Truyền động thủy lực và khí nén

ốt số 52, 142 Tô Hiến Thành (trước cổng bệnh viện Trưng vương) Cennitec Lê Thể Truyền TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Đánh giá  Kiểm tra giữa kỳ + bài tập: 30%  Kiểm tra cuối kỳ: 70% Cấm thi  Không tham gia giờ thực hành.  Vắng mặt trên 2 buổi học lý thuyết. Cennitec Lê Thể Truyền Cennitec Lê Thể Truyền GIỚI THIỆU Ký hiệu thủy lực Ưu và nhược điểm của hệ thống thủy lực Nguyên lý truyền động thủy lực Phân loại các hệ thống công suất GIỚI THIỆU Lịch sử phát triển Lịch sử phát triển  Nền tảng khoa học thủy lực hình thành cách đây 350 năm.  1647 Blaise Pascal công bố định luật cơ bản về thủy lực thủy tĩnh: áp suất chất lỏng ở trạng thái nghỉ được truyền theo tất cả các hướng, bằng nhau tại mọi điểm.  1738 Bernoulli công bố tài liệu có tựa là:Hydrodynamica, trong đó ông công bố nhiều định luật về chất khí, chất lỏng. Cennitec Lê Thể Truyền Lịch sử phát triển  Giữa thế kỷ thứ 19, truyền động thủy lực giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp và trong đời sống xã hội. Tại Anh, ví dụ, rất nhiều thành phố trang bị hệ thống thủy lực trung tâm mà bơm được vận hành bằng động cơ hơi nước.  Trước khi truyền động điện được ứng dụng rộng rãi thì truyền động thủy lực công suất có nhiều ưu thế so với các nguồn năng lượng khác tại London.  Tại London, Hydraulic Power Company dùng năng lượng thủy lực để vận hành rất nhiều bộ phận như các cầu trục để nâng các cổng thành ở Kensington và Mayfair.  Tuy nhiên, năng lượng điện trở nên rẻ và phổ biến, các nhà máy xí nghiệp và các thành phố dần giảm bớt sự phụ thuộc vào năng lượng thủy lực. Cennitec Lê Thể Truyền Lịch sử phát triển Hệ thống thủy lực công suất vận hành với áp suất cao được đưa vào sử dụng thực tế vào năm 1925 khi Harry Vickers phát triển thành công bơm cánh gạt. Ngày nay, thủy lực công suất áp suất cao được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực kỹ thuật. Cennitec Lê Thể Truyền Cennitec Lê Thể Truyền MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC Dùng trong các xe cơ giới Cennitec Lê Thể Truyền MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC Máy ép 40.000 tấn Cennitec Lê Thể Truyền MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC Hệ thống thủy lực mô phỏng chuyển động của buồng lái máy bay Cennitec Lê Thể Truyền MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC Hệ thống thủy lực dùng trong xe phục vụ xây dựng Cennitec Lê Thể Truyền MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC Hệ thống thủy lực dùng trong xe khai thác rừng Cennitec Lê Thể Truyền MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC Động cơ thủy lực của hãng Mercedec-benz Cennitec Lê Thể Truyền Phân lọai các hệ thống công suất  Các hệ thống công suất được dùng để truyền tải và điều khiển công suất. Chức năng này được mô tả như trong hình 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống công suất: – Nguồn năng lượng: cung cấp năng lượng cơ khí dưới dạng chuyển động quay. Động cơ điện và động cơ đốt trong là các thiết bị được dùng rộng rãi cho chức năng này. Trong các ứng dụng đặt biệt, tua-bin gió hoặc tua- bin thủy lực cũng được sử dụng. – Các thiết bị truyền tải năng lượng, biến đổi và điều khiển. – Tải (cơ khí) dưới dạng chuyển động quay hoặc tịnh tiến. Cennitec Lê Thể Truyền Chức năng của hệ thống công suất Công suất cơ khí vào (ω, T) Truyền công suất Biến đổi Điều khiển Công suất cơ khí đầu ra Chuyển động quay (ω, T) Chuyển động tịnh tiến (v, F) Hình 1.1 Chức năng của hệ thống công suất Cennitec Lê Thể Truyền Phân loại các hệ thống công suất trong kỹ thuật Hệ thống công suất Cơ khí Điện Lưu chất Khí nén Thủy lực Thủy động học Thủy tĩnh học Hình 1.2 Phân loại các hệ thống công suất Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống công suất cơ khí Động cơ đốt trong L y h ợ p Hộp số Cầu lái vi sai 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 1.3 Hệ thống lái xe ô tô Hộp số (3) được nối với động cơ (1) nhờ bộ ly hợp (2). Trục vào của hộp số quay cùng vận tốc với động cơ. Trục ra (4) của nó quay với vận tốc khác, phụ thuộc vào tỉ số truyền của hộp số. Công suất được truyền đến bánh xe (8) nhờ khớp nối (5,) trục (6) và cầu lái vi sai (7). Hệ thống công suất cơ khí dùng các phần tử cơ khí để truyền tải và điều khiển công suất cơ khí. Hệ thống lái của một số xe ô tô là một ví dụ về hệ thống công suất cơ khí (hình 1.3). Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, dễ bảo trì và dễ vận hành, giá thành thấp Nhược điểm: tỉ lệ (công suât/trọng lượng) nhỏ, khoảng cách truyền bị giới hạn, độ linh hoạt và khả năng điều khiển thấp Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống công suất điện T ω Động cơ đốt trong Tua bin thủy lực Tua bin khí Máy phát điện e i Truyền tải Lưu trữ Điều khiển e i Động cơ điện T ω Tải Năng lượng nhiệt Năng lượng thủy lực Năng lượng khí Năng lượng cơ khí Năng lượng điện Năng lượng cơ khí Công Hình 1.4 Sự biến đổi công suất trong hện thống công suất điện Các hệ thống công suất điện chủ yếu giải quyết những tồn đọng trong các vấn đề như là khoảng cách truyền công suất, độ linh hoạt và cải thiện khả năng điều khiển. Ưu điểm: Khả năng truyền tải dài Dễ dàng điều khiển Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống công suất khí nén T ω Động cơ đốt trong Động cơ điện Máy nén khí p Q Truyền tải Lưu trữ Điều khiển p Q Xy lanh khí nén Động cơ khí nén T ω Tải Năng lượng nhiệt Năng lượng điện Năng lượng cơ khí Năng lượng khí nén Năng lượng cơ khí Công F v Hình 1.5 Hệ thống công suất khí nén Hệ thống khí nén là hệ công suất sử dụng khí nén như là công cụ để truyền tải công suất. Nguyên lý làm việc của nó cũng giống như hệ thống công suất điện. Máy nén khí chuyển năng lượng cơ khí sang năng lượng dưới dạng áp suất của khí nén. Dạng năng lượng mới này dễ truyền tải và cũng dễ điều khiển Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống công suất khí nén Khí nén phải được sản xuất và lưu trữ để sử dụng. Quá trình sản xuất khí nén bao gồm các quá trình lọc, làm khô, và thêm dầu bôi trơn vào khí nén. Dầu bôi trơn này rất quan trọng, nhờ nó mà các thiết bị cơ khí trong các van khí nén không bị mòn do ma sát. Khí nén được lưu trữ trong các bình chứa và được truyền thông qua các ống dẫn mềm hoặc các ống cố định. Năng lượng khí nén được điều khiển thông qua tổ hợp các van điều chỉnh áp suất, lưu lượng, và điều khiển hướng. Khi đó, nó được chuyển sang năng lượng cơ khí nhờ các xy lanh và động cơ khí nén. Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống thủy lực công suất T ω Động cơ đốt trong Động cơ điện Tua-bin khí Bơm thủy lực p Q Truyền tải Điều khiển p Q Xy lanh thủy lực Động cơ thủy lực T ω Tải Năng lượng nhiệt Năng lượng điện Năng lượng gió Năng lượng cơ khí Năng lượng thủy lực Năng lượng cơ khí Công F v Hình 1.6 Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực công suất Trong các hệ thống công suất thủy tĩnh, công suất được truyền tải nhờ sự gia tăng năng lượng áp suất của chất lỏng. Các hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, thiết bị vận tải, hàng không, hành hải, và nhiều lãnh vực khác. Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống thủy lực công suất Ta xét một xe nâng hàng dùng để nâng tải theo phương thẳng đứng với hành trình là y trong khoảng thời gian Δt. Để thực hiện được chức năng này thì xe nâng phải tác động một lực lên tải theo phương thẳng đứng. Nếu lực ma sát được bỏ qua, tại trạng thái ổn định, lực này bằng trọng lượng của phần tải được dịch chuyển (F = mg). Công sinh ra bởi xe nâng là W = Fy Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống thủy lực công suất Sau khoảng thời gian Δt, tải dịch chuyển quãng đường là y, thế năng của phần tải được nâng sẽ là: E = mgy = Fy Trong đó, E = thế năng của tải, J. F = lực tác động theo phương thằng đứng, N. g = gia tốc trọng trường, m/s2. m = khối lượng tải, kg. W = công, J, y = khoảng dịch chuyển, m. Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống thủy lực công suất Phần năng lượng E là thế năng có được trong khoảng thời gian Δt. Năng lượng cung cấp cho tải trong một đơn vị thời gian chính là công suất N, trong đó N = E/Δt = Fy/Δt = Fv N = Công suất cơ khí cung cấp cho tải, W v = Vận tốc nâng tải, m/s. Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống thủy lực công suất Tải được nâng bởi một xy lanh thủy lực, xy lanh tác động lên tải một lực là F và kéo nó với vận tốc là v. Xy lanh sử dụng trong trường hợp này là xy lanh tác động đơn, nó đi ra nhờ tác động của áp suất và trở về nhờ tải trọng của tải. Dầu được cấp vào xy lanh với lưu lượng là Q (m/s3) với áp suất là P. Bỏ qua lực ma sát bên trong xy lanh, áp suất cần để nâng tải là F = PAp -> P = F / Ap Trong khoảng thời gian Δt, xy lanh di chuyển một khoảng cách là y. Thể tích dầu cần cung cấp cho xy lanh là V = Apy. Lưu lượng được định nghĩa là thể tích trong một đơn vị thời gian, như vậy vA t yA t V Q p p      Giả thiết rằng xy lanh là lý tưởng, công suất thủy lực cần cung cấp cho xy lanh là QP A Q PAFvN p p  Cennitec Lê Thể Truyền So sánh các hệ truyền công suất Đặc tính Cơ khí Điện Khí nén Thủy lực Năng lượng vào Thành phần truyền năng lượng Thành phần mang năng lượng Tỉ lệ công suất-tỉ trọng Mô-men/Quán tính Độ cứng Vận tốc đáp ứng Độ nhiễm bẩn cho môi trường Giá thành Khả năng điều khiển Dạng chuyển động Động cơ đốt trong Động cơ điện Động cơ đốt trong Tua-bin (thủy/khí) Động cơ đốt trong Động cơ điện Bình áp suất Động cơ đốt trong Động cơ điện Tua-bin khí Các bộ phận cơ khí Cánh tay đòn Trục, bánh răng Dây dẫn điện Từ trường Ống dẫn Khớp nối Ống dẫn Khớp nối Các thành phần rắn và dẻo Dòng electron Khí Chất lỏng Thấp Trung bình Rất cao Rất cao Thấp Trung bình Cao Rất cao Cao Thấp Trung bình Rất cao Trung bình Rất cao Trung bình Cao Rất thấp Rất thấp Trung bình Trung bình Rất thấp Thấp Cao Rất cao Rất thấp Rất cao Cao Cao Chuyển động quay (phần lớn) Chuyển động quay (phần lớn) Chuyển động quay Chuyển động tịnh tiến Chuyển động quay Chuyển động tịnh tiến Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Áp suất là lực tác động trên một đơn vị diện tích, nghĩa là Áp suất = Lực/Diện tích Định luật Pascal về chất lỏng được trình bày như sau: Bỏ qua ảnh hưởng của khối lượng của khối chất lỏng, áp suất sẽ bằng nhau tại mọi điểm bên trong chất lỏng khi khối chất lỏng ở trạng thái nghỉ. Áp suất tĩnh tác động giống nhau lên tất cả các hướng trong cùng thời điểm Áp suất này tác động vuông góc lên các mặt phẳng tiếp xúc với chất lỏng. Áp suất Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Tải W Lực F Tiết diện A Tiết diện a L l a A Tải W Lực F Tâm quay Để nâng tải W bằng hệ thống thủy lực này thì chất lỏng phải chảy từ buồng nhỏ sang buồng lớn. Để đạt được điều đó buộc phải có sự chênh lệch về áp suất giữa hai buồng, vì chất lỏng di chuyển từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp. Do vậy để nâng tải W thì áp suất tại buồng nhỏ phải tăng lên, có nghĩa là lực F phải gia tăng một lượng là ΔF. Hơn nữa, để nâng tải W lên một đọan có chiều dài L, chất lỏng phải dịch chuyển từ buồng nhỏ sang buồng lớn với một thể tích là: Thể tích V = A x L = a x l NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Công sinh ra = W x L Nhưng Áp suất P = W/A Nên W = P x A Vậy, công sinh ra = P x A x L Tải W Lực F Tiết diện A Tiết diện a L l a A Tải W Lực F Tâm quay NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Chất lỏng di chuyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 5 6 1 2 3 4 7 8 F2 A2 F1 A1 F2 = F1(A2/A1) 1. Nút xả 2. Van 1 chiều 3. Rảnh thóat dầu 4. Van 1 chiều 5. Bể chứa dầu 6. Cần gạt 7. Xy lanh đẩy 8. Xy lanh ép . Lực nâng của kích sẽ tỉ lệ thuận với tỉ lệ giữa tiết diện hai xy lanh. NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Áp suất cột chất lỏng Cột chất lỏng tạo ra áp suất tại đáy của nó bởi do trọng luợng của nó, áp suất này sẽ tăng khi chiều cao cột chất lỏng tăng. Chúng ta xem xét áp suất tại đáy của cột chất lỏng có tiết diện là A và có chiều cao là h. Giả sử khối lượng cho một đơn vị thể tích là w. Khối lượng cột chất lỏng = Thể tích x khối lượng riêng = (Ah) x w Áp suất = Trọng lượng / Diện tích = Ahw / A = wh NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Áp suất cột chất lỏng Áp suất P = wh NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Ví dụ 1.1 Cửa vào của 1 bơm thủy lực nằm dưới mặt thoáng của dầu một khoảng là 0.6 m. Nếu trọng lượng riêng của dầu là 860 kg/m3, tính áp suất tĩnh tại cửa vào của bơm. NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Áp suất P = wh Áp suất tại cửa vào của bơm = 860 x 0.6 (kg/m2) = 516 (kg/m2) = 0.0516 (kg/cm2) = 0.0516 x 0.981 (bar) = 0.0506 (bar) Chú ý: 1 kg/cm2 = 0.981 bar NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Lưu lượng  Trong mọi hệ thống ma sát luôn ngược hướng chuyển động. Để tạo ra chuyển động cho một đối tượng, ngọai lực tác động lên đối tượng đó phải thắng được lực ma sát.  Điều này cũng tồn tại trong dòng chảy của lưu chất. Trong ống dẫn chứa lưu chất, cần phải có sự chênh lệch áp suất giữa các đầu ống để tạo nên dòng chảy và chất lỏng di chuyển từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp.  Độ chênh lệch áp suất càng cao thì lưu lượng càng lớn. Như vậy, khi có sự chênh áp suất thì sẽ có dòng chảy và ngược lại, khi có dòng chảy thì có sự chênh lệch về áp suất. Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Ở vận tốc thấp, dòng chảy trong ống tồn tại dưới dạng dòng chảy tầng, tất cả các phần tử di chuyển cùng một hướng. Khi vận tốc của dòng chảy vượt qua một giá trị đủ lớn, dòng chảy chuyển sang dạng chảy rối mà trong đó các phần tử của lưu chất không phải di chuyển theo cùng một hướng, mà mang tính ngẫu nhiên. Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Đối với dòng chảy tầng, độ chênh lệch áp suất hoặc ma sát cản của thành ống có các đặc tính sau:  Tỉ lệ thuận với chiều dài và đường kính ống dẫn  Tỉ lệ thuận với lượng lưu chất đang chảy  Không phụ thuộc vào áp suất hệ thống  Không phụ thuộc vàp độ nhám của thành ống  Phụ thuộc vào độ nhớt của lưu chất (độ nhớt này thay đổi theo nhiệt độ) Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Đối với dòng chảy rối, độ chênh lệch áp suất trong ống có các đặc tính sau:  Tỉ lệ thuận với chiều dài và đường kính ống dẫn  Tỉ lệ thuận với bình phương lượng lưu chất đang chảy  Không phụ thuộc vào áp suất hệ thống  Phụ thuộc vào độ nhám của thành ống  Không phụ thuộc vào độ nhớt của lưu chất Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Cennitec Lê Thể Truyền Mối quan hệ giữa độ mất áp và lưu lượng trong các ống dẫn có đường kính khác nhau NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Để hiệu suất của hệ thống thủy lực đạt ở mức cao nhất kích thước của các ống dẫn phải chọn sao cho có được dạng chảy tầng của lưu chất. Thông thường  Vận tốc dòng chảy trong ống hút của bơm phải là 0.6 – 1.2 m/s,  Vận tốc trong ống đẩy (ống dẫn có áp suất) và ống hồi dầu là 2.1 – 4.6 m/s. Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Ví dụ 1.2 Tính kích thước của ống hút và ống đẩy của bơm có lưu lượng là 40 l/min, vận tốc lớn nhất của dòng chảy trong ống hút là 1.2 m/s và trong ống đẩy là 3.5 m/s. Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Ống hút  Lưu lượng = Vận tốc trung bình x Tiết diện dòng chảy  Tiết diện ống = Lưu lượng trong ống / Vận tốc dòng chảy  Lưu lượng = 40 (l/min) = 40/60 (l/s) = (40/60) x 10-3 (m3/s)  Tiết diện ống = [(40/60) x 10-3] / 1.2 = 0.555 x 10-3 m2  Gọi D là đường kính trong của ống hút  Tiết diện ống= πD2/4 = 0.555 x 10-3 m2  Suy ra D = (4/π x 0.555 x 10-3)1/2 = 0.0266 m  Đường kính nhỏ nhất của ống hút phải là: 0.2666 m = 26.6 mm Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Ống đẩy Đừờng kính cần thiết cho ống đẩy cũng được tính tương tự như ống hút đã trình bày phần trên. Với vận tốc dòng chảy trong ống đẩy lớn nhất là 3.5 m/s thì đường kính trong nhỏ nhất của ống đẩy phải là 15.6 mm. Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC  Tuy nhiên, các ống dẫn dùng trong các hệ thống thủy lực được sản xuất theo tiêu chuẩn. Do vậy, các kết quả tính toán chỉ là cơ sở để dựa vào đó chúng ta chọn các ống dẫn có kích thước tiêu chuẩn phù hợp với yêu cầu.  Thông thường, kích thước của ống dẫn tiêu chuẩn được chọn lớn hơn so với kết quả tính đã tính toán.  Trong một vài trường hợp, kích thước của ống dẫn có thể chọn nhỏ hơn kết quả đã tính toán. Khi đó, việc tính toán lại các thông số dòng chảy để kiểm tra các thông số đó có nằm trong vùng cho phép hay không là cần thiết. Cennitec Lê Thể Truyền NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC  Ví dụ, ống dẫn được sản xuất theo tiêu chuẩn có đường kính ngòai là 20 mm và chiều dày của thành ống là 2.5 mm được chọn cho ống đẩy ở ứng dụng trên. Sở dĩ ta chọn ống này để làm ống đẩy là vì đường kính trong của nó là 15 mm, xấp xỉ với kết quả đã tính tóan ở trên là 15.6 mm. Quá trình tính toán ngược để kiểm tra lại như sau:  Vận tốc dòng chảy = Lưu lượng trong ống / Tiết diện ống  Tiết diện ống là = (π/4) x 152 mm2 = 177 mm2 = 177 x 10-6 m2  Vận tốc dòng chảy = (40 x 10-3) / (60 x 177 x 10-6) (m3/sm2) = 3.77 m/s  Như vậy, nếu dùng ống đã chọn thì vận tốc dòng chảy trong ống này là 3.77 m/s, cao hơn một ít so với yêu cầu ban đầu là 3.5 m/s. Tuy nhiên, nếu so sánh với vùng vận tốc của dòng chảy trong các ống dẫn có áp để có dòng chảy tầng là 2.1 - 4.6 m/s thì giá trị này là thỏa mãn. Cennitec Lê Thể Truyền Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản W Bơm Van giới hạn áp suất Van điều khiển hướng Xy lanh Tải Bể chứa dầu Bơm: cung cấp lưu lượng cho hệ thống. Bơm trong hình là bơm có thể tích riêng cố định, nghĩa là nó đều cung cấp một lưu lượng cố định sau mỗi vòng quay. Van giới hạn áp suất (relief valve): có nhiệm vụ bảo vệ hệ thống. Nếu áp suất hệ thống tăng đến ngưỡng đã qui định (bởi van) thì van mở cho phép lưu lượng dư trở về bể chứa dầu. Van điều khiển hướng: có nhiệm vụ điều khiển lưu chất đến vị trí mong muốn Xy lanh: có nhiệm vụ chuyển năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ. Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản W Bơm Van giới hạn áp suất Van điều khiển hướng Xy lanh Tải Bể chứa dầu ΔP line 1 ΔP line 2 ΔP line 3 ΔP line 4 ΔP van Pr Pc ΔPline1 = mất áp giữa bơm và van điều khiển hướng ΔPvan = mất áp qua van điều khiển hướng ΔPline2 = mất áp giữa van điều khiển hướng và xy lanh ΔPline3 = mất áp giữa buồng còn lại của xy lanh và van điều khiển hướng ΔPline 4 = mất áp giữa van điều khiển hướng và bể dầu Hiệu suất xy lanh là 0.9 Tải W = 22 250 N Giả sử xy lanh có đường kính piston là D = 100 mm, và ti là d = 70 mm. Diện tích piston xy lanh là: A = πD2/4 = 3.14 x (10)2 /4 = 78.5 cm2 = 78.5 x 10-4 m2 Diện tích của ti xy lanh là a = πd2/4 = 3.14 x (7)2 /4 = 38.45 cm2 = 38.45 x 10-4 m2 Cennitec Lê Thể Truyền Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản ΔPline1 = 3 bar ΔPline3 = 1.5 bar ΔPvan = 3.5 bar ΔPline4 = 1 bar ΔPline2 = 1 bar Trong thời gian xy lanh đi ra, áp suất tại buồng chứa ti là Pr = ΔPline3 + ΔPvan + ΔPline4 = 1.5 + 3.5 + 1 = 6 bar Cân bằng lực trên xy lanh là: 0.9PcA = Pr (A - a) + W Vậy Pc = [Pr (A - a) + W] / 0.9A = [6 x 105 x (78.5 – 38.45) x 10-4 + 22250]/[0.9 x (78.5 x 10-4)] = 35.7 x 105 (N/m2) = 35.7 bar Áp suất tại bơm phải là: P = Pc + ΔPline2 + ΔPvan + ΔPline1 = 35.7 + 1 + 3.5 + 3 = 43.2 bar W Bơm Van giới hạn áp suất Van điều khiển hướng Xy lanh Tải Bể chứa dầu ΔP line 1 ΔP line 2 ΔP line 3 ΔP line 4 ΔP van Pr Pc Cennitec Lê Thể Truyền ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC Các ưu điểm chính của hệ thống thủy lực: -Tỉ số công suất-tỉ trọng cao. -Tự bôi trơn -Không có hiện tượng bão hòa trong hệ thống thủy lực như trong các hệ thống điện. Mô-men của các động cơ điện tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, nhưng nó bị giới hạn bởi hiện tượng bão hòa từ trường. -Tỉ số lực/khối lượng và mô-men/quán tính cao, điều đó dẫn đến khả năng đạt gia tốc cao và đáp ứng nhanh của các động cơ thủy lực. -Độ cứng của xy lanh thủy lực cao, điều đó cho phép dừng tải đột ngột tại các vị trí bất kỳ. -Dễ dàng bảo vệ khi hệ thống quá tải. -Có khả năng tích trữ năng lượng trong các bình tích áp thủy lực. -Độ linh hoạt cao hơn so với các hệ thống cơ khí. -Ứng dụng được cho cả chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. -An toàn, không gây nguy cơ cháy nổ. Cennitec Lê Thể Truyền ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC Các nhược điểm của hệ thống thủy lực: -Nguồn thủy lực không có sẵn mọi nơi, không giống như điện -Giá thành cao vì các thiết bị thủy lực cần độ chính xác cao -Nhiệt độ làm việc bị giới hạn giữa hai giá trị nhỏ nhất và lớn nhất. -Cần phải có hệ thống lọc dầu. Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 1) Ký hiệu mũi tên cắt ngang một thành phần chỉ rằng thành phần đó là điều chỉnh được 2) Đường thẳng nét liền biểu diễn đường dẫn dầu. Nó không chỉ ra bất cứ thông tin nào về áp suất trong ống dẫn. Ống dẫn có thể là ống hút, ống đẩy hoặc ống hồi dầu về chứa. 3) Đường dầu rò, trong các hệ thống truyền động thủy lực nó có vai trò dẫn lượng dầu bị rò rỉ ra bên ngòai của các thành phần thủy lực như van, bơmvề bể chứa dầu, được biểu diễn bằng đường nét đứt. -------------------------- Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 4) Đường dầu điều khiển được dùng để truyền tín hiệu áp suất từ một điểm đến điểm khác với lưu lượng nhỏ nhất được biểu diễn bằng đường nét đứt dài _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 5) Van một chiều có chức năng chỉ cho phép lưu chất đi theo 1 hướng. Nó gồm 1 bi cầu và 1 lò xo. Van một chiều được biểu diễn bằng ký hiệu sau Free flow 7) Van một chiều mà nó có thể mở cho dầu đi theo hướng bị cấm nhờ 1 áp suất điều khiển gọi là van một chiều có điều khiển. Van một chiều có điều khiển được biểu diễn bằng ký hiệu như sau Free flow Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 8) Van điều khiển hướng đi của lưu chất được biểu diễn bằng các hình chữ nhật. Van có bao nhiêu vị trí thì được biểu diễn bằng bấy nhiêu hình chữ nhật tương ứng Van hai vị trí Van ba vị trí 9) Các van điều khiển áp suất có thể phân thành hai lọai: lọai van thường đóng và lọai van thường mở. Để biểu diễn một van điều khiển áp suất ta dùng 1 ô hình chữ nhật với đường dẫn đi qua nó. Lò xo điều chỉnh được Đường dầu điều khiển Van thường đóng Lò xo điều chỉnh được Đường dầu điều khiển Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 10) Van điều khiển lưu lượng được biểu diễn như là một khe hẹp của dòng chảy. Nếu lưu lượng có thể được điều chỉnh thì nó được biểu diễn bằng mũi tên nghiêng Van điều chỉnh lưu lượng một hướng Hướng lưu lượng điều khiển được Hướng lưu lượng chảy rự do Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 11) Tất cả các ký hiệu có chứa đường tròn đều thể hiện một cơ cấu quay, chẳng hạn như bơm hoặc động cơ thủy lực. Hình tam giác tô đen thể hiện hướng đi của lưu chất, đối với ký hiệu biểu diễn bơm thì hình tam giác này hướng ra phía ngòai, còn đối với ký hiệu biểu diễn động cơ thủy lực thì hướng vào phía trong. a) Bơm thủy lực một hướng, thể tích riêng cố định. Cửa hút Cửa đẩy Trục truyền động b) Bơm thủy lực hai hướng, thể tích riêng thay đổi Đường dầu rò rỉ Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC c) Động cơ thủy lực một hướng, thể tích riêng cố định Cửa dầu vào Cửa dầu ra Trục động cơ d) Động cơ điện M e) Động cơ nổ M Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 13) Bộ lọc và hệ thống làm mát a) Bộ lọc b) Bộ làm mát c) Đồng hồ đo lưu lượng f) Bình tích áp vận hành bằng khí nén Cennitec Lê Thể Truyền KÝ HIỆU CHO CÁC THÀNH PHẦN THỦY LỰC 12) Xy lanh thủy lực được thể hiện bằng ký hiệu có chứa vỏ xy lanh, piston và ti. a) Xy lanh thủy lực tác động kép, không có giảm chấn b) Xy lanh thủy lực tác động kép, có giảm chấn c) Xy lanh thủy lực tác động đơn Cennitec Lê Thể Truyền BÀI TẬP Độ chênh áp suất trên bơm là 100 bar, và lưu lượng bơm cung cấp là 60 l/min. Xác định công suất tối thiểu để kéo bơm. Giả thiết rằng hiệu suất hệ thống là 100%. Do một số lý do ta không biết được lưu lượng của bơm, và đồng hồ đo lưu lượng cũng không thể lắp vào hệ thống. Một xy lanh không tải có thể dùng để xác định một cách gần đúng lưu lượng của bơm. Xy lanh có hành trình là 203 mm. Thời gian đi ra hết hành trình là 2.4 s. Xác định lưu lượng bơm cấp cho xy lanh. Bài tập1 Bài tập 2 Cennitec Lê Thể Truyền BÀI TẬP Bơm Van giới hạn áp suất Van điều khiển hướng Xy lanh Bể chứa dầu P2 P1 Mạch thủy lực đơn giản được trình bày trong hình bên. Trong lúc xy lanh đi ra không tải, các áp suất đo được như sau: P1 = 10 bar P2 = 8 bar Xy lanh có đường kính piston là 38 mm, và đường kính ti là 15.8 mm. Tính lực cản bên trong xy lanh khi xy lanh đi ra. Lực cản này là lực cần để thắng ma sát giữa các bạc làm kín của piston và ti với vỏ xy lanh Bài tập 3 Cennitec Lê Thể Truyền BÀI TẬP ΔPline1 ΔPline2 ΔPline3 ΔPline4 ΔPDVC ΔPM ΔPline1 = Mất áp từ bơm đến van điều khiển hướng (VDC) = 2.5 bar ΔPVDC = Mất áp trên điều khiển hướng (VDC) = 2.2 bar ΔPline2 = Mất áp từ van điều khiển hướng (VDC) đến động cơ thủy lực = 0.5 bar ΔPM = Độ chênh áp trên động cơ thủy lực ΔPline3 = Mất áp từ động cơ đến van điều khiển hướng (VDC) = 0.75 bar ΔPline4 = Mất áp từ van điều khiển hướng (VDC) đến bể chứa dầu = 1 bar Van giới hạn áp suất được nối ngay ngõ ra của bơm. Động cơ thủy lực có thể tích riêng là 37.7 cm3/rev và cung cấp mô-men là 1225 Nm. Cần cài đặt cho van giới hạn áp suất ở giá trị bao nhiêu? Bài tập 4 cenintec www.themegallery.com