Bài giảng Hệ thống truyền động thủy khí - Chương 2: Truyền động thủy tĩnh

g một thể tích kín dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh. -Năng lượng chủ yếu mà dòng chất lỏng trao đổi với máy là áp năng, còn thành phần động năng của dòng chất lỏng chuyển động qua máy thì thay đổi không đáng kể, do đó còn gọi là máy thủy tĩnh. 2.1. Những vấn đề chung về máy thuỷ lực thể tích b). Phân loại máy thủy lực thể tích MÁY THUỶ LỰC THỂ TÍCH Loại điều chỉnh được Loại không điều chỉnh được Pít tông Bánh răng Cánh gạt Rô to hướng trục Rô to hướng kính Ăn khớp ngoài Lệch trục Pít tông Cánh gạt Rô to hướng trục Rô to hướng kính Điều chỉnh trực tiếp Điều chỉnh theo hành trình Lệch trục Ăn khớp trong 2.1. Những vấn đề chung về máy thuỷ lực thể tích 2.1.2. Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích Lưu lượng lý thuyết Ql của máy thủy lực thể tích là lưu lượng chưa tính tới sự rò rỉ được xác định như sau: Ql=q.n (2.1) q – lưu lượng riêng của máy n- số chu kz làm việc của máy trong một đơn vị thời gian Khác với máy thủy lực cánh dẫn, lưu lượng tức thời của máy thủy lực thể tích thay đổi theo thời gian kể cả khi máy làm việc ổn định. a. Lưu lượng Lưu lượng lý thuyết Ql >Qthực tế vì bao giờ cũng xảy ra rò rỉ. Ql là lưu lượng tính trong cả quá trình trong một đơn vị thời gian nên còn gọi là lưu lượng trung bình lý thuyết. 2.1. Những vấn đề chung về máy thuỷ lực thể tích 2.1.2. Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích b. Áp suất Cột áp của máy thủy lực thể tích được tạo nên chủ yếu bởi sự thay đổi áp suất tĩnh của chất lỏng khi chuyển động qua máy, do đó thường dùng áp suất để biểu thị khả năng tải của máy. Quan hệ giữa áp suất và cột áp: pH   - Đối với máy thủy lực chuyển động tịnh tiến (xilanh lực). Áp suất làm việc tác dụng lên đỉnh pittông tạo thành áp lực P: P p  - Đối với máy thủy lực có chuyển động quay. Áp suất làm việc tác dụng lên roto tạo thành mômen: . MM p k 2.1. Những vấn đề chung về máy thuỷ lực thể tích 2.1.2. Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích b. Áp suất Xác định hệ số mômen kM - Từ quan hệ xác định công suất Nl - Mặt khác : lN M - Nên ta có: . . 2 l M M pQ M p k Q q k          . .l l l l p N Q H Q Q p      2.1. Những vấn đề chung về máy thuỷ lực thể tích 2.1.2. Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích c. Hiệu suất và công suất Đối với máy thủy lực thể tích tổn thất thủy lực tương đối nhỏ vì động năng của các phần tử chất lỏng nhỏ nên thường cho ηH=1 - Đối với máy thủy lực chuyển động tịnh tiến (xilanh lực). N Pv - Đối với máy thủy lực có chuyển động quay. N M . .Q c H Q c       Công suất làm việc của động cơ thường được xác định bằng các thông số cơ khí: 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích 2.2.1. Các loại bơm thủy lực thể tích a. Bơm bánh răng: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Nguyên lý làm việc: Các buồng làm việc của bơm được hình thành bởi thân bơm và biên dạng của răng. Thể tích của buồng hút và buồng nén thay đổi nhờ các răng ra khớp và vào khớp với nhau và do đó thực hiện chu kz hút và nén chất lỏng. 2.2.1. Các loại bơm thủy lực thể tích a. Bơm bánh răng: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Thân bơm có hai cửa đối diện nhau A và B. Giả sử bánh răng quay theo chiều mũi tên như hình vẽ thì tại cửa A diễn ra sự ra khớp của các răng, thể tích tăng, áp suất giảm dầu từ thùng chứa tràn vào cửa A choán lấy các rãnh răng và theo các răng vận chuyển sang cửa B. Tại cửa B diễn ra sự vào khớp của bánh răng, thể tích giảm áp suất tăng lên dầu được đẩy ra ngoài. Cửa A – hút, cửa B- đẩy. 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Nhược điểm: Chênh lệch áp suất giữa hai buồng hút và đẩy tạo ra tải trọng tác dụng lên bánh răng, thân bơm, ổ trục BP khắc phục: -Để tránh tải trọng t/d 1 phía: sử dụng các rãnh giảm tải trong thân bơm - Khi các răng vào khớp khoảng 1/10 thể tích dầu còn lại đặt ở chân răng bị nén lại, áp suất ở đáy chân răng tăng đột ngột tạo thành một lực hướng kính tác động va đập vào bánh răng và ổ trục. -Để tránh hiện tượng kẹt dầu sử dụng các rãnh thoát dầu ở chân răng và mặt bên. 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích rãnh giảm tải chất lỏng bị kẹt 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Bơm bánh răng ăn khớp trong: 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Bơm bánh răng ăn khớp trong: Bơm bánh răng ăn khớp trong - Bánh răng (1) quay bánh răng ăn khớp trong (2) làm bánh răng ăn khớp trong chuyển động trong thân bơm (3). Buồng vào A ngăn cách với buồng ra B bằng vành chắn (4) hình lưỡi liềm. Khi các răng ra khớp, chất lỏng ở buồng A choán chỗ toàn bộ thể tích các rãnh (5) của bánh răng ăn khớp ngoài và ăn khớp trong. Bánh răng tiếp tục quay, tải dầu ngang qua vành chắn (4) và đưa vào buồng B đẩy ra ngoài. Ưu điểm: kích thước và tổn thất thể tích nhỏ hơn bơm br ăn khớp ngoài khi có cùng lưu lượng và dung sai chế tạo Hoạt động: 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Bơm trục vít: -Bơm trục vít là một dạng của bơm bánh răng. - Cấu tạo: gồm 2 trục vít có ren phải hoặc trái ăn khớp với nhau và bề mặt tz sát vào thành bơm. -Các chu kz hút và đẩy giống như bơm bánh răng: khi ren ra khớp tạo nên một khoảng chân không dầu tràn vào đó và đến chỗ ren vào khớp dầu sẽ bị đẩy ra. - Dầu được chuyển từ buồng hút A sang buồng nén B theo chiều trục và không có hiện tượng chèn dầu ở chân răng. Nhược điểm của bơm trục vít là chế tạo trục vít phức tạp, hiệu suất thể tích thấp. Ưu điểm của nó là làm việc êm, độ nhấp nhô lưu lượng bé và có thể thực hiện được áp suất cao. 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Lưu lượng của bơm bánh răng Có thể tính gần đúng Q của bơm bánh răng theo công thức:   2 3 2 / 10 t m zbn Q l ph   m – môdul của bánh răng *cm+ b – chiều rộng của răng *cm+ n – số vòng quay trong vòng một phút [vg/ph] Z- số răng Q bơm trục vít: 3 ( / ) 10 dhbn Q l ph   d- đường kính trung bình của ren ở trục chủ động *cm+ h – chiều cao của ren *cm+ b – chiều rộng của ren ở đường kính trung bình [cm] 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Ứng dụng của bơm bánh răng: - Ứng dung rộng rãi nhất trên ôtô vì kết cấu đơn giản dễ chế tạo, kết cấu gọn nhẹ (nhất là loại ăn khớp trong) -Tuy nhiên hiệu suất thấp 0,8-0,9 và áp suất tạo ra không lớn 100-180kG/cm2 - Chủ yếu sử dụng trong hệ thống truyền lực thể tích có công suất nhỏ: hệ thống nâng hạ, hệ thống bôi trơn, hệ thống điều khiển hộp số 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Bơm bánh răng ăn khớp trong Bơm trục vít b. Bơm cánh gạt Bơm cánh gạt Bơm cánh gạt kép Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên ngoài Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong Bơm cánh gạt đơn Bơm cánh gạt đơn: là loại bơm mà khi trục quay một vòng nó thực hiện một chu kz làm việc bao gồm một lần hút và một lần nén Bơm cánh gạt kép: khi trục bơm quay một vòng thể tích giữa các cánh gạt có hai lần tăng và hai lần giảm tức là thực hiện hai lần hút và hai lần nén. 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích 2.2.2. Bơm cánh gạt Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên ngoài: 1- roto; 2-stato; 3-cánh gạt; 4- rãnh mặt bên; 5-con lăn 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Hoạt động của bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên ngoài: Rôto (1) được đặt trên Stato (2) với độ lệch tâm e. Trên thân rôto có các rãnh để các cánh gạt (3) có thể di chuyển hướng kính. Để giảm lực tiếp xúc giữa các đầu cánh gạt (3) và thành stato (2) do tác dụng của lực ly tâm người ta cho cánh gạt chuyển động cưỡng bức trong rãnh (4) có tâm O và làm trên mặt bên. Khi roto quay các con lăn 5 (hoặc con trượt) lắp ở hai bên cánh gạt (3) di động của rôto, của bơm, trong rãnh 4 các thể tích được tạo nên giữa hai cánh gạt và bề mặt stato luôn thay đổi. Nếu roto quay theo chiều mũi tên như hình vẽ thì thể tích buồng A sẽ lớn dần thực hiện quá trình hút. Trong lúc đó thể tích buồng B sẽ nhỏ dần thực hiện quá trình nén.  2 ( 4 ) /Q en BD bd l ph  Lưu lượng của bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên ngoài: D -đường kính của Stato, B-chiều rộng của cánh gạt; d, b – đường kính và chiều cao con lăn cánh gạt . Nhận xét: Điều chỉnh e sẽ điều chỉnh được Q Để buồng hút luôn luôn được ngăn cách với buồng nén góc 2 z     2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong: 1- rãnh dầu; 2 stato; e – độ lệch tâm; 3- chi tiết tăng độ kín khít tiếp xúc của cánh gạt và thành stato 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Đặc điểm của bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong: - trục rôto là trục rỗng có kết cấu đặc biệt để tạo nên cửa hút A và cửa nén B. Các cửa này được nối với những rãnh dầu 1 trên rôto. Khi rôtô quay theo chiều mũi tên như trên hình vẽ các buồng dầu giữa các cánh gạt ở phía cửa hút tăng dần, qua trình hút dầu từ cửa A qua rãnh 1 được thưc hiện. Trong khi đó, thể tích giữa các cánh gạt ở phía cửa B giảm dần, bơm thực hiện quá trình nén, dầu theo các rãnh hướng kính chảy vào cửa B đi ra ngoài. - Để giảm ma sát giữa các cánh gạt và stato 2, stato được lắp trên hai ổ bi và nó cùng với hai mặt bên của bơm sẽ quay cùng chiều với roto nên chuyển động tương đối giữa hai chi tiết sẽ nhỏ. - Ở bơm cánh gạt đơn rôto đặt lệch so với stato nên mặt tiếp xúc giữa hai đầu cánh gạt và thành stato không đươc khít. Để chắn khít tốt hơn người ta dùng chi tiết 3 lắp trên đầu cánh gạt.   BszbdBDenQ   410.2 3  S- chiều dày cánh gạt - Lưu lượng bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Bơm cánh gạt kép 1- roto; 2- cánh gạt; 3- rãnh dầu phía dưới cánh gạt; 4- biên dạng của stato; a,,b,c,d – các buồng làm việc; ε- góc nghiêng của cánh gạt với đường kính roto 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Đặc điểm cấu tạo của bơm cánh gạt kép -Các cánh gạt 2 chuyển động tự do trong các rãnh hướng kính của roto 1. Khi rôto quay , dưới tác dụng của lực ly tâm và của áp suất buồng nén dẫn vào các rãnh 3 ở phía dưới các cánh gạt làm cho các cánh gạt luôn tz sát vào biên dạng của rôto. Biên dạng của rôto có thể là đường elíp, acsimét hoặc tổ hợp các cung tròn. Nếu rôto quay theo chiều kim đồng hồ thì buồng a và buồng b ở đối diện có thể tích tăng và thực hiện hút dầu. Trong khi đó buồng c và d có thể tích giảm dần, thực hiện quá trình nén. - Hai buồng hút và hai buồng nén đặt cách nhau 1800 do đó các lực được cân bằng thực hiện việc giảm tải cho ổ trục. Để ngăn cách buồng hút A và buồng nén B góc α tương ứng với đoạn ngăn cách giữa hai buồng cũng phải thỏa mãn điều kiện: z   2  Để đầu bề mặt cánh gạt ép sát vào stato được tốt hơn và tránh hiện tượng cánh gạt bị kẹt trong rãnh trượt khi đi vào buồng nén tức là cánh gạt đi qua cung chuyển tiếp từ bán kính lớn đến bán kính bé, các cánh gạt được đặt nghiêng với đường bán kính roto một góc ε. 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Biện pháp giảm mòn của bơm cánh gạt kép 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Biện pháp giảm mòn của bơm cánh gạt kép -Để giảm bớt lực ép cánh gạt vào stato và giảm sự chênh lệch tải trọng giữa mặt trước và mặt sau của cánh gạt người ta dùng loại cánh gạt có hai phần trượt lên nhau. - Giữa phần 1 và 2 của cánh gạt có rãnh để dẫn dầu từ buồng 3 đến buồng 4. Vì tiết diện của đầu cánh gạt ở đầu buồng 3 lớn hơn ở buồng 4 nên vẫn đảm bảo lực đẩy cánh gạt vào thành stato, nhưng nhỏ hơn kiểu cánh gạt thông thường. - Kiểu giảm tải cánh gạt này được dùng ở bơm cao áp có áp suất cao đến 125 bar. 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích Lưu lượng của bơm cánh gạt kép R, r – bán kính lớn và bán kính nhỏ của stato S- bề dày cánh gạt Z- số lượng cánh gạt  32.10 ( ) os sz Q nB R r R r c            Ứng dụng của bơm cánh gạt: -Sử dụng rất rộng rãi chỉ sau bơm bánh răng So với bơm bánh răng bơm cánh gạt có hiệu suất cao hơn, có lưu lượng đều hơn,Kích thước tương đối nhỏ và không yêu cầu cao về việc lọc sạch dầu -Nhược điểm: các chi tiết trượt (cánh gạt, đĩa dẫn dầu) chóng mòn, kết cấu tương đối phức tạp, yêu cầu cao về chế tạo và lắp ráp -Phạm vi áp suất của bơm cánh gạt: + đối với bơm cánh gạt đơn p=20-30kG/cm2 + bơm cánh gạt kép p=100-200 kG/cm2 - Ứng dụng trên hệ thống trợ lực lái, hệ thống nhiên liệu của động cơ diezel 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích bơm cánh gạt kép 2.2 Các loại bơm thủy lực thể tích 2.2.3. Bơm pittông + Làm việc dựa trên sự thay đổi thể tích của cặp pittông - xilanh + Bề mặt cặp pittông – xilanh là bề mặt trụ tròn nên dễ đạt độ chính xác gia công cao → Bơm pittông có áp suất cao và tổn thất thể tích nhỏ Bơm pittông Lưu lượng điều chỉnh được Lưu lượng không điều chỉnh được Lưu lượng điều chỉnh được Lưu lượng không điều chỉnh được Hướng kính Hướng trục A. Bơm pittông hướng kính Bơm pittông hướng kính đơn lệch tâm 1. Rôto 2. Pittông 3. Trục dẫn dầu 4. Vòng trượt Lưu lượng của bơm pittông hướng kính 2 4 d q h   3 3 210.10 [l/ph] 2 Q qzn d ezn   - Được xác định bằng thể tích của xilanh. Thể tích của 1 xilanh khi rôto quay một vòng: Vì h=2e nên nếu bơm có z pittông và làm việc với số vòng quay là n [v/ph] thì lưu lượng của bơm sẽ là: A. Bơm pittông hướng kính d: đường kính của xilanh; h: hành trình của pittông Bơm pittông hướng kính nhiều lần tác dụng a – loại kép; b – loại 4 lần tác dụng A. Bơm pittông hướng kính Đặc điểm của bơm pittông hướng kính 3. Để điều chỉnh lưu lượng ta điều chỉnh độ lệch tâm e của bơm 4. Kết cấu của bơm pittông đơn và bơm pittông nhiều lần tác dụng gần giống nhau chỉ khác nhau ở kết cấu vòng trượt và trục dẫn dầu 5. Để nâng cao lưu lượng của bơm người ta lắp nhiều dãy pittông trên toàn bộ chiều rộng của rôto 1. Là loại bơm có nhiều pittông đặt hướng kính của rôto 6. Lực tác dụng lên trục bơm pittông hướng trục không cân bằng A. Bơm pittông hướng kính 2. Có áp suất làm việc cao 200-350kG/cm2; hiệu suất làm việc cao: ηQ=0,96-0,98; ηC=0,8-0,95 7. Kết cấu phức tạp, cồng kềnh nên ít được sử dụng trên hệ thống thủy lực của ôtô Bơm pittông hướng trục loại mặt tựa nghiêng B. Bơm pittông hướng trục B. Bơm pittông hướng trục Kết cấu thực của bơm pittông hướng trục loại mặt tựa nghiêng B. Bơm pittông hướng trục Bơm pittông hướng trục loại block xilanh nghiêng B. Bơm pittông hướng trục Kết cấu thực của bơm pittông hướng trục loại block xilanh nghiêng B. Bơm pittông hướng trục Đặc điểm của bơm pittông hướng trục: 1. Là loại bơm có pittông đặt song song với trục của rôto 2. Có kích thước nhỏ gọn hơn so với bơm pittông hướng kính khi có cùng một công suất 3. Do pittông đặt dọc trục nên rôto có kích thước bé, mômen quán tính nhỏ thích hợp khi sử dụng làm động cơ dầu 4. Để điều chỉnh lưu lượng ta thay đổi góc nghiêng của đĩa tựa hoặc của block xilanh 6. Được sử dụng rất phổ biến ở trên các máy xây dựng công trình 5. Có áp suất cao p=240-450kG/cm2; hiệu suất cao ηQ=0,96- 0,98 có khả năng làm việc với số vòng quay cao n=1000- 6500v/p B. Bơm pittông hướng trục Xác định lưu lượng của bơm pittông hướng trục: 2 3 3 21010 . . . [l/ph] 4 4 d Q hzn d z n D tg       h – hành trình pittông d – đường kính xilanh Z- số lượng pittông c. Bơm pittông dãy Đặc điểm: 1. Bơm pittông dãy là loại bơm có một hoặc nhiều pittông đặt thành dãy thẳng góc với trục truyền dẫn của bơm 2. Việc ngăn cách giữa các buồng hút và buồng nén nhờ các van 1 chiều kiểu bi hoặc côn 4. Sử dụng làm bơm cao áp của động cơ diezel và hệ thống thủy lực của một số máy xúc 3. Áp suất có thể đạt 300-500kG/cm2; hiệu suất thể tích cao ηQ=0,8-0.97 c. Bơm pittông dãy Cấu tạo gồm: 1- Bánh lệch tâm; 2- pittông; 3 Lò so; 4 –buồng công tác; 5- van hút; 6- van xả Lưu lượng: 2 310 [ / ] 4 d Q hzn l ph  h =2e – độ dài hành trình pittông 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích Nguyên l{ làm việc: Dầu có áp suất p tác dụng vào dưới pittông cùng với ly tâm của pittông (hoặc lực nén của lò xo) tạo nên trên điểm tiếp xúc A của pittông với stato 1 phản lực P X YP P P  Px tạo nên mômen xoắn quay rôto của động cơ   1 2 sin 1 n i M pFe i z             z-số pittông ; ϕ – góc quay của rôto; F- tiết diện pittông; 2.3.1 Động cơ thủy lực pittông hướng kính Đặc điểm của động cơ thủy lực pittông hướng kính: 1. Mômen xoắn thay đổi theo chu kz theo sự thay đổi vị trí của pittông trong buồng nén. 2. Đối với động cơ thủy lực pittông hướng kính nhiều lần tác dụng mômen xoắn tỷ lệ với số lần tác dụng, nếu số lần tác dụng là k thì mômen xoắn tăng lên k lần còn tốc độ giảm đi k lần 3. Để nâng cao mômen xoắn có thể sử dụng nhiều dãy pittông, số lượng pittông có thể nâng đến 50-60 mômen xoắn có thể đạt 50000Nm và số vòng quay ổn định có thể đạt 1-2v/p 4. Để thay đổi mômen xoắn có thể điều chỉnh độ lệch tâm e. 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.1 Động cơ thủy lực pittông hướng kính Kết cấu động cơ dầu pittông hướng kính 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.1 Động cơ thủy lực pittông hướng kính 1- bánh xe chủ động 2-xilanh; 6- pittông; 5- thanh truyền; 4-bánh cam lệch tâm; 3- trục ; 7 ống dẫn; 8- bộ phân phối 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.1 Động cơ thủy lực pittông hướng kính 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.2 Động cơ thủy lực pittông hướng trục 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.2 Động cơ thủy lực pittông hướng trục Lực tác dụng lên bơm 1- Áp suất cao; 2- Áp suất thấp (hút); 3- Mômen; 4- Lực tác dụng lên ổ đỡ; 5- Lực tác dụng lên píttông. Lực tác dụng lên động cơ 1- Áp suất cao; 2- Áp suất thấp; 3- Mômen; 4- Lực tác dụng lên ổ đỡ; 5- Lực tác dụng lên píttông. Từ đĩa dẫn dầu (1), dầu có áp suất p được đưa vào phía dưới của pittông (2) tạo thành lực P trên điểm tiếp xúc với mặt đĩa nghiêng (3). Nếu như ta chỉ tính đến lực do áp suất dầu tạo nên thì phân bố lực có thể thể hiện như hình vẽ: phân lực Py theo chiều trục của pittông sẽ tác dụng lên các ổ trục của động cơ, phân lực Px sẽ tạo thành mômen xoắn quay rôto (4) lắp trên trục (5).   1 1 2 . . . sin 1 n n i i i M M p F r tg i z                 r- bán kính vòng chia của dãy pittông 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.2 Động cơ thủy lực pittông hướng trục Đặc điểm của động cơ thủy lực pittông hướng trục : 1. Mômen xoắn thay đổi theo chu kz theo sự thay đổi vị trí của pittông trong buồng nén. 2. Có kích thước nhỏ gọn hơn loại pittông hướng kính cùng một điều kiện như nhau nó có kích thước khoảng ½ lần, mômen quán tính của các chi tiết quay cũng nhỏ hơn nhiều nên thường dùng ở điều kiện vận tốc lớn mômen xoắn nhỏ 3. Mômen xoắn có thể đạt 5000Nm và số vòng quay ổn định có thể đạt 5 v/p 4. Để thay đổi mômen xoắn ta điều chỉnh độ góc nghiêng α. 2.3. Các loại động cơ thủy lực thể tích 2.3.2 Động cơ thủy lực pittông hướng trục 2.4. Xilanh thủy lực 2.4.1. Nhiệm vụ сủa xilanh thủy lực - Điều khiển vô cấp quá trình vận tốc cho cả hành trình tiến và hành trình lùi cũng như điều khiển đảo chiều chuyển động một cách nhanh chóng - Chuyển đổi một cách đơn giản chuyển động quay của bơm thủy lực thành chuyển động tịnh tiến. Chú ý: Xilanh thủy lực được xem như là một loại động cơ thủy lực 2.4. Xilanh thủy lực Xilanh thủy lực Xilanh tác động đơn Xilanh tác động kép Loại đơn giản Loại nhiều cấp (vươn xa) Loại có cần pittông một phía (visai) Loại có cần pittông hai phía (chuyển động đều) Vươn xa đơn giản Vươn xa chuyển động đều 2.4.2. Phân loại 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn Cấu tạo gồm: xi lanh 1 được gia công bóng bề mặt trong và pittông 2. Không gian trước đáy pittông được nối thông với đường dầu áp suất cao. Phía bên kia của xi lanh được thông với không khí bên ngoài và được bảo vệ nhờ bộ lọc 3. Lực tác dụng lên đáy pittông: P=F.p Đặc điểm: -Được ứng dụng ở rất nhiều hệ thống thủy lực trên ôtô a. Xilanh tác dụng đơn đơn giản - dầu thủy lực tác động trước hết vào diện tích lớn nhất A1 của pittông, bởi vì nơi này yêu cầu áp suất nhỏ nhất. Sau đó dầu tác động đến diện tích tiếp theo nhỏ hơn A2, và cuối cùng là tác động vào diện tích nhỏ nhất A4. Khi lực ngoài được xylanh tiếp nhận là không đổi: F=p.A=const sẽ tạo ra trong xylanh các bậc áp suất và vận tốc như sau: . b. Xilanh vươn xa đơn giản 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn Áp suất Vận tốc 1 1 min/ ;( )p F A p 1 1 min/ ; ( )v Q A v 4 4 max/ ;( )p F A p 4 4 max/ ; ( )v Q A v Như vây: Trong quá trình chuyển tiếp chuyển động từ pittông này sang pittông khác xuất hiện sự thay đổi áp suất và vận tốc đột ngột, gây va đập. b. Xilanh vươn xa đơn giản 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn Ứng dụng của xilanh vươn xa đơn giản: + khi tự trút hàng hóa khỏi rơmoóc hiện tượng rung của xilanh sẽ cải thiện được quá trình trút tải. + khi nâng rơmoóc ban đầu cần có một chuyển động nâng chậm, bởi vì lúc đó phải nâng một tải trọng lớn nhất khi rơmoóc đang nằm ngang, sau đó cần nâng nhanh hơn do tải trọng đã giảm dần theo góc nâng. b Xilanh vươn xa đơn giản Được ứng dụng nhiều trên hệ thống lật của xe tự trút 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn Các không gian xylanh có diện tích A2, A3, A4 được nối thông lần lượt với các không gian xylanh có diện tích A2 *, A3 * , A4 * : A2 với A2 * , A3 với A3 *cũng như A4 với A4 *với có diện tích bằng nhau. c. Xilanh vươn xa chuyển động đều: 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn c. Xilanh vươn xa chuyển động đều: Khi dầu thủy lực tác động lên diện tích A1 phần dầu từ không gian xylanh có diện tích A2 * cũng chảy đến dưới pittông có diện tích A2 và cùng nâng pittông. Đồng thời dầu thủy lực cũng chảy từ các không gian có diện tích A3 *, A4 * vào dưới đáy A3, A4. Do đó ngay từ khi bắt đầu tác động vào diện tích A1 tất cả các pittông cũng bắt đầu chuyển động mà không xuất hiện va đập vận tốc và áp suất. 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn Các van chặn dầu về bố trí trên các diện tích pittông chỉ để nạp dầu và bổ sung thay dầu lọt. Trong quá trình hoạt động các van này tự động đóng kín bởi vì áp suất trong không gian xylanh nhỏ hơn sẽ lớn hơn áp suất trong không gian xylanh lớn hơn trước đó. Ứng dụng trong máy nâng hay bốc xếp hàng dễ hư hỏng c. Xilanh vươn xa chuyển động đều: 2.4.3. Xilanh tác dụng đơn Gồm: + xilanh có cần pittông 1 phía được gọi là xilanh vi sai. + Xilanh có cần pittông 2 phía (xilanh chuyển động đều) Xilanh tác động kép có thể tiếp nhận tác động của dầu thủy lực ở hai phía của pittông, nhờ đó có thể truyền lực ở cả hai chiều hành trình. 2.4.4. Xilanh tác dụng kép Hành trình tiến (làm việc). Nếu dầu thủy lực tác động vào diện tích A1 của pittông thì với áp suất và lưu lượng không đổi sẽ có lực đẩy FV và vận tốc đẩy vV: a) Xilanh tác động kép loại có cần 1 phía Các phương thức hoạt động: 2.4.4. Xilanh tác dụng kép Hành trình tiến (làm việc). Nếu dầu thủy lực tác động vào diện tích A1 của pittông thì với áp suất và lưu lượng không đổi sẽ có lực đẩy FV và vận tốc đẩy vV: a)Xilanh tác động kép loại có cần 1 phía Các phương thức hoạt động: 1 max. ; ( )vF p A F min 1 ; ( )v Q v v A  ; a) Xilanh tác động kép loại có cần 1 phía Hành trình về. Khi trả về, tương ứng với tác động của dầu thủy lực lên diện tích A2 nhỏ hơn, với áp suất và lưu lượng như nhau sẽ có lực nhỏ hơn và vận tốc trả về lớn hơn. ; 2 2 . ( ); ( );R v R v Q F p A F v v A     Hành trình tiến (tiến nhanh). trên xilanh khi có hộp phân phối với rãnh thoát từ khoang có diện tích A2 thông với cửa đẩy vào phần diện tích A1, khi đó nhờ vị trí của van phân phối mà cả hai phía xylanh đều được tác động của dầu. Diện tích A1 chịu tác động của lưu lượng dầu Q và bổ sung thêm lưu lượng dầu cuốn ∆Q từ diện tích A2 chảy vào phần diện tích A1. Nhờ đó pittông đạt được vận tốc cao hơn so với khi thực hiện hành trình làm việc: 1 2 3 ( )E V Q Q v v A A A     Xilanh lực của máy kéo ; a) Xylanh lực; b) Xupáp thủy cơ; c) Van giảm tốc; 1-Chốt; 2-Chốt hãm; 3-Đai ốc; 4-Cầnpittông; 5-Pittông; 6, 20-Nắp trên và dưới; 7-Vít cấy; 8, 10, 11, 13, 19- Các vòng kín khít cao su; 9- Ống dẫn dầu; 12-Thân xylanh; 14-Xupáp điều chỉnh thủy cơ; 15-Nút; 16-Nĩacần pittông; 17- Tấm tựa; 18-Vít bắt tấm làm sạch; 21-Ổ xupáp; 22-Thân xupáp; 23-Đuôixupáp; 24-Ốc nối xupáp giảm tốc; 25-Đĩa tựa; 26-Chốt; I-Tấm tựa bắt đầu ép lên xupáp;II-Tấm tựa ấn xupáp đi xuống; III- Xupáp rời khỏi tấm tựa do áp suất dầu; IV-Dầu ép đĩa tựa rời khỏi ốc nối; V-Dầu ép đĩa tựa vào ốc nối; A-Khoang dưới; B-Khoang trên pittông. ; Là các đường đồ thị biểu diễn quan hệ giữa các thông số cơ bản của máy TLTT gồm: 2.5. Đặc tính của máy thủy lực thể tích - Đặc tính vận tốc - Đặc tính tải trọng - Đặc tính điều chỉnh ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích - Biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng của bơm Qb và số vòng quay nb khi thể tích làm việc riêng qb = qmax = const, và pb=ptt (ptt– áp suất tính toán) - Đường đặc tính tốc độ khi áp suất bằng không gọi là đặc tính không tải. . a) Đặc tính tốc độ ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích - Theo lý thuyết: Ql = nb.qb. Khi qb = const thì quan hệ giữa Ql và qb là đường thẳng. Nhưng trong thực tế do có tổn thất lưu lượng do rò rỉ nên đặc tính Q và nB là một đường cong. Khoảng cách giữa hai đường là Q - tổn thất lưu lượng trong và ngoài bơm. a) Đặc tính tốc độ Q phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Phụ thuộc vào kết cấu của bộ phận làm kín; + Phụ thuộc vào số vòng quay làm việc nB tức là phụ thuộc khả năng chống xâm thực, khả năng hút của bơm. ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích a) Đặc tính tốc độ - Khi nB tăng thì Q tăng lên. Tại một số vòng quay nK nào đó, nếu tổn thất Q đột ngột tăng lên và Q sẽ giảm đột ngột, do đặc tính động cơ dẫn động bơm hoặc các cơ cấu phụ (van khoá, đường ống.v.v...) chọn không phù hợp với hệ thống truyền động; - khi số vòng quay nB > nk, sức cản đường ống hút tăng lên đột ngột, áp suất trong buồng làm việc bé hơn áp suất bốc hơi bão hoà, và sẽ dẫn đến hiện tượng xâm thực (cavitation). Để tránh hiện tượng xâm thực thì phải cải thiện điều kiện hút. Giảm sức cản đường ống hút, tăng áp suất ở ống hút. Trong hệ thống cấp dầu thường dùng bơm phụ để cấp dầu bổ sung cho bơm chính với: Phút > Pa = 1,5 – 3 at. ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích b) Đặc tính tải trọng: - Là đặc tính biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng của bơm Q và áp suất của bơm p. Khi số vòng quay nB = const và qb = qbmax. - Về mặt lý thuyết, Q không phụ thuộc vào p, mà chỉ phụ thuộc vào lưu lượng riêng qb và số vòng quay nên Ql = f(p) là đường nằm ngang. Nhưng trong thực tế khi áp suất tăng thì lưu lượng Q giảm. Khi p tăng thì khả năng rò rỉ tăng nên Q cũng tăng. Điểm A là điểm ứng với áp suất tính toán, Đặc tính tải ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích b) Đặc tính tải trọng: - Khi p tăng thì khả năng rò rỉ tăng nên Q cũng tăng. Điểm A là điểm ứng với áp suất tính toán (ptt), khi p=ptt công suất đc dẫn động đạt cực đại, Q tăng nhanh, Q giảm nhanh. - Tiếp tục tăng p>pmax Q giảm nhanh đến 0 Đặc tính tải ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích b) Đặc tính tải trọng: Có thể xác định Q bằng công thức Pasta 3. ( / ) 2 b Q q Q k p m s    Trong đó kQ là hệ số tổn thất lưu lượng - Đối với bơm píttông rôtor kQ = 0,15 x 10-7 - Đối với bơm bánh răng kQ = 1,02 x 10-7 qb: thể tích làm việc riêng của máy (m3). : độ nhớt động lực học KG. S/m2. p: áp suất bơm KG/cm2 ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích b) Đặc tính tải trọng: Quan hệ giữa tổn thất QB và áp suất p Khi p = ptt thì Q = Qmax. Trong quá trình làm việc phải hạn chế áp suất của bơm nhỏ hơn áp suất ứng với Qmax ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích c) Đặc tính điều chỉnh: - Là đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa Qb và qb khi n=const(cho những bơm có thể điều chỉnh được lưu lượng). - Đường đặc tính này đánh giá khả năng điều chỉnh bộ truyền trên máy kéo hiện đại khi điều chỉnh bơm. - Đường đặc tính xây dựng ở số vòng quay của động cơ ứng với công suất cực đại và áp suất tính toán. Đặc tính điều chỉnh ; 2.5.1 Đặc tính của bơm thủy lực thể tích c) Đặc tính điều chỉnh: Về lý thuyết Ql = f(qb) là một đường thẳng, nhưng trong thực tế do có tổn thất Q nên Q là đường cong. Đại lượng qbmin là đại lượng tổn thất thể tích làm việc do chảy rò. Vùng điều chỉnh là: Đặc tính điều chỉnh max min b b b q q   ; 2.5.2 Đặc tính của động cơ thủy lực thể tích a) Đặc tính vận tốc: Biểu diễn quan hệ giữa số vòng quay của động cơ nđ và lưu lượng của động cơ Q, khi thể tích làm việc riêng qđ = qđ max, còn áp suất ở hai chế độ: chế độ không tải p = 0 và chế độ p = ptt Đặc tính vận tốc ; 2.5.2 Đặc tính của động cơ thủy lực thể tích a) Đặc tính vận tốc: Ta biết Qđ = qdnd nên nd=Qd/qd  Do đó l d = f(Qđ) là một đường thẳng, nhưng đường vận tốc thực đ là một đường cong, do có tổn thất lưu lượng, đường đặc tính này đặc trưng cho sự “trượt” của động cơ. Qđmin là tổn thất rò rỉ ban đầu của động cơ hoặc thể tích bị nén của động cơ. Khoảng cách giữa đ l và đ chính là tổn thất lưu lượng. đ l - đ: vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế của đc Khi áp suất tăng, tổn thất lưu lượng cũng tăng nên  = (đ l - đ) cũng tăng lên. d d l d     / 30dl dn  ; 2.5.2 Đặc tính của động cơ thủy lực thể tích b) Đặc tính tải trọn