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 THƠNGSỐ 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 mơ tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm các cụm và phần tử chính, cĩ 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 cơng suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng địi hỏi ít về chăm sĩc, bảo dưỡng). - Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vơ cấp, (dễ thực hiện tự động hố theo điều kiện làm việc hay theo chương trình cĩ sẵn). - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn khơng lệ thuộc nhau. - Cĩ 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 cĩ thể sử dụng ở vận tốc cao mà khơng 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 phịng quá tải nhờ van an tồn. - Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiềumạch. - Tự động hố đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hố. b. Nhược điểm của truyền động bằng thuỷ lực - Mất mát trong đường ống dẫn và rị rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. - Khĩ giữ được vận tốc khơng 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 hố học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mịn các chi tiết cao su, khả năng bơi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đơng đặc. Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Cĩ khả năng bơi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và ápsuất; - Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ; - Cĩ tính trung hồ (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra; - Phải cĩ độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rị dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất; - Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hồ tan trong nước và khơng khí, dẫn nhiệt tốt, cĩ mơđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ. Trong những yêu cầu trên, dầu khống chất thoả mãn được đầy đủ nhất 1.2. Các thơng 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 cĩ 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 cĩ diện tích 1m2 với lực tác động vuơng gĩc lên bề mặt đĩ 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 nĩ cĩ 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 tốn, ta lấy1kg/cm2 = 10N/cm2) - Ngồi ra cịn 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 dịng chảy của lưu chất qua một tiết diện dịng chảy. Đơn vị thường dùng là l/min. Q = v.A Trong đĩ: Q lưu lượng của dịng chảy A Tiết diện của dịng chảy v Vận tốc trung bình của dịng chảy 1.1.3.4 Vận tốc - Đơn vị của cơng là m/s (cm/s). 1.1.3.5 Cơng suất - Đơn vị cơng suất là Watt -1 Watt là cơng suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 joule. 1 W = 1 Nm/s 1 W = 1 m2kg/s3 Cơng suất được tính theo cơng thức ܪ = ܳ ቀ௠௜௡௟ ቁ ∗ ܲ(ܾܽݎ)600 (ܭܹ) 1.1.3.6 Độ nhớt - Độ nhớt động của một chất là cĩ độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng riêng 1 kg/cm3. ݒ = ߟ ߩ Trong đĩ:  : 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 - Ngồi ra ta cịn 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 chốn 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 cơng suất cơ học truyền đến các máy cơng tác. Đặc tính của truyền lực thuỷ tĩnh cĩ tính chất: tần số quay cũng như vận tốc của máy cơng tác trong thực tế khơng phụ thuộc vào tải trọng. Do cĩ khả năng tách bơm và động cơ theo khơng gian và sử dụng các đường ống rất linh động nên khơng cần một khơng gian lắp đặt xác định giữa động cơ và máy cơng tác. Trên hệ thống truyền động thuỷ tĩnh cĩ thể thay đổi tỷ số truyền vơ cấp trong một khoảng rộng. Chất lỏng thuỷ lực hiện nay cĩ thể được sử dụng là dầu từ dầu mỏ, chất lỏng khĩ cháy, dầu cĩ 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 khơng ma sát, khơng chịu nén, khơng giãn nở, khi được nạp vào thùng chỉ truyền áp lực vuơng gĩc với thành và đáy thùng (hình 1.9). Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào cột chất lỏng, cĩ nghĩa là khoảng cách từ điểm đo đến mặt thống của chất lỏng: p gh Với chất lỏng lý tưởng, khơng xuất hiện lực tiếp tuyến cũng như các ứng suất tiếp tại thành thùng và giữa các lớp chất lỏng. Khi tính tốn các thiết bị thuỷ tĩnh cĩ thể giả thiết bỏ qua trọng lượng bản thân của chất lỏng do quá nhỏ so với lực tác động ngồi. Áp suất tạo ra từ lực ngồi (hình 3.4) được xác định theo biểu thức: ݌ = ܨ ܣ Áp suất này cĩ thể được tạo ra từ chuyển động gián đoạn của thiết bị ví dụ như pít tơng 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 tơng của một xy lanh thuỷ lực Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 49 bơm cánh quay, b. Chuyển đổi năng lượng nhờpít tơng 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 dịng, chuyển động cuốn theo pít tơng thì sẽlàm dịch chuyển các thểtích nhưnhau: V1 = V2 = A1.s1 =A2.s2 Từ đĩ cĩ: ࢙૚ ࢙૛ = ࡭૛ ࡭૚ , ࡲ૛ = ࡭૛࡭૚ ࡲ૚ Và ௏భ ௏మ = ஺మ ஺భ Cơng dịch chuyển của chất lỏng khi đĩ sẽlà W = F1.s1 =F2.s2 Và cơng suất P = F.V Do F = A.p vàܸ = ொ ஺ Nên P = p.Q Trong đĩ Q là lưu lượngdịng 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 vịng quay, cánh quay cĩ 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 chốn chỗnày của bơm và động cơthuỷlực cịn 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 khơng cĩ hao tổn thì lưu lượng bơm Q1sẽbằng lưu lượng tiếp nhận của động cơQ2 Q1 =Q2 = V1n1 = V2n2 Cĩ nghĩa là ௡భ ௡మ = ௏మ ௏భ Mơ men quay sinh ra trong các máy thuỷlực chuyển động quay (hình 1.12) sẽlà: M= prA. Trong đĩ p là áp suất tạo ra trong bơm theo yêu cầu của tải trọng. Với A= ௏ ଶగ௥ → ܯ = ௣.஺ ଶగ ℎ݋ặܿ ܯ = ௣ொ ଶగ௡ Từ đĩ, cơng suất sản ra hoặc cơng suất tiếp nhận của một máy thuỷlực chuyển động quay sẽlà: P = M = M2n P = pQ Ởđây n được tính là sốvịng 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 đĩ các nhà khoa học đã xây dựng được các cơng thức tính tốn quan trọng. Cơ sở để tính tốn các thiết bị thuỷ lực là các phương trình liên tục, phương trình Bernoulli cho chất lỏng thuỷ lực. Các phương pháp tính tốn sức cản dịng chảy, cĩ nghĩa là các phương pháp tính tốn hao tổn áp suất trong các ống dẫn cĩ ý nghĩa quan trọng trong thực tế. 2.2.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ động a. Phương trình liên tục Dịng chảy dừng của chất lỏng lý tưởng thỏa mãn định luật bảo tồn khối lượng: Lưu khối ݉ଵ̇ chảy quả mặt cắt A1 luơn bằng lưu khối݉ଶ̇ chảy quả mặt cắt A2. Đối với chất lỏng cĩ khối lượng riêng khơng đổi định luật này đúng cho cả trường hợp chảy khơng 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 cĩ khối lượng riêng khơng đổi A1v1 = A2v2 b. Phương trình Bernoulli Phương trình Bernoulli xuất phát từgiảthiết rằng năng lượng của một chất lỏng chảy dừng khơng ma sát trên mọi điểm của mặt cắt ngang tại mọi thời điểm là khơng đổi. Phương trình này thoảmãn trong trường hợp riêng của dịng 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 dịng chảy 3 chiều. Mặc dù vậy cũng cĩ thể ứng dụng đủchính xác làm cơsởtính tốn trong lĩnh vực thuỷlực dầu. Năng lượng tại một điểm xác định trên đường dịng của một dịng chảy chất lỏng lý tưởng bao gồm đđộng năng dịng chảy, áp năng của chất lỏng và thếnăng. Hình 1.14 trình bày sơ đồdịng 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 khơng 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 cĩ giá trịquá nhỏso với động năng và áp năng. Nhưvậy phương trình Bernoulli trong kỹthuật thuỷlực cĩ 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 cĩ chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị tạo ra năng lượng, cịn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy thế, kết cấu và phương pháp tính tốn 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 (dịng 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 cĩ thể phân ra hai loại bơm thể tích: Hình 1.14 Dịng chảy qua hai mặt khác nhau Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 52 + Bơm cĩ lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định. + Bơm cĩ lưu lượng cĩ thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. Những thơng số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất. - Động cơ thủy lực: là thiết bị dùng để biến năng lượng của dịng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng là dầu cĩ áp suất được đưa vào buồng cơng tác của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay. Những thơng số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vịng 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 ngồi + Bơm bánh răng ăn khớp trong; + Bơm pittơng hướng trục; + Bơm trục vít; + Bơm pittơng dãy; + Bơm cánh gạt kép; + Bơm rơto. - Bơm với lưu lượng thay đổi + Bơm pittơng hướng tâm; + Bơm pittơng hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng); + Bơm pittơng 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 nĩ cĩ kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống cĩ 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 cĩ thể từ 10 - 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo). Bơm bánh răng gồm cĩ: loại bánh răng ăn khớp ngồi hoặc ăn khớp trong, cĩ thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chử V. Loại bánh răng ăn khớp ngồi được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì cĩ 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 ngồi; 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 khơng tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng cĩ 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 vịng quay trong một phút [vịng/phút]; Z - Số răng (hai bánh răng cĩ số răng bằng nhau). Thì lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nĩ quay một vịng: Qv = 2.d.m.b [cm3/vịng] hoặc [l/ph] Trong đĩ: Qv là lưu lượng của bơm khi bánh răng quay một vịng Nếu gọi Z là số răng, tính đến hiệu suất thể tích t của bơm và số vịng quay n, thì lưu lượng của bơm bánh răng sẽ là: Qb = = 2..Z.m2..b.n.t [cm3/phút] hoặc [l/ph] Trong đĩ: Qb là lưu lượng của bơm. * Bơm trục vít(Hình 3.9) Bơm trục vít là sự biến dạng của bơm bánh răng. Nếu bánh răng nghiêng cĩ số răng nhỏ, chiều dày và gĩc nghiêng của răng lớn thì bánh răng sẽ thành trục vít.Bơm trục vít thường cĩ 2 trục vít ăn khớp với nhau. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 54 Hình 3.13 Bơm trục vít Bơm trục vít thường được sản xuất thành 3 loại: + Loại áp suất thấp: p = 10 - 15bar + Loại áp suất trung bình: p = 30 - 60bar + Loại áp suất cao: p = 60 - 200bar Bơm trục vít cĩ đặc điểm là dầu được chuyển từ buồng hút sang buồng nén theo chiều trục và khơng cĩ hiện tượng chèn dầu ở chân ren. Nhược điểm của bơm trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp. Ưu điểm căn bản là chạy êm, độ nhấp nhơ lưu lượng nhỏ. * Bơm cánh gạt - Phân loại Bơm cánh gạt cũng là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và chủ yếu dùng ở hệ thống cĩ áp thấp và trung bình. So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn. Kết cấu bơm cánh gạt cĩ nhiều loại khác nhau, nhưng cĩ thể chia thành hai loạichính: + Bơm cánh gạt đơn. + Bơm cánh gạt kép. - Bơm cánh gạt đơn Bơm cánh gạt đơn là khi trục quay một vịng, nĩ thực hiện một chu kỳ làm việc bao gồm một lần hút và một lần nén. Lưu lượng của bơm cĩ thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vịng trượt), thể hiện ở hình 3.10 Hình 3.10. Nguyên tắc điều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt đơn a. Nguyên lý và ký hiệu; b. điều chỉnh bằng lị xo; c. Điều chỉnh bằng lưu lượng thủy lực Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 55 *Bơm cánh gạt kép Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vịng, nĩ thực hiện hai chu kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén, hình 3.11. Hình 3.11. Bơm cánh gạt kép * Bơm pittơng - Phân loại Bơm pittơng là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pittơng - xilanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đĩ dễ dàng đạt được độ chính xác gia cơng cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, cĩ khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất cĩ thể đạt được là p = 700bar). Bơm pittơng thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn; đĩ là máy truốt, máy xúc, máy nén,....Dựa trên cách bố trí pittơng, bơm cĩ thể phân thành hai loại: + Bơm pittơng hướng tâm. + Bơm pittơng hướng trục. Bơm pittơng cĩ thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh được. - Bơm pittơng hướng tâm Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 56 Hình 3.12. Bơm pitton hướng tâm Pittơng bố trí trong các lỗ hướng tâm rơto, quay xung quanh trục. Nhờ các rãnh và các lỗ bố trí thích hợp trên trục phân phối, cĩ thể nối lần lượt các xilanh trong một nữa vịng quay của rơto với khoang hút nữa kia với khoang đẩy. Sau một vịng quay của rơto, mỗi pittơng thực hiện một khoảng chạy kép cĩ độ lớn bằng 2 lần độ lệch tâm e. - Bơm pittơng hướng trục Bơm pittơng hướng trục là loại bơm cĩ pittơng đặt song song với trục của rơto và được truyền bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng. Ngồi những ưu điểm như của bơm pittơng hướng tâm, bơm pittơng hướng trục cịn cĩ ưu điểm nữa là kích thước của nĩ nhỏ gọn hơn, khi cùng một cỡ với bơm hướng tâm. Ngồi ra, so với tất cả các loại bơm khác, bơm pittơng hướng trục cĩ hiệu suất tốt nhất, và hiệu suất hầu như khơng phụ thuộc và tải trọng và số vịng quay,(hình 4.13) Hình 3.13. Bơm pitton hướng trục 1- Piston; 2- Xy lanh; 3- Đĩa dẫn dầu; 4 - Độ nghiêng; 5 - Piston; 6- Trục truyền; 7 - Khớp cầu Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 57 3.1.2 Xy lanh truyền động (cơ cấu chấp hành) a. Nhiệm vụ Xy lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động tịnh tiến. b. Phân loại Xy lanh thủy lực được chia làm hai loại: xy lanh lực và xy lanh quay (hay cịn gọi là xy lanh mơmen). Trong xy lanh lực, chuyển động tương đối giữa pittơng với xy lanh là chuyển động tịnh tiến. Trong xy lanh quay, chuyển động tương đối giữa pittơng với xy lanh là chuyển động quay (với gĩc quay thường nhỏ hơn 3600). Pittơng bắt đầu chuyển động khi lực tác động lên một trong hai phía của nĩ (lực đĩ thể là lực áp suất, lực lị xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản cĩ hướng ngược lại chiều chuyển động (lực ma sát, thủy động, phụ tải, lị xo,...), Ngồi ra, xy lanh truyền động cịn được phân theo: * Theo cấu tạo - Xy lanh đơn - Xy lanh kép - Xy lanh vi sai * Theo kiểu lắp ráp + Lắp chặt thân + Lắp chặt mặt bích + Lắp xoay được + Lắp gá ở 1 đầu xy lanh c. Một số xy lanh thơng dụng * Xy lanh tác dụng đơn Chất lỏng làm việc chỉ tác động một phía của piston và tạo nên chuyển động một chiều. Chiều chuyển động ngược lại được thực hiện nhờ lực lị xo. - Lùi về nhờ ngoại lực - Lùi về nhở lị xo * Xy lanh tác dụng kép Chất lỏng làm việc tác động vào hai phía của pittơng và tạo nên chuyển động hai chiều. - Lùi về bằng thủy lực - Lùi về bằng thủy lực cĩ giảm chấn Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 58 - Tác dụng cả hai phía - Tác dụng quay * Xi lanh vi sai: - Tác dụng đơn: - Tác dụng kép 3.1.3 Bể dầu * Kết cấu của bể dầu Hình 3.16. Các chi tiết của bể chứa dầu 1- Động cơ điện;2-ống nén;3- Bộ lọc;4- Phía hút; 5- Vách ngăn;6- Phía xả;7- Mắt dầu;8- Đổ dầu;9-ống xả. Hình 3.16 là sơ đồ bố trí các cụm thiết bị cần thiết của bể cấp dầu cho hệ thống điều khiển bằng thủy lực. Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc (5). Khi mở động cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lộc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào một ngăn khác. Dầu thường đổ vào bể qua một cửa (8) bố trí trên nắp bể lọc và ống xả (9) được đặt vào gần sát bể chứa. Cĩ thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7). Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch. Sau một thời gian làm việc định kỳ thì bộ lọc phải được tháo ra rữa sạch hoặc thay mới. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 59 Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta gắn vào một van tràn điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an tồn cho đường ống cấp dầu. 3.3.1.4 Bộ lọc dầu Trong quá trình làm việc, dầu khơng tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngồi vào, hoặc do bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy cĩ kích thước nhỏ trong các cơ cấu dầu ép, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt động của hệ thống. Do đĩ trong các hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm. Trường hợp dầu cần sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một bộ ở ống xả của hệ thống dầu ép. Ký hiệu: 3.1.5 Đo áp suất và lưu lượng a. Đo lưu lượng - Đo lưu lượng bằng bánh hình ơvan và bánh răng Hình 3.17. Bộ đo lưu lượng dầu bằng hình ơ van và bánh răng Chất lỏng chảy qua ống làm quay bánh ơvan và bánh răng, độ lớn lưu lượng được xác định bằng lượng chất lỏng chảy qua bánh ơvan và bánh răng - Đo lưu lựơng bằng tuabin và cánh gạt Chất lỏng chảy qua ống làm quay cánh tuabin và cánh gạt, độ lớn lưu lượng được xác định bằng tốc độ quay của cánh tuabin và cánh gạt Hình 3.18. Bộ đo lưu lượng dầu bằng tuabin và cánh gạt b. Đo áp suất - Đo áp suất bằng áp kế lị xo Nguyên lý đo áp suất bằng áp kế lị xo: dưới tác dụng của áp lực, lị xo bị biến dạng, qua cơ cấu thanh truyền hay địn bẩy vàbánh răng, độ biến dạng của lị xo sẽchuyển đổi thành giá trị được ghi trên mặt hiện số. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 60 Hình 2.25. áp kế lị xo - Nguyên lý hoạt động của áp kế lị xo tấm Dưới tác dụng của áp suất, lị xo tấm (1) bịbiến dạng, qua trục địn bẩy (2), chi tiết hình đáy quạt (3), chi tiết thanh răng (4), kim chỉ (5), giá trị áp suất được thể hiện trên mặt số Hình 3.21 Áp kế lị xo tấm 1. Kim chỉ 2. Thanh răng 3. Chi tiết hình đáy quạt 4. Địn bẩy 5. Lị xo tấm 3.2 Các phần tử của hệ thống điều khiển thuỷ lực 3.2.1 Van áp suất Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực. Van áp suất gồm cĩ các loại sau: + Van tràn và van an tồn + Van giảm áp + Van cản + Van đĩng, mở cho bình trích chứa thủy lực. 3.2.2 Van tràn và an tồn Van tràn và van an tồn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực vượt quá trị số quy định. Van tràn làm việc thường xuyên, cịn van an tồn làm việc khi quá tải. Ký hiệu của van tràn và van an tồn Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 61 Cĩ nhiều loại: + Kiểu van bi (trụ, cầu) + Kiểu con trượt (pittơng) + Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp) a. Kiểu van bi Hình 3.19. kết cấu của van bi Giải thích: khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên vượt quá mức điều chỉnh, cĩ sẽ thắng lực lị xo, van mở cửa và đưa dầu về bể. Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít điều chỉnh ở phía trên. Kiểu van bi cĩ kết cấu đơn giản nhưng cĩ nhược điểm: khơng dùng được ở áp suất cao, làm việc ồn ào. Khi lị xo hỏng, dầu lập tức chảy về bể làm cho áp suất trong hệ thống giảm đột ngột. b. Kiểu van con trượt Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3. Nếu như lực do áp suất dầu tạo nên là F lớn hơn lực điều chỉnh của lị xo Flx và trọng lượng G của pittơng, thì pittơng sẽ dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dùng để tháo dầu rị ở buồng trên ra ngồi. Hình 3.20. Kết cấu kiểu van con trượt Ta cĩ: p1.A = Flx (bỏ qua ma sát và trọng lượng của pittơng) Flx = C.x0 Khi p1 tăng  F = p1*.A > Flx pittơng đi lên với dịch chuyển x. p1*.A = C.(x+x0) Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 62 Nghĩa là: p1 pittơng đi lên một đoạn x  dầu ra cửa 2 nhiều  p1  để ổn định. Vì tiết diện A khơng thay đổi, nên áp suất cần điều chỉnh p1 chỉ phụ thuộc vào Flx của lị xo. Loại van này cĩ độ giảm chấn cao hơn loai van bi, nên nĩ làm việc êm hơn. Nhược điểm của nĩ là trong trường hợp lưu lượng lớn với áp suất cao, lị xo phải cĩ kích thước lớn, do đĩ làm tăng kích thước chung của van. 3.2.3 Van giảm áp Hình 3.21. Van giảm áp Hình 3.22. Sơ đồ mạch thủy lực cĩ van giảm áp Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành cĩ áp suất khác nhau. Lúc này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết. Trong hệ thống này, xilanh 1 làm việc với áp suất p1, nhờ van giảm áp tạo nên áp suất p1> p2 cung cấp cho xilanh 2. Áp suất ra p2 cĩ thể điều chỉnh được nhờ van giảm áp. Ký hiệu: 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 đĩng, 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 cĩ thể nhiều hơn. + Số vị trí: là số định vị con trượt của van. Thơng thường van đảo chiều cĩ 2 hoặc 3 vị trí. Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí cĩ 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. Cĩ nhiều loại tín hiệu khác nhau cĩ thể tác động làm van đảo chiều thay đổi vị trí làm việc của nịng 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 khố lẫn. * Van một chiều Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 65 Van một chiều dùng để điều khiển dịng 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 cĩ: 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 cĩ tín hiệu điều khiển bên ngồi 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 cĩ dịng chảy, khi cĩ tín hiệu X; c. ký hiệu * Van tác động khố lẫn - Nguyên lý hoạt động Kết cấu của van tác động khố lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều khiển được hướng chặn. Khi dịng 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 cĩ tín hiệu điều khiển A1 hoặc khi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải cĩ tín hiệu điều khiển A2 Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 66 Hình 3.29. Van tác động khĩa lẫn a- Dịng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 ( như van một chiều); b- Từ B2 về A2 thì phải cĩ tín hiệu điều khiển A1; c- Ký hiệu CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1. Trình bày khái niệm, yêu cầu và các thơng 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 mơ men quay hay chuyển động tịnh tiến. 1.2 Yêu cầu Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đều cĩ những yêu cầu kỹ thuật nhất định. - Các thơng 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 hĩa. - 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. Mơmen xoắn tác động lên trục động cơ dầu bao gồm: + Mơmen do quán tính Ma = J. [Nm] (J - mơmen quán tính khối lượng trên phụ tải [Nms2]; +  - gia tốc gĩc của trục quay phụ tải [rad/s2].) + Mơmen do ma sát của các phần tử chuyển động của phụ tải MD [Nm]. + Mơmen do tải trọng ngồi ML [Nm]. + Mơmen 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 thơng với đường tháo. Do đĩ động cơ sẽ tạo ra mơ men quay. Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đĩng 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 thơng với đường tháo. Do đĩ động cơ sẽ tạo ra mơ 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 đĩ: 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 thơng với đường tháo. Do đĩ piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ trái qua phải. Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đĩng 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 thơng với đường tháo. Do đĩ piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ phải qua trái 2.3 Sơ đồ cấu tạo một số mạch điều khiển thơng 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 cĩ 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 cơng Khi tác động bằng tay, pittơng mang hàm kẹp di động đi ra, kẹp chặt chi tiết. Khi gia cơng xong, gạt bằng tay cần điều khiển van đảo chiều, pittơng lùi về, hàm kẹp mở ra. Để cho xilanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vậntốc chậm, khơng 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 cơng 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 cơng 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, khơng 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 cơng 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 đĩ 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 cơng 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 cĩ: bơm cột áp thấp (<20 mH20), bơm trung áp (20- 60 mH20), bơm cao áp (>60mH20). - Phân loại theo số bánh cơng 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 vịng 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 cĩ 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 cĩ trong bơm, lưu lượng của bơm là lưu lượng của 1 bct Trong bơm nhiều cấp cĩ: loại cĩ bánh cơng tác nằm cùng phía, loại cĩ bánh cơng tác nằm đối xứng Bơm nhiều cấp được sử dụng ở những nơi cĩ yêu cầu cột áp cao: - Trong sinh hoạt: phục vụ ở các chung cư cao tầng ... - Trong cơng nghiệp: phục vụ ở các dàn khoan dầu khí, trong khai thác khống 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 cơngxơn ..) Bơm cơng xơn 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 cĩ cùng kích thước ghép lại với nhau nên lưu lượng bơm sẽ tăng gấp đơi trong khi cột áp vẫn giữ nguyên. Ngồi ra, với cách hút chất lỏng từ 2 phía đối xứng nên khơng gây ra lực hướng trục trong bơm, bơm cĩ 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 cơng tác tiếp xúc với chất lỏng. Khi bánh cánh cơng tác quay với một vận tốc nào đĩ 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 cĩ 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 nĩ. Quá trình trao đổi năng lượng diễn ra liên tục tạo thành đường dịng liên tục chuyển động qua bơm. Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh cơng tác lớn sẽ làm tăng tổn thất của đường dịng, 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 cơng tác sẽ được dẫn vào buồng cĩ 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, nĩ nhận năng lượng dịng nước để quay và kéo rơ to máy phát điện quay theo để tạo ra dịng 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 cĩ liên quan Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 73 Hình 4.12. Tuốc bin thủy lực Trục Turbine cĩ hai đầu, đầu dưới cĩ bích nối với vành trên của bánh xe cơng tác cịn đầu trên cũng cĩ bích nối với Rotor của máy phát điện. Stator của máy phát điện được tì lên khối bê tơng lớn của nhà máy. Tồn bộ phần quay của tổ máy phát điện thuỷ lực bao gồm bánh xe cơng tác, trục và Rotor của máy phát điện cĩ một hệ thống ổ trục gồm: Ổ trụchướng và ổ trục chặn khơng cho chuyển vị theo phương thẳng đứng. Tải trọng đè lên ổ trục chặn (ở tổ máy trục đứng) gồm cĩ trọng lượng phần quay của tổ máy và áp lực nước dọc trục tác dụng lên bánh xe cơng tác. Ổ trục chặnthường bố trí trên nắp Turbine cịn ở các tổ máy nằm ngang tải trọng đĩ 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 dịng chảy qua bánh xe cơng tác. Năng lượng dịng chảy truyền qua bánh xe cơng 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 cĩ động năng của dịng chảy tác dụng lên bánh xe cơng tác cịn thế năng bằng khơng. Hệ turbine này chỉ phát ra cơng suất nhờ động năng của dịng chảy, cịn 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 dịng chảy. Trong turbine này áp suất tại cửa lớn và cửa ra, trong bánh xe cơng tác dịng chảy biến đổi cả về thế năng và động năng. Trong đĩ vận tốc dịng chảy chảy qua Turbine tăng dần cịn áp suất thì giảm dần. Máng dẫn của cánh hình cơn nên gây ra độ chênh áp giữa mặt cánh từ đĩ tạo ra mơ men quay. Turbine phản kích dùng cho trạm cĩ mức nước thấp cịn 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 ƠN 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 Cơng 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.