trục Bơm - Động cơ Piston rôto hướng trục Máy thuỷ lực piston hướng trục  Phân loại: • Máy trục nghiêng • Máy đĩa nghiêng • Máy đĩa lắc Máy hướng trục trục nghiêng  Vỏ nghiêng  Đĩa chủ động chuyển động lắc so với trục của vỏ Cấu tạo và hoạt động: Chế độ bơm Chế độ động cơ Đặc điểm cấu trúc • Đĩa điều khiển định hướng dọc trục và điều khiển không gian nạp đẩy, một trong hai rãnh được nối với đường nạp còn rãnh kia nối với đường đẩy. • Gờ điều khiển, chuyển tiếp giữa rãnh nạp và rãnh đẩy • Số xylanh không nên chẵn. Máy hướng trục trục nghiêng Máy hướng trục trục nghiêng  Lực tác động Ft =Fksinα Fn =Fkcosα  Không xuất hiện lực ngang – ma sát nhỏ có thể chọn α lớn (25-400)  Nhược điểm  Chi phí chế tạo lớn  Kết cấu không gọn  Hao tổn lớn do đường dầu từ phía nạp sang phía đẩy dài  Phân loại  Đĩa nghiêng đế trượt  Đĩa nghiêng đuôi piston chỏm cầu  Cấu tạo và hoạt động  Khối xy lanh nối cứng với trục chủ động  Đĩa nghiêng nối cứng với vỏ  Chế độ bơm  Chế độ động cơ Máy hướng trục trục nghiêng  Ma sát lớn  Tải trọng ngang làm lệch khe hở piston-xylanh  Tăng hao tổn lọt dòng Đuôi chỏm cầu cải thiện hoạt động chút ít  Đặc điểm cấu trúc  Phân tích lực Fq =Fktgα Fn =Fk 1 cosα Máy hướng trục trục nghiêng Máy thuỷ lực đĩa lắc  Cấu tạo hoạt động  Khối xy lanh cố định  Đĩa lắc và đĩa điều khiển quay theo trục.  Đuôi piston chỏm cầu tựa vào đĩa lắc qua đĩa con lăn  Ưu nhược điểm  Đơn giản, gọn nhẹ  Hao tổn lọt dòng nhỏ  Hiệu suất cao  Giá thành cao 3.3.2. Bơm và động cơ thuỷ lực roto Bơm và động cơ thủy lực dạng roto bao gồm: - Bơm và động cơ bánh răng - Bơm và động cơ trục vít - Bơm và động cơ cánh gạt. Tính chất chung là Bơm và động cơ loại này cũng có tính thuận nghịch Bộ phận chính trực tiếp trao đổi áp năng với dòng chất lỏng qua máy là là bộ phận có chuyển động quay như bánh răng, trục quay có cánh gạt gọi chung là roto. Roto chuyển động tròn đều tạo dòng chảy tương đối đều. Lưu lượng và áp suất của dòng chảy trong các máy roto dao động ít hơn so với dòng chảy trong các máy thủy lực pit tông. Áp suất làm việc trong các máy thủy lực roto thường cao hơn so với các máy thủy lực cánh dẫn nhưng thấp hơn các máy thủy lực dang pittong thường từ 2-15MPa Ưu điểm chung các máy thủy lực roto là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, gọn nhẹ, tuổi bền cao, chắc chắn, làm việc tin cậy, có thể làm việc với số vòng quay lớn. Công suất trên đơn vị trọng lượng lớn 1- Bánh răng chủ động; 2- bánh răng bị động; 3- vỏ bơm; 4- ống hút; 5- ống đẩy; 6- van an toàn; A- khoang hút (bọng hút); B- khoang đẩy (bọng đẩy) 1 a 5 6 2 3 4 B A Sơ đồ nguyên lý bơm hai bánh răng ăn khớp ngoài 3.3.2.1 Bơm và động cơ thuỷ lực bánh răng 1. Bơm bánh răng Bơm bánh răng ăn khớp ngoài  Bơm bánh răng ăn khớp ngoài  Hoạt động  Đặc điểm  Có rãnh thoát tải  Khe hở bù thuỷ lực  Xung lưu lượng và áp suất lớn có thể bố trí bánh răng kép  Kết cấu không đối xứng Bơm bánh răng ăn khớp ngoài BƠM BÁNH RĂNG BƠM 2 BÁNH RĂNG ĂN KHỚP NGOÀI BƠM 3 BÁNH RĂNG ĂN KHỚP NGOÀI Bơm 3 bánh răng ăn khớp ngoài B A A B - Để tránh sự trùng pha của dao động lưu lượng, người ta làm số răng của bánh chủ động nhiều hơn số răng của bánh bị động từ 1 đến 3 răng - Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (bánh răng chủ động ở giữa) - Khoang hút A, khoang đẩy B bố trí chéo nhau. Bơm bánh răng ăn khớp trong 1 2 3 4 1- bánh răng chủ động; 2- bánh răng bị động; 3- stato; 4- Tấm chắn (vành trăng) 1- bánh răng chủ động; 2- bánh răng bị động; 3- stato; 4- Tấm chắn (vành trăng) a 3 2 4 1 1 2 3 4 Bơm bánh răng ăn khớp trong Hoạt động Bơm bánh răng ăn khớp trong 3.3.2.2 BƠM VÀ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC TRỤC VÍT  Ưu điểm: - Dầu chuyển động liên tục, lưu lượng điều hòa, ít dao động lưu lượng hơn bơm bánh răng; - Hiệu suất tương đối cao; - Kết cấu nhỏ gọn chắc chắn; làm việc không ồn và tin cậy cao; - Có thể làm việc với số vòng quay lớn và áp suất cao; (n tới 18000v/p và p tới 200at); - Mô men quán tính nhỏ so với tất cả các loại máy có cùng công suất. - Phạm vi sử dụng lớn: Q= 3-12000l/p và công suất từ 1- 1500kw; - Có khả năng làm việc thuận nghịch: Bơm-Động cơ- Bơm Bơm, động cơ trục vít Khái niệm Bơm trục vít là loại bơm sử dụng một hay một số trục vít ( trục xoắn) để vận chuyển lưu chất dọc theo chiều dọc trục của trục vít ( trục xoắn). Bơm trục vít được chia làm 3 loại: bơm 1 trục, bơm 2 trục và bơm 3 trục Phân loại Dựa vào cấu tạo bơm trục vít được chia thành ba loại chính: Loại bơm ba trục vít (Three-screw pump).. Loại bơm hai trục vít (Two-screw pump).. Loại bơm một trục vít (One-screw pump). Ngoài ra còn có bơm 4 trục nhưng ít dùng. Bơm, động cơ trục vít Ưu điểm Độ tin cậy cao, kích cấu nhỏ gọn, chắc chắn. Có thể làm việc với số vòng quay lớn. Quá trình làm việc khá êm, tốc độ dòng chảy đều và ổn định. Tuổi thọ của bơm cao. Hiệu suất làm việc cao. Nhược điểm Quá trình chế tạo khá phức tạp vì đòi hỏi độ chính xác cao. Khó sửa chữa, phục hồi khi bị lỗi. Bơm một trục vít Bơm 2 trục vít Bơm 2 trục vít Bơm 2 trục vít Bơm 2 trục vít &idtype=006012 Bơm 2 trục vít Bơm 3 trục vít Bơm 3 trục vit 3.3.2.3. Bơm, động cơ thủy lực cánh gạt 3.3.2.3. Bơm, động cơ thủy lực cánh gạt 3.3.2.3. Bơm, động cơ thủy lực cánh gạt  Đặc điểm: có thể thay đổi được thể tích làm việc Tính chất hoạt động của máy thuỷ tĩnh 3.4 Xy lanh thuỷ lực và động cơ lắc  Chuyển đổi chuyển động quay:  Chuyển động tính tiến  Chuyển động lắc Xi lanh thủy lực Xi lanh thuỷ lực được dùng phổ biến trong các cơ cấu chấp hành của hệ thống thuỷ lực trên các máy. Chúng có các kích cỡ khác nhau  - Đường kính trong: D = 32  320 mm  - Hành trình Piston h = 60  2800 mm  - p làm việc tới 16 MPa, 20 MPa thậm chí có thể tới 70 MPa (700 at) 1. Phân loại: Xi lanh thuỷ lực được chia làm hai loại + Xi lanh lực + Xi lanh mô men (xi lanh quay) - Xi lanh lực có chuyển động tương đối của Piston với xi lanh là chuyển động tịnh tiến. - Xi lanh mô men có chuyển động tương đối là chuyển động quay, lắc. Xy lanh thuỷ lực và động cơ lắc 1. Xy lanh tác động đơn: Dầu đẩy đi 1 chiều còn chiều về do tải trọng hay lò xo Xy lanh plunger hoặc xy lanh thụt Xy lanh tác động đơn Xy lanh nhiều cấp hoặc vươn xa • Xy lanh vươn xa đơn giản • Xy lanh vươn xa chyển động đều Xy lanh thuỷ lực và động cơ lắc Xy lanh tác động đơn Xy lanh nhiều cấp hoặc vươn xa Xy lanh thuỷ lực và động cơ lắc 2. Xy lanh tác động kép: dầu thủy lực vào ra 2 đầu  Cần piston một phía  Cần piston hai phía  Cấu tạo:  Hoạt động Xy lanh thuỷ lực và động cơ lắc  Xylanh có cần piston hai phía: FV=FR; VV=VR  Xylanh có cần piston một phía (xylanh vi sai) Tiến: p → A1 FV=pA1 (Fmax) VV=Q/A1 (Vmin) Lùi về: p → A2 FR=pA1 VR=Q/A2 Tiến nhanh: VE=Q/(A1-A2)=Q/A3; FE=p(A1-A2)=pA3  Các dạng bắt chặt của xy lanh thuỷ lực XI LANH THỦY LỰC Cấu tạo: 1, 10: Thân và ắc phía đầu cán và đuôi; 2, 8: Vú mỡ 9- Bạc đạn tự xoay (bạc đạn nhào) 6: mặt bích, 7, 5: Lỗ cấp dầu, 12: giảm chấn 4,19,20: các phớt chắn bụi, chặn dầu 21: cán pít tông 13,14,15,16,17: các hệ thống dẫn hướng, phớt làm kín hai chiều 21: cán pít tông (cần); 18: Thân vỏ pít tông XI LANH THỦY LỰC XI LANH THỦY LỰC XI LANH THỦY LỰC XI LANH THỦY LỰC d D 1 3 5 2 D d Xi lanh một cán hai chiều Xi lanh hai cán hai chiều 4 Xi lanh một cán một chiều Xi lanh lồng A B II I III 1 2 3 Xi lanh lồng 4 tầng Động cơ lắc Xi lanh mo men (động cơ lắc) 1 2 3 1- cánh gạt; 2- trục; 3- vỏ tròn; 4- Tấm chặn cố định Góc lắc: 3000 làm việc hai chiều Số cánh gạt z = 1 ( < 3600) Xi lanh quay 1 cánh gạt 1- cánh gạt; 2- trục; 3- vỏ tròn; 4- Tấm chặn cố định Số cánh gạt z = 2 ( < 1800) Xi lanh quay 2 cánh gạt 1 2 3 Xi lanh mo men (động cơ lắc) 1- cánh gạt; 2- trục; 3- vỏ tròn; 4- Tấm chặn cố định Số cánh gạt z = 3 ( < 1200) Xi lanh quay 3 cánh gạt 3 Xi lanh mo men (động cơ lắc) Tính chọn xi lanh lực a) Xi lanh một cán b) Xi lanh hai cán c) Xi lanh kiểu ống lồng D F F p1, p2, d T T T T p1, p2, F F D T T F F F F p1, p2, p3, Tính lực + Với xi lanh một cán: T1 = p1F1 - p2F2  C = p1 D2 4 - p2( (D2-d2) 4 )  C Suy ra T1 =  D2 4 (p1 - p2) + d2 4 p2 C + Với xi lanh 2 cán: T1 = p1F1 - p2F2  C = p1 (D2-d2) 4 - p2( (D2-d2) 4 )  C Suy ra T1 =  (D2-d2) 4 (p1 - p2) C + Với xi lanh ống lồng: T1 = (p1F2 - p3F4) C - Khi Piston chuyển động đi xuống, lực tác dụng lên cán Piston T2 xác định như sau: + Với xi lanh một cán: T2 = p2F2 - p1F1  C = p2( (D2-d2) 4 - p1 D2 4 )  C Suy ra T2 =  D2 4 (p2 - p1) - d2 4 p2 C + Với xi lanh hai cán: T2 = p2F2 - p1F1  C = ( (D2-d2) 4 (p2- p1)  C Suy ra T2 = ( (D2-d2) 4 (p2- p1)  C + Với xi lanh kiểu ống lồng: T2 = (p3F4 - p1F2) C Trong đó: T1,T2- lực đẩy của Piston; KN p1, p2, p3- áp lực dầu; KPa D- đường kính Piston; m d- đường kính cán Piston; m F1, F2, F3, F4- diện tích phần chịu áp lực dầu; m2 C - Hiệu suất cơ khí của xi lanh C = 0,96  0,98 Tính lực + Với xi lanh một cán: - Khi đi lên v1F1 = Q1 Q suy ra D 4 v1 = Q1 Q Suy ra v1 = 4 Q1 Q D2 - Khi đi xuống Q2 Q = F2v2 = (D2-d2) 4 v2 Suy ra v2 = 4 Q2 Q (D2-d2) + Với xi lanh hai cán: - Khi đi lên và khi đi xuống có v1 - v2 Q1,2 Q = F1,2v1,2 suy ra v1,2 = 4 Q1.2 Q (D2-d2) Xác định tốc độ dịch chuyển của Piston + Với xi lanh kiểu ống lồng: - Khi đi lên: Ở Piston lớn (có F1) suy ra v1 = Q1 Q -F2v2 F1 Ở Piston nhỏ (có F2) suy ra v2 = Q1 Q -F1v1 F2 - Khi đi xuống: Ở Piston lớn: v1 = Q2 Q F3 Ở Piston nhỏ: v2 = Q3 Q F4 Chú ý Nếu biết trước v của các Piston, từ các công thức trên sẽ suy ra Q1, Q2, Q3. Thứ nguyên: Q- m3/s; F- m2-; v- m/s; - Hiệu suất thể tích của xi lanh Q = 0,98 với xi lanh đang sử dụng và Q = 1 đối với xi lanh mới. - Tỷ lệ giữa D và d được ký hiệu là  - Hệ số cấu tạo  = F1F2 = D2 D2-d2 suy ra d = D   1 - Các xi lanh tiêu chuẩn có  = 1,25; 1,4; 1,6 và 2,0 - Khi  càng lớn thì diện tích hình vành khăn chịu áp lực dầu càng nhỏ và ngược lại. Chú ý  - Đường kính xi lanh thường được tiêu chuẩn hoá:  D (mm): 32; 40; 50; 63; 80; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250  - Áp lực tiêu chuẩn:  p (MPa): 10; 16; 20; 25; 32; 50; 63; 70 Xi lanh thuỷ lực Xi lanh một chiều Xi lanh một cán hai chiều Xi lanh hai cán hai chiều Xi lanh thuỷ lực Xi lanh nhiều pittông (kiểu ống lồng) hay còn gọi là xi lanh lực vi sai hai chiều Xi lanh kiểu ống lồng một chiều Xi lanh có pít tông bơi một chiều Xi lanh có giảm chấn (ở cuối hành trình một phía) 3.5. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH CÓ CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN VÀ QUAY 3.5,1. Truyền động thủy tĩnh có chuyển động tịnh tiến 1. Bơm; 2-3 van 1 chiều; 4. Thùng dầu; 5- Van phân phối; 6 Động cơ Theo hình 3.24 Cơ năng tác dụng vào bơm 1 biến thành áp năng của chất lỏng. Sau đó trong xi lanh (động cơ) thủy lực đã biến áp năng thành cơ năng. Nếu coi chất lỏng là tuyệt đối không nén được và bỏ qua sự rò rỉ của chất lỏng trong hệ thống thì lượng chất lỏng từ bơm đẩy ra bằng lương chất lỏng vào xi lanh: Xb.Fb=Xd.Fd Xb và xd: đoạn dịch chuyển của pít tông trong bơm và xi lanh lực. Fb và Fd: diện tích bề mặt làm việc của pit tông trong bơm và xi lanh lực Vận tốc v của pit tong trong bơm và xi lanh lực: v=dx/dt Lưu lượng chất lỏng do bơm chuyển đi: Qb=vb.Fb (3 -15) Và lưu lượng chất lỏng nạp vào xi lanh lực: Qd=vd.Fd Trong đó vb và vd: Vận tốc dịch chuyển của pít tông bơm và pit tong xilanh lực. Với giả thiết lưu lượng có rò rỉ bằng 0 ta có: Qb=Qd Do đó vd= Qd/Fd=Qb/Fb (3 -16) Nếu bỏ qua tổn thất cột áp trong hệ thống thì áp suất do bơm tạo ra bằng áp suất trong khoang làm việc của xi lanh: p=Pb/Fd (3 -17) Với p là áp suất trong xi lanh bơm, Pb là lực đặt lên cán pít tông của bơm Nếu bỏ qua tổn thất cột áp trong hệ thống thì áp suất do bơm tạo ra bằng áp suất trong khoang làm việc của xi lanh: p=Pb/Fd (3 - 17) Với p là áp suất trong xi lanh bơm, Pb là lực đặt lên cán pít tông của bơm nên lực nên lực do pit tông của xi lanh lực tạo ra là: Pd= p.Fd (3 - 18) Công suất của bơm là Nb=Pb.vb Và công suất của động cơ thủy lực (xi lanh lực) Nd=Pd.vd; Từ các biểu thức (3-14), (3-15), (3-17) và (3-18) ta có: Nb=p.Qb (3-19) Nd=p.Qd (3- 20) Và Nb=Nd (Công suất của bơm bằng công suất của động cơ) Hình 3.25 là hệ thống truyền động thủy tĩnh có dùng bơm roto cung cấp dầu cho hệ thống chuyển động tịnh tiến. Để an toàn có đặt van an toàn số 2. Trong trường hợp này, lưu lượng của bơm là: Qb=qb.nb (3-21) Với qb- Lưu lượng riêng của bơm; nb- số vòng quay của bơm trong một đơn vị thời gian. Tương tự như trên ta có vận tốc của xi lanh lực là: vd=qb.(nd/Fd) =(Qd/Fd) (3-22) Công suất của bơm trong trường hợp này là: Nb=p.Qb=pqb.nb (3-23) Cơ cấu chấp hành là một động cơ thủy lực tạo chuyển động quay số 4. 3.5.2. Truyền động thủy tĩnh có chuyển động quay. Trong trường hợp này lưu lượng tiêu thụ của động cơ thủy lực là: Qd=qd.nd (3-24) với qd- lưu lượng riêng của động cơ thủy lực Vì vậy, vận tốc quay của động cơ thủy lực là: nd=nb.(qb/qd) (3-25) Nếu công suất của động cơ Nd thì mô men quay do động cơ tạo ra: Biết Nd=p.qd.nd nên: (3-27) 2. . d d d NM n  . 2. d d p qM   3.5. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH CÓ CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN VÀ QUAY 3.5.3. Nhận xét chung: a) Khi chất lỏng làm việc không có sự rò rỉ (không có tổn thất) vận tốc của động cơ thủy lực phụ thuộc vào lưu lượng của bơm và động cơ thủy lực. Nếu thay đổi một trong 2 yếu tố trên thì thay đổi được vận tốc của động cơ thủy lực. b) Thực tế không thể tránh khỏi rò rỉ nên lưu lượng vào động cơ thủy lực nhỏ hơn lưu lượng do bơm tạo ra. Giả sử tổn thất lưu lượng là c) Ta có: d) Ta biết tổn thất lưu lượng tỷ lệ với áp suất của chất lỏng trong hệ thống tức là: k- hệ số rò rỉ e) Do đó: (3-28) f) Nếu động cơ thủy lực là xi lanh lực thì vận tốc của pit tông là: a) (3-29) Q Qd Qb Q  .Q k p  .Qd Qb k p  .bd d d Q kv p F F   3.6. CÁC LOẠI SƠ ĐỒ CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 3.6.1. Sơ đồ hở và sơ đồ kín Sơ đồ hở Trong sơ đồ hở chất lỏng chuyển động từ bơm đến động cơ sau đó chạy về thùng chứa dầu. 3.6. CÁC LOẠI SƠ ĐỒ CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 3.6.1. Sơ đồ hở và sơ đồ kín Trong sơ đồ kín chất lỏng chuyển động từ bơm đến động cơ sau đó chạy qua van phân phối rồi vào bơm. Trong sơ đồ có thêm bơm phụ (nhỏ) để bổ sung lượng dầu rò rỉ hay tràn qua van an toàn. (hình vẽ thiếu van 1 chiều từ bơm phụ vào hệ thống) Sơ đồ kín 3.6.2 Sơ đồ vi sai Trong trường hợp truyền động thủy tĩnh mạch kín có dùng xi lanh 1 cán, chúng ta thấy chất lỏng vào và ra bơm thủy lực khác nhau. Để khắc phục hiện tượng đó người ta lắp thêm thùng dầu phụ số 4. Khi dầu từ bơm qua van phân phối 2 vào khoang bên phải làm pít tông chuyển dịch sang trái. Dầu từ khoang trái qua van 2 và trở về bơm (lượng dầu về bơm nhiều hơn lượng dầu ra khỏi bơm). Khi xoay van phân phối 2 (một góc 90 độ) thì dầu vào khoang bên trái nhiều hơn dầu ra khỏi bên phải rồi chạy về thùng (dầu vào bơm ít hơn dầu ra khỏi bơm). Cần bổ sung them 1 lượng dầu vào bơm. Người ta bố trí them thùng dầu phụ số 4. Khi pít tong dịch chuyển sang phải, cần bổ sung dầu từ 4 vào hệ thống qua van 1 chiều số 5 (van 6 đóng kín). Nếu khi pit tông chuyển dịch sang trái chất lỏng từ khoang trái của xi lanh sẽ chảy vào ống hút của bơm, một phần qua van 6 về thùng chứa (van 5 đống kín). NHư vậy ghép theo sơ đồ trên gọi là sơ đồ vi sai có tác dụng vừa bổ sung dầu cho từng trường hợp làm việc mà còn điều hòa được lưu lượng của bơm. 3.7. CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC CHỦ YẾU TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 3.7.1. Cơ cấu phân phối Công dụng: Dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút của lưới đường ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định. Nhờ vậy các cơ cấu có thể đảo chiều chuyển động hoặc điều khiển nó theo một quy luật nhất định. Chất lỏng từ bơm trước khi đến động cơ thủy lực thường phải qua cơ cấu phân phối. Cơ cấu phân phối là nơi tập trung các đầu mối lưu thông của chất lỏng. Ở đây chất lỏng từ bơm được phân phối vào các nhánh khác nhau của hệ thống. Phân loại: - Loại con trượt (con trượt phân phối) - Loại khóa (khóa phân phối) - Loại van (van phân phối). VAN PHÂN PHỐI  Công dụng  Van phân phối làm nhiệm vụ phân phối chất lỏng công tác (dầu thuỷ lực) cao áp từ bơm thuỷ lực tới các đường ống khác nhau dẫn đến các bộ máy thuỷ lực, vì vậy có thể đảo chiều chuyển động bộ công tác hoặc điều khiển nó theo một quy luật nhất định.  Phân loại  Phân loại van phân phối có nhiều kiểu loại khác nhau  - Dựa vào kết cấu người ta chia thành:  + Van phân phối kiểu con trượt  + Van phân phối kiểu khoá  + Van phân phối kiểu van hình côn Phân loại  Trong đó trên các máy loại van phân phối kiểu con trượt là phổ biến hơn cả. Con trượt phân phối có thể là ngăn kéo hoặc Piston bậc.  - Theo vị trí làm việc của con trượt ta có:  Hai vị trí, ba vị trí hay nhiều vị trí.  - Theo số lượng cửa dẫn dầu vào và ra, chúng ta có các loại van: hai cửa, ba cửa, bốn cửa, năm cửa.  - Theo đặc điểm điều khiển, van phân phối được chia thành kiểu điều khiển bằng cần gạt, bằng nam châm điện, bằng thuỷ lực, bằng khí nén... 3.7. CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC CHỦ YẾU TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 3.7. CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC CHỦ YẾU TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 3.7.1. Cơ cấu phân phối 3.7. CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC CHỦ YẾU TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH a - Con trượt phân phối c- Van phân phối b- Khóa phân phối b- Khóa phân phối Van phân phối kiểu khoá A A A-A P (Từ bơm) B (Đến xi lanh) A T (Về thùng) 1 2 1 2 3 P P P T T T A A A B B B a) b) c) 1- Nút xoay hình nón (hay hình trụ); 2- Thân van.; 3- Lò xo. Van phân phối kiểu van hình côn. P 1 3 2 Sơ đồ nguyên lý của van phân phối kiểu van hình côn 1.nắp van; 2- thân van; 3- lò xo Van phân phối kiểu con trượt 5 1 3 2 4 3 P A B T T Sơ đồ cấu tạo van phân phối con trượt ngăn kéo 1- vỏ; 2- ống lót; 3- gioăng; 4- ngăn kéo; 5- lò xo A, B- cửa nối của van phân phối với xi lanh hoặc động cơ thuỷ lực; P- cửa nối với dòng dầu cao áp từ bơm đến; T- cửa nối với dòng dầu thấp áp về thùng Van phân phối kiểu con trượt a) b) c) P T P T T P A B B A A B Lưu ý: Lỗ A ở mặt phẳng khác Ha. Vị trí 1: Van bị đóng hoàn toàn, cửa dầu P và T đều đóng Hb. Vị trí 2: P nối với A, B nối với T khi đẩy cần gạt lên trên. Hc. Vị trí 3: P nối với B, A nối với T khi đẩy cần gạt xuống dưới. Nếu loại van có 4 vị trí sẽ có vị trí “bơi” vị trí này có các cửa lưu thông đều có dầu, bộ công tác có thể bơi bập bềnh, trong máy ủi thuỷ lực, lúc này lưỡi ủi có thể sao chép địa hình trên địa hình mấp mô. Một số loại van phân phối hay dùng:  + Van phân phối 2 cửa, 2 vị trí (Đóng, mở) dùng cho xi lanh làm việc một chiều.  + Van phân phối 3 cửa, 2 vị trí  + Van phân phối 4 cửa, 2 vị trí  + Van phân phối 4 cửa, 3 vị trí  + Van phân phối 5 cửa, 3 vị trí  Chú ý:  1) Loại 2 vị trí dùng cho xi lanh làm việc 1 chiều, loại 3, 4 vị trí dùng cho loại xi lanh làm việc hai chiều.  2) Khi lựa chọn van phân phối cần phải căn cứ vào những tính năng kỹ thuật quan trọng nhất như kiểu đóng mở, p,Q...  3) Trong thực tế van phân phối có cấu tạo phức tạp do được ghép nối nhiều ngăn kéo hoặc trong van có bố trí thêm van 1 chiều, van an toàn... Van phân phối Van phân phối Van phân phối tay gạt Van phân phối điện thủy lực Valve phân phối điện từ: Sử dụng 1 hoặc 2 cuộn điện từ tạo ra lực điện từ đẩy lõi con trượt di chuyển. Van phân phối điện từ A, B: đầu nối dầu công tác P: đầu nối dầu nối từ bơm T: đầu nối đường dầu hạ áp (hồi hay về thùng chứa) VAN TIẾT LƯU Ký Hiệu Ký Hiệu a) b) H.a- tiết lưu không điều chỉnh được; H.b- tiết lưu không điều chỉnh được Công thức tính lưu lượng qua van tiết lưu 3.7.2. Cơ cấu tiết lưu (Van tiết lưu) Công dụng: Dùng để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng Van tiết lưu 1 chiều Tiết lưu kiểu vít (tiết lưu cản nhớt) L 2 3 4 1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của van tiết lưu kiểu vít ren vuông Tiết lưu kiểu vít (tiết lưu cản nhớt) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của van tiết lưu kiểu vít ren tam giác d Tiết lưu kiểu côn (tiết lưu kim) A-A A A a) b) 1 2 Tiết lưu kiểu tấm (tiết lưu cản xoáy) L S a b D CÁC LOẠI VAN THUỶ LỰC Các loại van thuỷ lực thường được dùng nhiều trong truyền động thuỷ lực. Nhờ việc kết hợp một cách hợp lý các loại van, chúng ta có thể tạo nên sự làm việc ổn định của hệ thống theo mong muốn.  - Theo chức năng của van có thể chia các loại van thành 3 nhóm sau: + Van một chiều (chỉ cho dòng thuỷ lực đi theo 1 chiều) + Van an toàn (van bảo hiểm) + Van giảm áp (van điều áp) Van một chiều p p 1 2 3 4 1 2 3 4 a b c H.a- nắp van hình cầu; H.b- nắp van hình côn; H.c nắp van hình trụ 1- vỏ van; 2- lò xo; 3- nắp van; 4. đế van Van an toàn  Van an toàn đảm bảo cho hệ thống truyền động thuỷ lực được an toàn khi quá tải. Nó giữ cho áp lực dầu làm việc trong hệ thống không vượt quá áp lực quy định (cho phép).  Khi áp lực dầu trong hệ thống vì một lý do nào đó lớn hơn áp suất cho phép thì van an toàn mở ra tháo dầu về thùng chứa, lúc đó p giảm đi hệ thống được bảo vệ an toàn.  Chú ý:  Van an toàn tác dụng trực tiếp và van một chiều về mặt kết cấu tương tự nhau, nhưng van an toàn có lò xo cứng hơn nhiều. Lực lò xo được điều chỉnh phù hợp với áp suất làm việc và thực hiện bằng vít điều chỉnh. Phân loại van an toàn + Van chống đỡ: (van kháng đỡ):  Là loại van thường xuyên đóng, nó chỉ mở khi hệ thống quá tải. Loại này độ cứng lò xo phải lớn để chịu được áp suất lớn. Nó mở được khi: Pth = 1,1 Plv  Trong đó: Pth - áp suất tới hạn  Plv - áp suất làm việc  Đây là loại van làm việc gián đoạn. + Van tràn:  Nó làm việc liên tục khi bình thường cũng như khi bị quá tải để duy trì áp suất không đổi trong hệ thống và tại một giá trị p nhất định cho một lượng chát lỏng chảy qua. Loại van này có độ cứng lò xo bé. Phân loại van an toàn + Van an toàn tác dụng t