🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Giáo Trình Thủy Lực Và Khí Nén Ebooks Nhóm Zalo Môc lôc Trang PhÇn 1 : hÖ thèng thñy lùc........................................ 6 Ch−¬ng 1 : c¬ së lý thuyÕt...................................................................... 6 1.1. LÞch sö ph¸t triÓn vµ kh¶ n¨ng øng dông cña HTT§ thñy lùc................ 6 1.2. Nh÷ng −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc . 6 1.1.1. ¦u ®iÓm.................................................................................................... 6 1.1.2. Nh−îc ®iÓm .............................................................................................. 6 1.3. §Þnh luËt cña chÊt láng................................................................................ 6 1.2.1. ¸p suÊt thñy tØnh ...................................................................................... 7 1.2.2. Ph−¬ng tr×nh dßng ch¶y............................................................................ 7 1.2.3. Ph−¬ng tr×nh Bernulli ............................................................................... 7 1.4. §¬n vÞ ®o c¸c ®¹i l−îng c¬ b¶n ................................................................... 8 1.3.1. ¸p suÊt (p)................................................................................................ 8 1.3.2. VËn tèc (v)................................................................................................ 8 1.3.3. ThÓ tÝch vµ l−u l−îng................................................................................ 8 1.3.4. Lùc (F)...................................................................................................... 9 1.3.5. C«ng suÊt (N) ........................................................................................... 9 1.5. C¸c d¹ng n¨ng l−îng ................................................................................... 9 1.5.1. S¬ ®å thñy lùc t¹o chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn ................................................. 9 1.5.2. S¬ ®å thñy lùc t¹o chuyÓn ®éng quay..................................................... 10 1.6. Tæn thÊt trong hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng thñy lùc .............................. 11 1.7. §é nhít vµ yªu cÇu ®èi víi dÇu thñy lùc .................................................. 15 Ch−¬ng 2 : c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng vµ hÖ thèng xö lý dÇu.................................................... 17 2.1. B¬m dÇu vµ ®éng c¬ dÇu ........................................................................... 17 2.1.1. Nguyªn lý chuyÓn ®æi n¨ng l−îng ......................................................... 17 2.1.2. C¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng.......................................................................... 17 2.1.3. C«ng thøc tÝnh to¸n b¬m vµ ®éng c¬ dÇu............................................... 19 2.1.4. C¸c lo¹i b¬m........................................................................................... 20 2.1.5. B¬m b¸nh r¨ng ....................................................................................... 20 2.1.6. B¬m trôc vÝt............................................................................................ 22 2.1.7. B¬m c¸nh g¹t.......................................................................................... 23 2.1.8. B¬m pitt«ng ............................................................................................ 24 2.1.9. Tiªu chuÈn chän b¬m............................................................................. 27 1 2.2. Xilanh truyÒn ®éng (c¬ cÊu chÊp hµnh) .................................................. 27 2.2.1. NhiÖm vô ................................................................................................ 27 2.2.2. Ph©n lo¹i................................................................................................. 27 2.2.3. CÊu t¹o xilanh......................................................................................... 29 2.2.4. Mét sè xilanh th«ng dông ...................................................................... 30 2.2.5. TÝnh to¸n xilanh truyÒn lùc .................................................................... 30 2.3. BÓ dÇu ......................................................................................................... 32 2.3.1. NhiÖm vô ................................................................................................ 32 2.3.2. Chän kÝch th−íc bÓ dÇu.......................................................................... 32 2.3.3. KÕt cÊu cña bÓ dÇu ................................................................................. 32 2.4. Bé léc dÇu ................................................................................................... 33 2.4.1. NhiÖm vô ................................................................................................ 33 2.4.2. Ph©n lo¹i theo kÝch th−íc läc ................................................................. 33 2.4.3. Ph©n lo¹i theo kÕt cÊu............................................................................. 34 2.4.4. C¸ch l¾p bé läc trong hÖ thèng............................................................... 35 2.5. §o ¸p suÊt vµ l−u l−îng ............................................................................. 36 2.5.1. §o ¸p suÊt............................................................................................... 36 2.5.2. §o l−u l−îng........................................................................................... 36 2.6. B×nh trÝch chøa........................................................................................... 37 2.6.1. NhiÖm vô ................................................................................................ 37 2.6.2. Ph©n lo¹i................................................................................................. 37 Ch−¬ng 3 : c¸c phÇn tö cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc ........................................ 41 3.1. Kh¸i niÖm.................................................................................................... 41 3.1.1. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ............................................................................... 41 3.1.2. S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc ................................. 41 3.2. Van ¸p suÊt................................................................................................. 42 3.2.1. NhiÖm vô ............................................................................................... 42 3.2.2. Ph©n lo¹i................................................................................................. 42 3.2.2.1. Van trµn vµ van an toµn .................................................................... 42 3.2.2.2. Van gi¶m ¸p...................................................................................... 44 3.2.2.3. Van c¶n............................................................................................. 46 3.2.2.4. R¬le ¸p suÊt ...................................................................................... 46 3.3. Van ®¶o chiÒu ............................................................................................. 46 3.3.1. NhiÖm vô ................................................................................................ 46 3.3.2. C¸c kh¸i niÖm......................................................................................... 46 3.3.3. Nguyªn lý lµm viÖc................................................................................. 47 3.3.4. C¸c lo¹i tÝn hiÖu t¸c ®éng....................................................................... 48 2 3.3.5. C¸c lo¹i mÐp ®iÒu khiÓn cña van ®¶o chiÒu ........................................... 49 3.4. C¸c lo¹i van ®iÖn thñy lùc øng dông trong m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng .. 49 3.4.1. Ph©n lo¹i................................................................................................. 49 3.4.2. C«ng dông .............................................................................................. 50 3.4.3. Van solenoid........................................................................................... 50 3.4.4. Van tû lÖ ................................................................................................. 51 3.4.3. Van servo................................................................................................ 52 3.5. C¬ cÊu chØnh l−u l−îng.............................................................................. 58 3.5.1. Van tiÕt l−u ............................................................................................ 58 3.5.2. Bé æn tèc................................................................................................. 60 3.6. Van chÆn ..................................................................................................... 62 3.6.1. Van mét chiÒu ........................................................................................ 62 3.6.2. Van mét chiÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn .......................................... 64 3.6.3. Van t¸c ®éng khãa lÉn............................................................................ 64 3.7. èng dÉn, èng nèi ........................................................................................ 65 3.7.1. èng dÉn .................................................................................................. 65 3.7.2. C¸c lo¹i èng nèi...................................................................................... 66 3.7.3. Vßng ch¾n .............................................................................................. 66 Ch−¬ng 4 : ®iÒu chØnh vµ æn ®Þnh vËn tèc....................................... 68 4.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ............................................................................ 68 4.1.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo .................................................... 68 4.1.2. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra....................................................... 69 4.2. §iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch............................................................................ 70 4.3. æn ®Þnh vËn tèc .......................................................................................... 71 4.3.1. Bé æn tèc l¾p trªn ®−êng vµo cña c¬ cÊu chÊp hµnh............................... 72 4.3.2. Bé æn tèc l¾p trªn ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh ................................. 73 4.3.3. æn ®Þnh tèc ®é khi ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch kÕt hîp víi tiÕt l−u ........... 73 Ch−¬ng 5 : øng dông vµ thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc ......................... 76 5.1. øng dông truyÒn ®éng thñy lùc ................................................................ 76 5.2. ThiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc................................................... 81 PhÇn 2 : hÖ thèng khÝ nÐn.......................................... 92 Ch−¬ng 6 : c¬ së lý thuyÕt.......................................................................... 92 3 6.1. LÞch lö ph¸t triÓn vµ kh¶ n¨ng øng dông cña HTT§ khÝ nÐn ............... 92 6.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn.................................................................................... 92 6.1.2. Kh¶ n¨ng øng dông cña khÝ nÐn............................................................. 92 6.2. Nh÷ng −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm cña HTT§ b»ng khÝ nÐn....................... 93 6.2.1. ¦u ®iÓm.................................................................................................. 93 6.2.2. Nh−îc ®iÓm ............................................................................................ 93 6.3. Nguyªn lý truyÒn ®éng............................................................................... 93 6.4. S¬ ®å nguyªn lý truyÒn ®éng..................................................................... 94 6.5. §¬n vÞ ®o c¸c ®¹i l−îng c¬ b¶n ................................................................. 94 Ch−¬ng 7 : c¸c phÇn tö khÝ nÐn vµ ®iÖn khÝ nÐn......................... 96 7.1. C¬ cÊu chÊp hµnh....................................................................................... 96 7.2. Van ®¶o chiÒu ............................................................................................. 97 7.2.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña van ®¶o chiÒu................................................. 97 7.2.2. Ký hiÖu van ®¶o chiÒu............................................................................ 97 7.2.3. C¸c tÝn hiÖu t¸c ®éng.............................................................................. 98 7.2.4. Van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ “0”................................................................... 100 7.2.5. Van ®¶o chiÒu kh«ng cã vÞ trÝ “0”........................................................ 102 7.3. Van chÆn ................................................................................................... 103 7.3.1. Van mét chiÒu ...................................................................................... 104 7.3.2. Van logic .............................................................................................. 104 7.3.3. Van OR................................................................................................. 104 7.3.4. Van AND.............................................................................................. 104 7.3.5. Van x¶ khÝ nhanh ................................................................................. 104 7.4. Van tiÕt l−u ............................................................................................... 104 7.4.1. Van tiÕt l−u cã tiÕt diÖn kh«ng thay ®æi............................................... 104 7.4.2. Van tiÕt l−u cã tiÕt diÖn thay ®æi.......................................................... 105 7.4.3. Van tiÕt l−u mét chiÒu.......................................................................... 105 7.5. Van ®iÒu chØnh thêi gian.......................................................................... 105 7.5.1. R¬le thêi gian ®ãng chËm .................................................................... 105 7.5.2. R¬le thêi gian ng¾t chËm...................................................................... 105 7.6. Van ch©n kh«ng........................................................................................ 105 7.7. C¶m biÕn b»ng tia .................................................................................... 106 7.7.1. C¶m biÕn b»ng tia rÏ nh¸nh.................................................................. 106 7.7.2. C¶m biÕn b»ng tia ph¶n håi.................................................................. 106 7.7.3. C¶m biÕn b»ng tia qua khe hë .............................................................. 107 Ch−¬ng 8 : hÖ thèng ®iÒu khiÓn khÝ nÐn vµ ®iÖn khÝ nÐn.. 108 4 8.1. HÖ thèng ®iÒu khiÓn khÝ nÐn ................................................................... 108 8.1.1. BiÓu ®å tr¹ng th¸i ................................................................................. 108 8.1.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ................................................................ 108 a. §iÒu khiÓn b»ng tay................................................................................. 108 b. §iÒu khiÓn theo thêi gian ........................................................................ 110 c. §iÒu khiÓn theo hµnh tr×nh ...................................................................... 112 d. §iÒu khiÓn theo tÇng................................................................................ 113 e. §iÒu khiÓn theo nhÞp................................................................................ 115 8.2. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn khÝ nÐn........................................................... 117 8.2.1. C¸c phÇn tö ®iÖn................................................................................... 117 8.2.2. M¹ch ®iÒu khiÓn khÝ nÐn...................................................................... 118 a. M¹ch ®iÒu khiÓn cã tiÕp ®iÓm tù duy tr×.................................................. 118 b. M¹ch ®iÒu khiÓn cã r¬le thêi gian t¸c ®éng chËm................................... 119 c. M¹ch ®iÒu khiÓn theo nhÞp cã hai xilanh khÝ nÐn.................................... 120 Tµi liÖu tham kh¶o........................................................................................ 121 5 PhÇn 1: hÖ thèng thñy lùc Ch−¬ng 1: c¬ sì lý thuyÕt 1.1. lÞch sö ph¸t triÓn vµ kh¶ n¨ng øng dông cña hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc +/ 1920 ®· øng dông trong lÜnh vùc m¸y c«ng cô. +/ 1925 øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc c«ng nghiÖp kh¸c nh−: n«ng nghiÖp, m¸y khai th¸c má, m¸y hãa chÊt, giao th«ng vËn t¶i, hµng kh«ng, ... +/ 1960 ®Õn nay øng dông trong tù ®éng hãa thiÕt bÞ vµ d©y chuyÒn thiÕt bÞ víi tr×nh ®é cao, cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc víi c«ng suÊt lín. 1.2. nh÷ng −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng thñy lùc 1.1.1. ¦u ®iÓm +/ TruyÒn ®éng ®−îc c«ng suÊt cao vµ lùc lín, (nhê c¸c c¬ cÊu t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n, ho¹t ®éng víi ®é tin cËy cao nh−ng ®ßi hái Ýt vÒ ch¨m sãc, b¶o d−ìng). +/ §iÒu chØnh ®−îc vËn tèc lµm viÖc tinh vµ v« cÊp, (dÔ thùc hiÖn tù ®éng ho¸ theo ®iÒu kiÖn lµm viÖc hay theo ch−¬ng tr×nh cã s½n). +/ KÕt cÊu gän nhÑ, vÞ trÝ cña c¸c phÇn tö dÉn vµ bÞ dÉn kh«ng lÖ thuéc nhau. +/ Cã kh¶ n¨ng gi¶m khèi l−îng vµ kÝch th−íc nhê chän ¸p suÊt thñy lùc cao. +/ Nhê qu¸n tÝnh nhá cña b¬m vµ ®éng c¬ thñy lùc, nhê tÝnh chÞu nÐn cña dÇu nªn cã thÓ sö dông ë vËn tèc cao mµ kh«ng sî bÞ va ®Ëp m¹nh (nh− trong c¬ khÝ vµ ®iÖn). +/ DÔ biÕn ®æi chuyÓn ®éng quay cña ®éng c¬ thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña c¬ cÊu chÊp hµnh. +/ DÔ ®Ò phßng qu¸ t¶i nhê van an toµn. +/ DÔ theo dâi vµ quan s¸t b»ng ¸p kÕ, kÓ c¶ c¸c hÖ phøc t¹p, nhiÒu m¹ch. +/ Tù ®éng ho¸ ®¬n gi¶n, kÓ c¶ c¸c thiÕt bÞ phøc t¹p, b»ng c¸ch dïng c¸c phÇn tö tiªu chuÈn ho¸. 1.1.2. Nh−îc ®iÓm +/ MÊt m¸t trong ®−êng èng dÉn vµ rß rØ bªn trong c¸c phÇn tö, lµm gi¶m hiÖu suÊt vµ h¹n chÕ ph¹m vi sö dông. +/ Khã gi÷ ®−îc vËn tèc kh«ng ®æi khi phô t¶i thay ®æi do tÝnh nÐn ®−îc cña chÊt láng vµ tÝnh ®µn håi cña ®−êng èng dÉn. +/ Khi míi khëi ®éng, nhiÖt ®é cña hÖ thèng ch−a æn ®Þnh, vËn tèc lµm viÖc thay ®æi do ®é nhít cña chÊt láng thay ®æi. 1.3. ®Þnh luËt cña chÊt láng 6 1.2.1. ¸p suÊt thñy tÜnh Trong chÊt láng, ¸p suÊt (do träng l−îng vµ ngo¹i lùc) t¸c dông lªn mçi phÇn tö chÊt láng kh«ng phô thuéc vµo h×nh d¹ng thïng chøa. F Ac F1 a pL ps h b pF A1 pF F2 A2 l1 l2 H×nh 1.1. ¸p suÊt thñy tÜnh Ta cã: H×nh a: pS = h.g.ρ + pL (1.1) H×nh b: pF =AF (1.2) H×nh c: F= pF = 1 F vµ 2 l = 2 A = 2 F (1.3) 1 Trong ®ã: A 1 A 2 l 1 A 1 F 2 ρ- khèi l−îng riªng cña chÊt láng; h- chiÒu cao cña cét n−íc; g- gia tèc träng tr−êng; pS- ¸p suÊt do lùc träng tr−êng; pL- ¸p suÊt khÝ quyÓn; pF- ¸p suÊt cña t¶i träng ngoµi; A, A1, A2- diÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc; F- t¶i träng ngoµi. 1.2.2. Ph−¬ng tr×nh dßng ch¶y liªn tôc L−u l−îng (Q) ch¶y trong ®−êng èng tõ vÞ trÝ (1) ®Õn vÞ trÝ (2) lµ kh«ng ®æi (const). L−u l−îng Q cña chÊt láng qua mÆt c¾t A cña èng b»ng nhau trong toµn èng (®iÒu kiÖn A2 liªn tôc). Ta cã ph−¬ng tr×nh dßng ch¶y nh− sau: Q = A.v = h»ng sè (const) (1.4) Víi v lµ vËn tèc ch¶y trung b×nh qua mÆt c¾t A. NÕu tiÕt diÖn ch¶y lµ h×nh trßn, ta cã: A1 v1 Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 (1.5) 2 d . v .22 ⇔4d 1 = π 1 v . 4 2 VËn tèc ch¶y t¹i vÞ trÝ 2: v2 1 2 d 2 v = v . (1.6) H×nh 1.2. Dßng ch¶y liªn tôc 2 1 d 1 2 2 7 Trong ®ã: Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lÇn l−ît lµ l−u l−îng dßng ch¶y, vËn tèc dßng ch¶y, tiÕt diÖn dßng ch¶y vµ ®−êng kÝnh èng t¹i vÞ trÝ 1; Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lÇn l−ît lµ l−u l−îng dßng ch¶y, vËn tèc dßng ch¶y, tiÕt diÖn dßng ch¶y vµ ®−êng kÝnh èng t¹i vÞ trÝ 2. 1.2.3. Ph−¬ng tr×nh Bernulli Theo h×nh 1.3 ta cã ¸p suÊt t¹i mét ®iÓm chÊt láng ®ang ch¶y: .v 2 .v 2 1 1 = ρ = + ρ + ρ + ρ + (1.7) p .g.h 1 2 p .g.h 2 2 const 2 2 Trong ®ã: p1 p .g.h¸p suÊt thñy tØnh; + ρ 1 1 p .g.h + ρ 2 2 ⎭⎬⎫ h1 v1 p2 .v2 ρ 1 , : .v2 ρ 2 ¸p suÊt thñy ®éng; v2 h2 2 2 γ = ρ.g : träng l−îng riªng.H×nh 1.3. Ph−¬ng tr×nh Bernulli 1.4. §¬n vÞ ®o c¸c ®¹i l−îng c¬ b¶n (HÖ mÐt) 1.3.1. ¸p suÊt (p) Theo ®¬n vÞ ®o l−êng SI lµ Pascal (pa) 1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2 §¬n vÞ nµy kh¸ nhá, nªn ng−êi ta th−êng dïng ®¬n vÞ: N/mm2, N/cm2 vµ so víi ®¬n vÞ ¸p suÊt cñ lµ kg/cm2 th× nã cã mèi liªn hÖ nh− sau: 1kg/cm2 ≈ 0.1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2 (TrÞ sè chÝnh x¸c: 1kg/cm2 = 9,8N/cm2; nh−ng ®Ó dµng tÝnh to¸n, ta lÊy 1kg/cm2 = 10N/cm2). Ngoµi ra ta cßn dïng: 1bar = 105N/m2 = 1kg/cm2 1at = 9,81.104N/m2 ≈ 105N/m2 = 1bar. (Theo DIN- tiªu chuÈn Céng hßa Liªn bang §øc th× 1kp/cm2 = 0,980665bar ≈ 0,981bar; 1bar ≈ 1,02kp/cm2. §¬n vÞ kG/cm2 t−¬ng ®−¬ng kp/cm2). 1.3.2. VËn tèc (v) §¬n vÞ vËn tèc lµ m/s (cm/s). 1.3.2. ThÓ tÝch vµ l−u l−îng a. ThÓ tÝch (V): m3 hoÆc lÝt(l) b. L−u l−îng (Q): m3/phót hoÆc l/phót. Trong c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng dÇu Ðp (b¬m dÇu, ®éng c¬ dÇu) còng cã thÓ dïng ®¬n vÞ lµ m3/vßng hoÆc l/vßng. 8 1.3.4. Lùc (F) §¬n vÞ lùc lµ Newton (N) 1N = 1kg.m/s2. 1.3.5. C«ng suÊt (N) §¬n vÞ c«ng suÊt lµ Watt (W) 1W = 1Nm/s = 1m2.kg/s3. 1.5. C¸c d¹ng n¨ng l−îng +/ Mang n¨ng l−îng: dÇu. +/ TruyÒn n¨ng l−îng: èng dÉn, ®Çu nèi. +/ T¹o ra n¨ng l−îng hoÆc chuyÓn ®æi thµnh n¨ng l−îng kh¸c: b¬m, ®éng c¬ dÇu(m« t¬ thñy lùc), xilanh truyÒn lùc. 1.5.1. S¬ ®å thñy lùc t¹o chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn 5 A1 D Fs A2 d x1, v1 m t¶i p1 4 Q Ft 1 p2 Q2 Fc 2 3 p0 Qb 1 pT 6 H×nh 1.4. S¬ ®å m¹ch thñy lùc chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn TÝnh to¸n s¬ bé: +/ Th«ng sè cña c¬ cÊu chÊp hµnh: Ft vµ v(v1, v2) ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (hµnh tr×nh lµm viÖc) A1 A2 d x1, v1 m D Ft +/ C¸c ph−¬ng tr×nh: Q2 Q1, p1 , p2≈0 L−u l−îng: Q1 = A1.v1 (1.8) Q2 = A2.v1 Lùc: Ft = p1.A1 (1.9) 9 F .v t 1 (1.10) C«ng suÊt cña c¬ cÊu chÊp hµnh: N = [ ] kW 60.10 p .Q 3 C«ng suÊt thñy lùc: N = [ ] kW 1 1 (1.11) 60.10 3 NÕu bá qua tæn thÊt tõ b¬m ®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh th× N ≈ Nb¬m NÕu tÝnh ®Õn tæn thÊt th× N = N®c¬ ®iÖn = ηN (η = 0,6 ⎟ 0,8) (1.12) ChuyÓn ®éng lïi vÒ (hµnh tr×nh ch¹y kh«ng) A1 A2 x2, v2 m Dd Fc ' Q , p 0 '2 2 ≈ Q1, p2 NÕu t¶i Ft = 0 ⇒ p2 chØ th¾ng ma s¸t p2.A2 ≥ Fc L−u l−îng: Q1 = A2.v2 (1.13) 1 2 ≠ Q '2 Q = A .v 2 Do A1 > A2 ⇒ v2 > v1 1.5.2. S¬ ®å thñy lùc t¹o chuyÓn ®éng quay Mx Ω J θ t¶i p Q Q n®, Dm p Qb p pT H×nh 1.5. S¬ ®å m¹ch thñy lùc chuyÓn ®éng quay 10 M . x Ω (Mx = p.Dm) (1.14) C«ng suÊt cña c¬ cÊu chÊp hµnh: N = 102 Mx.2π.n = [kW] 975 hoÆc N = 102.60 p .Q C«ng suÊt thñy lùc: N = [kW] 60.10 Mx.n 1 (Q = Dm.Ω) (1.15) 3 1.6. Tæn thÊt trong hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng thñy lùc Trong hÖ thèng thñy lùc cã c¸c lo¹i tæn thÊt sau: 1.6.1. Tæn thÊt thÓ tÝch Lo¹i tæn thÊt nµy do dÇu thñy lùc ch¶y qua c¸c khe hë trong c¸c phÇn tö cña hÖ thèng g©y nªn. NÕu ¸p suÊt cµng lín, vËn tèc cµng nhá vµ ®é nhít cµng nhá th× tæn thÊt thÓ tÝch cµng lín. Tæn thÊt thÓ tÝch ®¸ng kÓ nhÊt lµ ë c¸c c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng (b¬m dÇu, ®éng c¬ dÇu, xilanh truyÒn lùc) §èi víi b¬m dÇu: tæn thÊt thÓ tÝch ®−îc thÓ hiÖn b»ng hiÖu suÊt sau: ηtb = Q/Q0 (1.16) Q- L−u l−îng thùc tÕ cña b¬m dÇu; Q0- L−u l−îng danh nghÜa cña b¬m. NÕu l−u l−îng ch¶y qua ®éng c¬ dÇu lµ Q0® vµ l−u l−îng thùc tÕ Q® = q®.η® th× hiÖu suÊt cña ®«ng c¬ dÇu lµ: ηt® = Q0®/Q® (1.17) NÕu nh− kh«ng kÓ ®Õn l−îng dÇu dß ë c¸c mèi nèi, ë c¸c van th× tæn thÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp cã b¬m dÇu vµ ®éng c¬ dÇu lµ: ηt = ηtb. ηt® (1.18) 1.6.2. Tæn thÊt c¬ khÝ Tæn thÊt c¬ khÝ lµ do ma s¸t gi÷a c¸c chi tiÕt cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi ë trong b¬m dÇu vµ ®éng c¬ dÇu g©y nªn. Tæn thÊt c¬ khÝ cña b¬m ®−îc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt c¬ khÝ: ηcb = N0/N (1.19) N0- C«ng suÊt cÇn thiÕt ®Ó quay b¬m (c«ng suÊt danh nghÜa), tøc lµ c«ng suÊt cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o l−u l−îng Q vµ ¸p suÊt p cña dÇu, do ®ã: p.Q (kW) (1.20) N0 = 4 6.10 N- C«ng suÊt thùc tÕ ®o ®−îc trªn trôc cña b¬m (do m«men xo¾n trªn trôc). §èi víi dÇu: N0® = (p.Q®)/6.104 (1.21) Do ®ã: ηc® = N®/N0® (1.22) 11 Tõ ®ã, tæn thÊt c¬ khÝ cña hÖ thèng thñy lùc lµ: ηc = ηcb. ηc® (1.23) 1.6.3. Tæn thÊt ¸p suÊt Tæn thÊt ¸p suÊt lµ sù gi¶m ¸p suÊt do lùc c¶n trªn ®−êng chuyÓn ®éng cña dÇu tõ b¬m ®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh (®éng c¬ ®Çu, xilanh truyÒn lùc). Tæn thÊt nµy phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau: +/ ChiÒu dµi èng dÉn +/ §é nh½n thµnh èng +/ §é lín tiÕt diÖn èng dÉn +/ Tèc ®é ch¶y +/ Sù thay ®æi tiÕt diÖn +/ Sù thay ®æi h−íng chuyÓn ®éng +/ Träng l−îng riªng, ®é nhít. NÕu p0 lµ ¸p suÊt cña hÖ thèng, p1 lµ ¸p suÊt ra, th× tæn thÊt ®−îc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt: p p ∆ = − (1.24) ηa = 0 1 p p p 0 0 HiÖu ¸p ∆p lµ trÞ sè tæn thÊt ¸p suÊt. Tæn thÊt ¸p suÊt do lùc c¶n côc bé g©y nªn ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: ρ ⎡ ξ − (1.25) 2 ρ = ξ ⎥⎦⎤ ⎢⎣ l .v . 2g 10 . . mN l .v . 2g ∆p = [ ] bar 10. . 4 2 2 d d Trong ®ã: ρ- khèi l−îng riªng cña dÇu (914kg/m3); g- gia tèc träng tr−êng (9,81m/s2); v- vËn tèc trung b×nh cña dÇu (m/s); ξ- hÖ sè tæn thÊt côc bé; l- chiÒu dµi èng dÉn; d- ®−êng kÝnh èng. 1.6.4. ¶nh h−ëng c¸c th«ng sè h×nh häc ®Õn tæn thÊt ¸p suÊt a. TiÕt diÖn d¹ng trßn NÕu ta gäi: l ∆p- Tæn thÊt ¸p suÊt; l- ChiÒu dµi èng dÉn; ρ- Khèi l−îng riªng cña chÊt láng; Q D Q- L−u l−îng; D- §−êng kÝnh; ν- §é nhít ®éng häc; H×nh 1.6. D¹ng tiÕt diÖn trßn λ- HÖ sè ma s¸t cña èng; 12 λLAM- HÖ sè ma s¸t ®èi víi ch¶y tÇng; λTURB- HÖ sè ma s¸t ®èi víi ch¶y rèi. Ch¶y rèi 2 l. .Q . . 8 ρ λ ⇒ Tæn thÊt: ∆p = 5 Ch¶y tÇng π D. . 256 ν λ = λLAM - Q π 2 D λ = λTURB. 0,316 4D.Q. 4 π ν Ch¶y rèi Ch¶y tÇng Q. 4> 3000. H×nh 1.7. Ch¶y tÇng vµ ch¶y rèi Sè Reynold: π D.ν b. TiÕt diÖn thay ®æi lín ®ét ngét trong èng dÉn 2 2 2 ⎜⎜⎝⎛ − D1 π ⎟⎟⎠⎞ .Q . 8 . DD 1 ρ 1 Tæn thÊt: ∆p = 4 Q D2 2 2 2 Trong ®ã: D 1 D1- ®−êng kÝnh èng dÉn vµo; D H×nh 1.8. TiÕt diÖn thay ®æi lín ®ét ngét 2- ®−êng kÝnh èng dÉn ra. c. TiÕt diÖn nhá ®ét ngét ⎜⎜⎝⎛ − 2 π ⎟⎟⎠⎞ 2 .Q . 8 . DD 0,5. 1 ρ 2 Tæn thÊt: ∆p = 4 Q D1 D2 2 2 1 D 1 D1- §−êng kÝnh èng dÉn ra; D2- §−êng kÝnh èng dÉn vµo. H×nh 1.9. TiÕt diÖn nhá ®ét ngét d. TiÕt diÖn thay ®æi lín tõ tõ ⎜⎜⎝⎛ 4 π ⎟⎟⎠⎞ 2 .Q . 8 . DD 0,12 0,2 1 ρ Tæn thÊt: ∆p = [ ] 4 ⎟ − d. TiÕt diÖn nhá tõ tõ Tæn thÊt: ∆p = 0 1 4 2 2 D 13 1 Q α < 80 D1 D2 H×nh 1.10. TiÕt diÖn thay ®æi lín tõ tõ α < 8 Q 0 H×nh 1.11. TiÕt diÖn nhá tõ tõ f. Vµo èng dÉn Tæn thÊt ¸p suÊt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 2 .Q . 8 . ρ ∆p = 4 ξ E 2 D π Trong ®ã hÖ sè thÊt tho¸t ®−îc chia thµnh hai tr−êng hîp nh− ë b¶ng sau: E ξ C¹nh HÖ sè thÊt tho¸t E ξ a b S¾c G·y khóc Trßn Cã tr−íc 0,5 0,25 0,06 < 3 Q D D a H×nh 1.12. DÇu vµo èng dÉn g. Ra èng dÉn Tæn thÊt ¸p suÊt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: Q b 2 .Q . 8 . ρ ∆p = 4 ξ U 2 D π D Q HÖ sè thÊt tho¸t U ξ Q. 4 < 3000 π D.ν 2 Q. 4 > 3000 π D.ν 1 h. èng dÉn g·y khóc D H×nh 1.13. DÇu ra èng dÉn Q R≈ D 4 .Q . 8 . ρ 2 α ∆p = 4 ξ U 2 D π Gãc α, β HÖ sè thÊt tho¸t U ξ α = 20 α = 40 α = 60 0,06 0,2 0,47 β = 20 0,04 Q D β R H×nh 1.14. èng dÉn g·y khóc 14 β = 40 β = 60 β = 80 β = 90 0,07 0,1 0,11 0,11 i. Tæn thÊt ¸p suÊt ë van k. Tæn thÊt trong hÖ thèng thñy lùc 1.7. ®é nhít vµ yªu cÇu ®èi víi dÇu thñy lùc 1.7.1. §é nhít §é nhít lµ mét trong nh÷ng tÝnh chÊt quan träng nhÊt cña chÊt láng. §é nhít x¸c ®Þnh ma s¸t trong b¶n th©n chÊt láng vµ thÓ hiÖn kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng tr−ît hoÆc biÕn d¹ng c¾t cña chÊt láng. Cã hai lo¹i ®é nhít: a. §é nhít ®éng lùc §é nhít ®éng lùc η lµ lùc ma s¸t tÝnh b»ng 1N t¸c ®éng trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt 1m2 cña hai líp ph¼ng song song víi dßng ch¶y cña chÊt láng, c¸ch nhau 1m vµ cã vËn tèc 1m/s. §é nhít ®éng lùc η ®−îc tÝnh b»ng [Pa.s]. Ngoµi ra, ng−êi ta cßn dïng ®¬n vÞ poaz¬ (Poiseuille), viÕt t¾t lµ P. 1P = 0,1N.s/m2 = 0,010193kG.s/m2 1P = 100cP (centipoiseuilles) Trong tÝnh to¸n kü thuËt th−êng sè quy trßn: 1P = 0,0102kG.s/m2 b. §é nhít ®éng §é nhít ®éng lµ tû sè gi÷a hÖ sè nhít ®éng lùc η víi khèi l−îng riªng ρ cña chÊt láng: η ν = (1.26) ρ §¬n vÞ ®é nhít ®éng lµ [m2/s]. Ngoµi ra, ng−êi ta cßn dïng ®¬n vÞ stèc ( Stoke), viÕt t¾t lµ St hoÆc centistokes, viÕt t¾t lµ cSt. 1St = 1cm2/s = 10-4m2/s 1cSt = 10-2St = 1mm2/s. c. §é nhít Engler (E0) §é nhít Engler (E0) lµ mét tû sè quy −íc dïng ®Ó so s¸nh thêi gian ch¶y 200cm3 dÇu qua èng dÉn cã ®−êng kÝnh 2,8mm víi thêi gian ch¶y cña 200cm3 n−íc cÊt ë nhiÖt ®é 200C qua èng dÉn cã cïng ®−êng kÝnh, ký hiÖu: E0 = t/tn §é nhít Engler th−êng ®−îc ®o khi ®Çu ë nhiÖt ®é 20, 50, 1000C vµ ký hiÖu t−¬ng øng víi nã: E020, E050, E0100. 15 1.7.2. Yªu cÇu ®èi víi dÇu thñy lùc Nh÷ng chØ tiªu c¬ b¶n ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng chÊt láng lµm viÖc lµ ®é nhít, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt, ®é æn ®Þnh tÝnh chÊt ho¸ häc vµ tÝnh chÊt vËt lý, tÝnh chèng rØ, tÝnh ¨n mßn c¸c chi tiÕt cao su, kh¶ n¨ng b«i tr¬n, tÝnh sñi bät, nhiÖt ®é b¾t l÷a, nhiÖt ®é ®«ng ®Æc. ChÊt láng lµm viÖc ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: +/ Cã kh¶ n¨ng b«i tr¬n tèt trong kho¶ng thay ®æi lín nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt; +/ §é nhít Ýt phô thuéc vµo nhiÖt ®é; +/ Cã tÝnh trung hoµ (tÝnh tr¬) víi c¸c bÒ mÆt kim lo¹i, h¹n chÕ ®−îc kh¶ n¨ng x©m nhËp cña khÝ, nh−ng dÔ dµng t¸ch khÝ ra; +/ Ph¶i cã ®é nhít thÝch øng víi ®iÒu kiÖn ch¾n khÝt vµ khe hë cña c¸c chi tiÕt di tr−ît, nh»m ®¶m b¶o ®é rß dÇu bÐ nhÊt, còng nh− tæn thÊt ma s¸t Ýt nhÊt; +/ DÇu ph¶i Ýt sñi bät, Ýt bèc h¬i khi lµm viÖc, Ýt hoµ tan trong n−íc vµ kh«ng khÝ, dÉn nhiÖt tèt, cã m«®un ®µn håi, hÖ sè në nhiÖt vµ khèi l−îng riªng nhá. Trong nh÷ng yªu cÇu trªn, dÇu kho¸ng chÊt tho¶ m·n ®−îc ®Çy ®ñ nhÊt. 16 Ch−¬ng 2: c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng vµ hÖ thèng xö lý dÇu 2.1. b¬m vµ ®éng c¬ dÇu (m« t¬ thñy lùc) 2.1.1. Nguyªn lý chuyÓn ®æi n¨ng l−îng B¬m vµ ®éng c¬ dÇu lµ hai thiÕt bÞ cã chøc n¨ng kh¸c nhau. B¬m lµ thiÕt bÞ t¹o ra n¨ng l−îng, cßn ®éng c¬ dÇu lµ thiÕt bÞ tiªu thô n¨ng l−îng nµy. Tuy thÕ kÕt cÊu vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n cña b¬m vµ ®éng c¬ dÇu cïng lo¹i gièng nhau. a. B¬m dÇu: lµ mét c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng, dïng ®Ó biÕn c¬ n¨ng thµnh n¨ng l−îng cña dÇu (dßng chÊt láng). Trong hÖ thèng dÇu Ðp th−êng chØ dïng b¬m thÓ tÝch, tøc lµ lo¹i b¬m thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi n¨ng l−îng b»ng c¸ch thay ®æi thÓ tÝch c¸c buång lµm viÖc, khi thÓ tÝch cña buång lµm viÖc t¨ng, b¬m hót dÇu, thùc hiÖn chu kú hót vµ khi thÓ tÝch cña buång gi¶m, b¬m ®Èy dÇu ra thùc hiÖn chu kú nÐn. Tuú thuéc vµo l−îng dÇu do b¬m ®Èy ra trong mét chu kú lµm viÖc, ta cã thÓ ph©n ra hai lo¹i b¬m thÓ tÝch: +/ B¬m cã l−u l−îng cè ®Þnh, gäi t¾t lµ b¬m cè ®Þnh. +/ B¬m cã l−u l−îng cã thÓ ®iÒu chØnh, gäi t¾t lµ b¬m ®iÒu chØnh. Nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n cña b¬m lµ l−u l−îng vµ ¸p suÊt. b. §«ng c¬ dÇu: lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn n¨ng l−îng cña dßng chÊt láng thµnh ®éng n¨ng quay trªn trôc ®éng c¬. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng lµ dÇu cã ¸p suÊt ®−îc ®−a vµo buång c«ng t¸c cña ®éng c¬. D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt, c¸c phÇn tö cña ®éng c¬ quay. Nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n cña ®éng c¬ dÇu lµ l−u l−îng cña 1 vßng quay vµ hiÖu ¸p suÊt ë ®−êng vµo vµ ®−êng ra. 2.1.2. C¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng a. ThÓ tÝch dÇu t¶i ®i trong 1 vßng (hµnh tr×nh) H×nh 2.1. B¬m thÓ tÝch NÕu ta gäi: V- ThÓ tÝch dÇu t¶i ®i trong 1 vßng (hµnh tr×nh); 17 A- DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang; h- Hµnh tr×nh pitt«ng; VZL- ThÓ tÝch kho¶ng hë gi÷a hai r¨ng; Z- Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng. ë h×nh 2.1, ta cã thÓ tÝch dÇu t¶i ®i trong 1 vßng (hµnh tr×nh): V = A.h 1 hµnh tr×nh (2.1) V ≈ VZL.Z.2 1 vßng (2.2) b. ¸p suÊt lµm viÖc ¸p suÊt lµm viÖc ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 2.2. Trong ®ã: t = 6s p +/ ¸p suÊt æn ®Þnh p1; p3 +/ ¸p suÊt cao p2; p p 2 +/ ¸p suÊt ®Ønh p3 (¸p suÊt qua van trµn). p1 t H×nh 2.2. Sù thay ®æi ¸p suÊt lµm viÖc theo thêi gian c. HiÖu suÊt HiÖu suÊt cña b¬m hay ®éng c¬ dÇu phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau: +/ HiÖu suÊt thÓ tÝch ηv +/ HiÖu suÊt c¬ vµ thñy lùc ηhm Nh− vËy hiÖu suÊt toµn phÇn: ηt = ηv. ηhm (2.3) ë h×nh 2.3, ta cã: +/ C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn: NE = ME. ΩE (2.4) +/ C«ng suÊt cña b¬m: N = p.Qv (2.5) ηh p ηh ηh Nh− vËy ta cã c«ng thøc sau: M ⎩⎨⎧EE N Qv A N nM⎭⎬⎫ N p.Q Nη = η = (2.6) E n N A vF⎭⎬⎫ E v tb tb A A +/ C«ng suÊt cña ®éng c¬ dÇu: ηv ηvηv NA = MA. ΩA hay NA = ηtMotor.p.Qv (2.7) +/ C«ng suÊt cña xilanh: H×nh 2.3. ¶nh h−ëng cña hÖ sè tæn thÊt ®Õn hiÖu suÊt NA = F.v hay NA = ηtxilanh.p.Qv (2.8) Trong ®ã: NE, ME, ΩE- c«ng suÊt, m«men vµ vËn tèc gãc trªn trôc ®éng c¬ nèi víi b¬m; NA, MA, ΩA - c«ng suÊt, m«men vµ vËn tèc gãc trªn ®éng c¬ t¶i; NA, F, v - c«ng suÊt, lùc vµ vËn tèc pitt«ng; N, p, Qv - c«ng suÊt, ¸p suÊt vµ l−u l−îng dßng ch¶y; ηtxilanh- hiÖu suÊt cña xilanh; ηtMotor- hiÖu suÊt cña ®éng c¬ dÇu; 18 ηtb- hiÖu suÊt cña b¬m dÇu. 2.1.3. C«ng thøc tÝnh to¸n b¬m vµ ®éng c¬ dÇu a. L−u l−îng Qv, sè vßng quay n vµ thÓ tÝch dÇu trong mét vßng quay V Ta cã: Qv = n.V (2.9) +/ L−u l−îng b¬m: Qv = n.V. ηv.10-3 (2.10) QV QV .10 n.V − +/ §éng c¬ dÇu: Qv = 3 η (2.11) v n V V n Trong ®ã: H×nh 2.4. L−u l−îng, sè vßng quay, thÓ tÝch Qv- l−u l−îng [lÝt/phót]; n- sè vßng quay [vßng/phót]; V- thÓ tÝch dÇu/vßng [cm3/vßng]; ηv- hiÖu suÊt [%]. b. ¸p suÊt, m«men xo¾n, thÓ tÝch dÇu trong mét vßng quay V Theo ®Þnh luËt Pascal, ta cã: M p x = (2.12) V M . p x ηhm = (2.13) ¸p suÊt cña b¬m: .10 V M x ¸p suÊt ®éng c¬ dÇu: .10 η = (2.14) p V. Trong ®ã: p [bar]; Mx [N.m]; V [cm3/vßng]; hm p Mx V V p Mx ηhm [%]. c. C«ng suÊt, ¸p suÊt, l−u l−îng H×nh 2.5. ¸p suÊt, thÓ tÝch, m«men xo¾n C«ng suÊt cña b¬m tÝnh theo c«ng thøc tæng qu¸t lµ: N = p.Qv (2.15) +/ C«ng suÊt ®Ó truyÒn ®éng b¬m: p.Q N − 2 v .10 η = (2.16) 6. t +/ C«ng suÊt truyÒn ®éng ®éng c¬ dÇu: p.Q . N η − = (2.17) v t 2 .10 6 Trong ®ã: N [W], [kW]; p [bar], [N/m2]; Qv [lÝt/phót], [m3/s]; ηt [%]. 19 L−u l−îng cña b¬m vÒ lý thuyÕt kh«ng phô thuéc vµ ¸p suÊt (trõ b¬m ly t©m), mµ chØ phô thuéc vµo kÝch th−íc h×nh häc vµ vËn tèc quay cña nã. Nh−ng trong thùc tÕ do sù rß rØ qua khe hë gi÷a c¸c khoang hót vµ khoang ®Èy, nªn l−u l−îng thùc tÕ nhá h¬n l−u l−îng lý thuyÕt vµ gi¶m dÇn khi ¸p suÊt t¨ng. Mét yÕu tè g©y mÊt m¸t n¨ng l−îng n÷a lµ hiÖn t−îng háng. HiÖn t−îng nµy th−êng xuÊt hiÖn, khi èng hót qu¸ nhá hoÆc dÇu cã ®é nhít cao. Khi bé läc ®Æt trªn ®−êng hót bÞ bÈn, cïng víi sù t¨ng søc c¶n cña dßng ch¶y, l−u l−îng cña b¬m gi¶m dÇn, b¬m lµm viÖc ngµy mét ån vµ cuèi cïng t¾c h¼n. Bëi vËy cÇn ph¶i l−u ý trong lóc l¾p r¸p lµm sao ®Ó èng hót to, ng¾n vµ th¼ng. 2.1.4. C¸c lo¹i b¬m a. B¬m víi l−u l−îng cè ®Þnh +/ B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi; +/ B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp trong; +/ B¬m pitt«ng h−íng trôc; +/ B¬m trôc vÝt; +/ B¬m pitt«ng d·y; +/ B¬m c¸nh g¹t kÐp; +/ B¬m r«to. b. B¬m víi l−u l−îng thay ®æi +/ B¬m pitt«ng h−íng t©m; +/ B¬m pitt«ng h−íng trôc (truyÒn b»ng ®Üa nghiªng); +/ B¬m pitt«ng h−íng trôc (truyÒn b»ng khíp cÇu); +/ B¬m c¸nh g¹t ®¬n. 2.1.5. B¬m b¸nh r¨ng Buång ®Èy B a. Nguyªn lý lµm viÖc B¸nh r¨ng bÞ ®éng B¸nh r¨ng chñ ®éng nb Th©n b¬m Buång hót A H×nh 2.6. Nguyªn lý lµm viÖc cña b¬m b¸nh r¨ng Nguyªn lý lµm viÖc cña b¬m b¸nh r¨ng lµ thay ®æi thÓ tÝch: khi thÓ tÝch cña buång hót A t¨ng, b¬m hót dÇu, thùc hiÖn chu kú hót; vµ nÐn khi thÓ tÝch gi¶m, b¬m ®Èy dÇu 20 ra ë buång B, thùc hiÖn chu kú nÐn. NÕu nh− trªn ®−êng dÇu bÞ ®Èy ra ta ®Æt mét vËt c¶n (vÝ dô nh− van), dÇu bÞ chÆn sÏ t¹o nªn mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh phô thuéc vµo ®é lín cña søc c¶n vµ kÕt cÊu cña b¬m. b. Ph©n lo¹i B¬m b¸nh r¨ng lµ lo¹i b¬m dïng réng r·i nhÊt v× nã cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o. Ph¹m vi sö dông cña b¬m b¸nh r¨ng chñ yÕu ë nh÷ng hÖ thèng cã ¸p suÊt nhá trªn c¸c m¸y khoan, doa, bµo, phay, m¸y tæ hîp,.... Ph¹m vi ¸p suÊt sö dông cña b¬m b¸nh r¨ng hiÖn nay cã thÓ tõ 10 ⎟ 200bar (phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c chÕ t¹o). B¬m b¸nh r¨ng gåm cã: lo¹i b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi hoÆc ¨n khíp trong, cã thÓ lµ r¨ng th¼ng, r¨ng nghiªng hoÆc r¨ng chö V. Lo¹i b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi ®−îc dïng réng r·i h¬n v× chÕ t¹o dÔ h¬n, nh−ng b¸nh r¨ng ¨n khíp trong th× cã kÝch th−íc gän nhÑ h¬n. Buång ®Èy Vµnh kh¨n a c b Buång hót Buång hót Buång ®Èy H×nh 2.7. B¬m b¸nh r¨ng a. B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi; b. B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp trong; c. Ký hiÖu b¬m. c. L−u l−îng b¬m b¸nh r¨ng Khi tÝnh l−u l−îng dÇu, ta coi thÓ tÝch dÇu ®−îc ®Èy ra khái r·nh r¨ng b»ng víi thÓ tÝch cña r¨ng, tøc lµ kh«ng tÝnh ®Õn khe hë ch©n r¨ng vµ lÊy hai b¸nh r¨ng cã kÝch th−íc nh− nhau. (L−u l−îng cña b¬m phô thuéc vµo kÕt cÊu) NÕu ta ®Æt: m- Modul cña b¸nh r¨ng [cm]; d- §−êng kÝnh chia b¸nh r¨ng [cm]; b- BÒ réng b¸nh r¨ng [cm]; n- Sè vßng quay trong mét phót [vßng/phót]; Z - Sè r¨ng (hai b¸nh r¨ng cã sè r¨ng b»ng nhau). Th× l−îng dÇu do hai b¸nh r¨ng chuyÓn ®i khi nã quay mét vßng: Qv = 2.π.d.m.b [cm3/vßng] hoÆc [l/ph] 2.18) NÕu gäi Z lµ sè r¨ng, tÝnh ®Õn hiÖu suÊt thÓ tÝch ηt cña b¬m vµ sè vßng quay n, th× l−u l−îng cña b¬m b¸nh r¨ng sÏ lµ: Qb = 2.π.Z.m2.b.n. ηt [cm3/phót] hoÆc [l/ph] (2.19) 21 ηt = 0,76 ⎟ 0,88 hiÖu suÊt cña b¬m b¸nh r¨ng d. KÕt cÊu b¬m b¸nh r¨ng KÕt cÊu cña b¬m b¸nh r¨ng ®−îc thÓ hiÖn nh− ë h×nh 2.8. H×nh 2.8. KÕt cÊu b¬m b¸nh r¨ng 2.1.6. B¬m trôc vÝt B¬m trôc vÝt lµ sù biÕn d¹ng cña b¬m b¸nh r¨ng. NÕu b¸nh r¨ng nghiªng cã sè r¨ng nhá, chiÒu dµy vµ gãc nghiªng cña r¨ng lín th× b¸nh r¨ng sÏ thµnh trôc vÝt. B¬m trôc vÝt th−êng cã 2 trôc vÝt ¨n khíp víi nhau (h×nh 2.9). Buång hót Buång ®Èy H×nh 2.9. B¬m trôc vÝt B¬m trôc vÝt th−êng ®−îc s¶n xuÊt thµnh 3 lo¹i: +/ Lo¹i ¸p suÊt thÊp: p = 10 ⎟15bar +/ Lo¹i ¸p suÊt trung b×nh: p = 30 ⎟ 60bar +/ Lo¹i ¸p suÊt cao: p = 60 ⎟ 200bar. B¬m trôc vÝt cã ®Æc ®iÓm lµ dÇu ®−îc chuyÓn tõ buång hót sang buång nÐn theo chiÒu trôc vµ kh«ng cã hiÖn t−îng chÌn dÇu ë ch©n ren. 22 Nh−îc ®iÓm cña b¬m trôc vÝt lµ chÕ t¹o trôc vÝt kh¸ phøc t¹p. ¦u ®iÓm c¨n b¶n lµ ch¹y ªm, ®é nhÊp nh« l−u l−îng nhá. 2.1.7. B¬m c¸nh g¹t a. Ph©n lo¹i B¬m c¸nh g¹t còng lµ lo¹i b¬m ®−îc dïng réng r·i sau b¬m b¸nh r¨ng vµ chñ yÕu dïng ë hÖ thèng cã ¸p thÊp vµ trung b×nh. So víi b¬m b¸nh r¨ng, b¬m c¸nh g¹t b¶o ®¶m mét l−u l−îng ®Òu h¬n, hiÖu suÊt thÓ tÝch cao h¬n. KÕt cÊu B¬m c¸nh g¹t cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau, nh−ng cã thÓ chia thµnh hai lo¹i chÝnh: +/ B¬m c¸nh g¹t ®¬n. +/ B¬m c¸nh g¹t kÐp. b. B¬m c¸nh g¹t ®¬n B¬m c¸nh g¹t ®¬n lµ khi trôc quay mét vßng, nã thùc hiÖn mét chu kú lµm viÖc bao gåm mét lÇn hót vµ mét lÇn nÐn. L−u l−îng cña b¬m cã thÓ ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®é lÖch t©m (xª dÞch vßng tr−ît), thÓ hiÖn ë h×nh 2.10. §é lÖch t©m a Vßng tr−ît e Vïng hót R«to Vïng nÐn Vßng tr−ît b c Lß xo §iÒu chØnh ®é lÖch t©m §iÒu chØnh ®é lÖch t©m dÇu Pitt«ng R«to H×nh 2.10. Nguyªn t¾c ®iÒu chØnh l−u l−îng b¬m c¸nh g¹t ®¬n a. Nguyªn ký vµ ký hiÖu; b. §iÒu chØnh b»ng lß xo; c. §iÒu chØnh l−u l−îng b»ng thñy lùc. c. B¬m c¸nh g¹t kÐp B¬m c¸nh g¹t kÐp lµ khi trôc quay mét vßng, nã thùc hiÖn hai chu kú lµm viÖc bao gåm hai lÇn hót vµ hai lÇn nÐn, h×nh 2.11. 23 Buång ®Èy Buång hót C¸nh g¹t Stato ChiÒu quay R«to H×nh 2.11. B¬m c¸nh g¹t kÐp d. L−u l−îng cña b¬m c¸nh g¹t NÕu c¸c kÝch th−íc h×nh häc cã ®¬n vÞ lµ [cm], sè vßng quay n [vßng/phót], th× l−u l−îng qua b¬m lµ: Q = 2.10-3.π.e.n.(B.D + 4.b.d) [lÝt/phót] (2.20) Trong ®ã: D- ®−êng kÝnh Stato; B- chiÒu réng c¸nh g¹t; b- chiÒu s©u cña r·nh; e- ®é lÖch t©m; d- ®−êng kÝnh con l¨n. 2.1.8. B¬m pitt«ng a. Ph©n lo¹i B¬m pitt«ng lµ lo¹i b¬m dùa trªn nguyªn t¾c thay ®æi thÓ tÝch cña c¬ cÊu pitt«ng - xilanh. V× bÒ mÆt lµm viÖc cña c¬ cÊu nµy lµ mÆt trô, do ®ã dÔ dµng ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c gia c«ng cao, b¶o ®¶m hiÖu suÊt thÓ tÝch tèt, cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®−îc víi ¸p suÊt lµm viÖc lín (¸p suÊt lín nhÊt cã thÓ ®¹t ®−îc lµ p = 700bar). B¬m pitt«ng th−êng dïng ë nh÷ng hÖ thèng dÇu Ðp cÇn ¸p suÊt cao vµ l−u l−îng lín; ®ã lµ m¸y truèt, m¸y xóc, m¸y nÐn,.... Dùa trªn c¸ch bè trÝ pitt«ng, b¬m cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i: +/ B¬m pitt«ng h−íng t©m. +/ B¬m pitt«ng h−íng trôc. B¬m pitt«ng cã thÓ chÕ t¹o víi l−u l−îng cè ®Þnh, hoÆc l−u l−îng ®iÒu chØnh ®−îc. b. B¬m pitt«ng h−íng t©m L−u l−îng ®−îc tÝnh to¸n b»ng viÖc x¸c ®Þnh thÓ tÝch cña xilanh. NÕu ta ®Æt d- lµ ®−êng kÝnh cña xilanh [cm], th× thÓ tÝch cña mét xilanh khi r«to quay mét vßng: 24 2 π = [cm3/vßng] (2.21) q .d 4 .h Trong ®ã: h- hµnh tr×nh pitt«ng [cm] V× hµnh tr×nh cña pitt«ng h = 2e (e lµ ®é lÖch t©m cña r«to vµ stato), nªn nÕu b¬m cã z pitt«ng vµ lµm viÖc víi sè vßng quay lµ n [vßng/phót], th× l−u l−îng cña b¬m sÏ lµ: 3 π −[lÝt/phót] (2.22) 10 . 2 Q = q.z.n.10-3 [lÝt/phót] = .d .e.z.h 2 Hµnh tr×nh cña pitt«ng th«ng th−êng lµ h = (1,3 ⎟ 1,4).d vµ sè vßng quay nmax = 1500vg/ph. L−u l−îng cña b¬m pitt«ng h−íng t©m cã thÓ ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®é lÖch t©m (xª dÞch vßng tr−ît), h×nh 2.12. DÇu Buång hót §é lÖch t©m e Buång ®Èy R«to H×nh 2.12. B¬m pitt«ng h−íng t©m Pitt«ng (3) bè trÝ trong c¸c lç h−íng t©m r«to (6), quay xung quanh trôc (4). Nhê c¸c r·nh vµ c¸c lç bè trÝ thÝch hîp trªn trôc ph©n phèi (7), cã thÓ nèi lÇn l−ît c¸c xilanh trong mét n÷a vßng quay cña r«to víi khoang hót n÷a kia víi khoang ®Èy. Sau mét vßng quay cña r«to, mçi pitt«ng thùc hiÖn mét kho¶ng ch¹y kÐp cã lín b»ng 2 lÇn ®é lÖch t©m e. Trong c¸c kÕt cÊu míi, truyÒn ®éng pitt«ng b»ng lùc ly t©m. Pitt«ng (3) tùa trùc tiÕp trªn ®Üa vµnh kh¨n (2). MÆt ®Çu cña pitt«ng lµ mÆt cÇu (1) ®Æt h¬i nghiªng vµ tùa trªn mÆt c«n cña ®Üa dÉn. R«to (6) quay ®−îc nèi víi trôc (4) qua ly hîp (5). §Ó ®iÒu khiÓn ®é lÖch t©m e, ta sö dông vÝt ®iÒu chØnh (8). c. B¬m pitt«ng h−íng trôc B¬m pitt«ng h−íng trôc lµ lo¹i b¬m cã pitt«ng ®Æt song song víi trôc cña r«to vµ ®−îc truyÒn b»ng khíp hoÆc b»ng ®Üa nghiªng. Ngoµi nh÷ng −u ®iÓm nh− cña b¬m 25 pitt«ng h−íng t©m, b¬m pitt«ng h−íng trôc cßn cã −u ®iÓm n÷a lµ kÝch th−íc cña nã nhá gän h¬n, khi cïng mét cì víi b¬m h−íng t©m. Ngoµi ra, so víi tÊt c¶ c¸c lo¹i b¬m kh¸c, b¬m pitt«ng h−íng trôc cã hiÖu suÊt tèt nhÊt, vµ hiÖu suÊt hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµ t¶i träng vµ sè vßng quay. 5. Pitt«ng; 6. Xilanh; 7. §Üa dÉn dÇu; 8. §é nghiªng; 9. Pitt«ng; 10. Trôc truyÒn. H×nh 2.13. B¬m pitt«ng h−íng trôc NÕu lÊy c¸c ký hiÖu nh− ë b¬m pitt«ng h−íng t©m vµ ®−êng kÝnh trªn ®ã ph©n bè c¸c xilanh lµ D [cm], th× l−u l−îng cña b¬m sÏ lµ: π = π = − − .z.n.D.tg 4.d .h.z.n 10 . 4.d Q 10 .2 2 3 3 [lÝt/phót] (2.23) α Lo¹i b¬m nµy th−êng ®−îc chÕ t¹o víi l−u l−îng Q = 30 ⎟ 640l/ph vµ ¸p suÊt p = 60bar, sè vßng quay th−êng dïng lµ 1450vg/ph hoÆc 950vg/ph, nh−ng ë nh÷ng b¬m cã r«to kh«ng lín th× sè vßng quay cã thÓ dïng tõ 2000 ⎟ 2500vg/ph. B¬m pitt«ng h−íng trôc hÇu hÕt lµ ®iÒu chØnh l−u l−îng ®−îc, h×nh 2.15. 1. Th©n b¬m; 2. Pitt«ng; 3. §Üa nghiªng; 4. Lß xo; 5,6. Tay quay ®iÒu chØnh gãc nghiªngα. H×nh 2.14. §iÒu chØnh l−u l−îng b¬m pitt«ng h−íng trôc 26 Trong c¸c lo¹i b¬m pitt«ng, ®é kh«ng ®ång ®Òu cña l−u l−îng kh«ng chØ phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña pitt«ng, mµ cßn phô thuéc vµo sè l−îng pitt«ng. §é kh«ng ®ång ®Òu ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Q Q k − = (2.24) max min Q max §é kh«ng ®ång ®Òu k cßn phô thuéc vµo sè l−îng pitt«ng ch½n hay lÎ. 2.1.9. Tiªu chuÈn chän b¬m Nh÷ng ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho b¬m vµ ®éng c¬ dÇu gåm cã: a. ThÓ tÝch nÐn (l−u l−îng vßng): lµ ®¹i l−îng ®Æc tr−ng quan träng nhÊt, ký hiÖu V[cm3/vßng]. ë lo¹i b¬m pitt«ng, ®¹i l−îng nµy t−¬ng øng chiÒu dµi hµnh tr×nh pitt«ng. §èi víi b¬m: Q ~ n.V [lÝt/phót], vµ ®éng c¬ dÇu: p ~ M/V [bar]. b. Sè vßng quay n [vg/ph] c. ¸p suÊt p [bar] d. HiÖu suÊt [%] e. TiÕng ån Khi chän b¬m, cÇn ph¶i xem xÐt c¸c yÕu tè vÒ kü thuËt vµ kinh tÕ sau: +/ Gi¸ thµnh; +/ Tuæi thä; +/ ¸p suÊt; +/ Ph¹m vi sè vßng quay; +/ Kh¶ n¨ng chÞu c¸c hîp chÊt ho¸ häc; +/ Sù dao ®éng cña l−u l−îng; +/ ThÓ tÝch nÐn xè ®Þnh hoÆc thay ®æi; +/ C«ng suÊt; +/ Kh¶ n¨ng b¬m c¸c lo¹i t¹p chÊt; +/ HiÖu suÊt. 2.2. Xilanh truyÒn ®éng (c¬ cÊu chÊp hµnh) 2.2.1. NhiÖm vô Xilanh thñy lùc lµ c¬ cÊu chÊp hµnh dïng ®Ó biÕn ®æi thÕ n¨ng cña dÇu thµnh c¬ n¨ng, thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng. 2.2.2. Ph©n lo¹i Xilanh thñy lùc ®−îc chia lµm hai lo¹i: xilanh lùc vµ xilanh quay (hay cßn gäi lµ xilanh m«men). Trong xilanh lùc, chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a pitt«ng víi xilanh lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn. 27 Trong xilanh quay, chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a pitt«ng víi xilanh lµ chuyÓn ®éng quay (víi gãc quay th−êng nhá h¬n 3600). Pitt«ng b¾t ®Çu chuyÓn ®éng khi lùc t¸c ®éng lªn mét trong hai phÝa cña nã (lùc ®ã thÓ lµ lùc ¸p suÊt, lùc lß xo hoÆc c¬ khÝ) lín h¬n tæng c¸c lùc c¶n cã h−íng ng−îc l¹i chiÒu chuyÓn ®éng (lùc ma s¸t, thñy ®éng, phô t¶i, lß xo,...). Ngoµi ra, xilanh truyÒn ®éng cßn ®−îc ph©n theo: a. Theo cÊu t¹o +/ Xilanh ®¬n • Lïi vÒ nhê ngo¹i lùc • Lïi vÒ nhê lß xo +/ Xilanh kÐp • Lïi vÒ b»ng thñy lùc • Lïi vÒ b»ng thñy lùc cã gi¶m chÊn • T¸c dông c¶ hai phÝa • T¸c dông quay KiÓu thùc hiÖn 28 +/ Xilanh vi sai • T¸c dông ®¬n • T¸c dông kÐp b. Theo kiÓu l¾p r¸p +/ L¾p chÆt th©n +/ L¾p chÆt mÆt bÝch +/ L¾p xoay ®−îc +/ L¾p g¸ ë 1 ®Çu xilanh 2.2.3. CÊu t¹o xilanh 3 10 11 5 9 2 6 8 7 4 15 17 13 11 14 1 12 16 H×nh 2.15. CÊu t¹o xilanh t¸c dung kÐp cã cÇn pitt«ng mét phÝa 1. Th©n; 2. MÆt bÝch h«ng; 3.MÆt bÝch h«ng; 4. CÇn pitt«ng; 5. Pitt«ng; 6. æ tr−ît; 7. Vßng ch¾n dÇu; 8. Vßng ®Öm; 9. TÊm nèi; 10. Vßng ch¾n h×nh O; 11. Vßng ch¾n pitt«ng; 12. èng nèi; 13. TÊm dÉn h−íng; 14. Vßng ch¾n h×nh O; 15. §ai èc; 16. VÝt vÆn; 17. èng nèi. ë h×nh 3.29 lµ vÝ dô xilanh t¸c dông kÐp cã cÇn pitt«ng mét phÝa. Xilanh cã c¸c bé phËn chÝnh lµ th©n (gäi lµ xilanh), pitt«ng, cÇn pitt«ng vµ mét sè vßng lµm kÝn. 29 2.2.4. Mét sè xilanh th«ng dông a. Xilanh t¸c dông ®¬n ChÊt láng lµm viÖc chØ t¸c ®éng mét phÝa cña pitt«ng vµ t¹o nªn chuyÓn ®éng mét chiÒu. ChiÒu chuyÓn ®éng ng−îc l¹i ®−îc thùc hiÖn nhê lùc lß xo. H×nh 2.16. Xilanh t¸c dông ®¬n (chiÒu ng−îc l¹i b»ng lß xo) vµ ký hiÖu b. Xilanh t¸c dông kÐp ChÊt láng lµm viÖc t¸c ®éng vµo hai phÝa cña pitt«ng vµ t¹o nªn chuyÓn ®éng hai chiÒu. a b H×nh 2.17. Xilanh t¸c dông kÐp a. Xilanh t¸c dông kÐpkh«ng cã gi¶m chÊn cuèi hµnh tr×nh vµ ký hiÖu; b. Xilanh t¸c dông kÐp cã gi¶m chÊn cuèi hµnh tr×nh vµ ký hiÖu. 2.2.5. TÝnh to¸n xilanh truyÒn lùc a. DiÖn tÝch A, lùc F, vµ ¸p suÊt p +/ DiÖn tÝch pitt«ng A1= 4.D2 π; A2= ( ) . D d 2 2 π − (2.25) 4 30 A1 A2 Ft d D m p H×nh 2.18. ¸p suÊt p, lùc F trong xilanh +/ Lùc Ft = p.A (2.26) +/ ¸p suÊt p = AFt (2.27) Trong ®ã: A - diÖn tÝch tiÕt diÖn pitt«ng [cm2]; D - ®−êng kÝnh cña xilanh [cm]; d - ®−êng kÝnh cña cÇn [cm]; p - ¸p suÊt [bar]; Ft - lùc [kN]. NÕu tÝnh ®Õn tæn thÊt thÓ tÝch ë xilanh, ®Ó tÝnh to¸n ®¬n gi¶n, ta chän: F • ¸p suÊt: p = t 4 .10 η (2.28) A. 2 π.d − (2.29) • DiÖn tÝch pitt«ng: A = 2 4 .10 d - ®−êng kÝnh cña pitt«ng [mm]; η- hiÖu suÊt, lÊy theo b¶ng sau: B¶ng 3.5 p (bar) 20 120 160 η (%) 85 90 95 Nh− vËy pitt«ng b¾t ®Çu chuyÓn ®éng ®−îc, khi lùc Ft > FG + FA + FR Trong ®ã: FG- träng lùc; FA- lùc gia tèc; FR- lùc ma s¸t. b. Quan hÖ gi÷a l−u l−îng Q, vËn tèc v vµ diÖn tÝch A L−u l−îng ch¶y vµo xilanh tÝnh theo c«ng thøc sau: Q = A.v (3.16) 31 §Ó tÝnh to¸n ®¬n gi¶n, ta chän: Q = A.v.10-1 2 π.D − (3.17) A = 2 A D v m 4 Trong ®ã: .10 Q D - ®−êng kÝnh [mm]; A - diÖn tÝch cña xilanh [cm2]; Q - l−u l−îng [lÝt/phót]; v - vËn tèc [m/phót]. 2.3. BÓ dÇu 2.3.1. NhiÖm vô BÓ dÇu cã nhiÖm vô chÝnh sau: H×nh 2.19. Quan hÖ gi÷a Q, v vµ A +/ Cung cÊp dÇu cho hÖ thèng lµm viÖc theo chu tr×nh kÝn (cÊp vµ nhËn dÇu ch¶y vÒ). +/ Gi¶i táa nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh b¬m dÇu lµm viÖc. +/ L¾ng ®äng c¸c chÊt c¹n b· trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. +/ T¸ch n−íc. 2.3.2. Chän kÝch th−íc bÓ dÇu §èi víi c¸c lo¹i bÓ dÇu di chuyÓn, vÝ dô bÓ dÇu trªn c¸c xe vËn chuyÓn th× cã thÓ tÝch bÓ dÇu ®−îc chän nh− sau: V = 1,5.Qv (2.30) §èi víi c¸c lo¹i bÓ dÇu cè ®Þnh, vÝ dô bÓ dÇu trong c¸c m¸y, d©y chuyÒn, th× thÓ tÝch bÓ dÇu ®−îc chän nh− sau: V = (3 ⎟ 5).Qv (2.31) Trong ®ã: V[lÝt]; Qv[l/ph]. 2.3.3. KÕt cÊu cña bÓ dÇu H×nh 2.16. lµ s¬ ®å bè trÝ c¸c côm thiÕt bÞ cÇn thiÕt cña bÓ cÊp dÇu cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc. 1. §éng c¬ ®iÖn; 2. èng nÐn; 3. Bé läc; 4. PhÝa hót; 5. V¸ch ng¨n; 6. PhÝa x¶; 7. M¾t dÇu; 8. §æ dÇu; 9. èng x¶. H×nh 2.20. BÓ dÇu 32 BÓ dÇu ®−îc ng¨n lµm hai ng¨n bëi mét mµng läc (5). Khi më ®éng c¬ (1), b¬m dÇu lµm viÖc, dÇu ®−îc hót lªn qua bé léc (3) cÊp cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn, dÇu x¶ vÒ ®−îc cho vµo mét ng¨n kh¸c. DÇu th−êng ®æ vµo bÓ qua mét cöa (8) bè trÝ trªn n¾p bÓ läc vµ èng x¶ (9) ®−îc ®Æt vµo gÇn s¸t bÓ chøa. Cã thÓ kiÓm tra møc dÇu ®¹t yªu cÇu nhê m¾t dÇu (7). Nhê c¸c mµng läc vµ bé läc, dÇu cung cÊp cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o s¹ch. Sau mét thêi gian lµm viÖc ®Þnh kú th× bé läc ph¶i ®−îc th¸o ra r÷a s¹ch hoÆc thay míi. Trªn ®−êng èng cÊp dÇu (sau khi qua b¬m) ng−êi ta g¾n vµo mét van trµn ®iÒu chØnh ¸p suÊt dÇu cung cÊp vµ ®¶m b¶o an toµn cho ®−êng èng cÊp dÇu. KÕt cÊu cña bÓ dÇu trong thùc tÕ nh− ë h×nh 2.17. H×nh 2.21. KÕt cÊu vµ ký hiÖu bÓ dÇu 2.4. bé läc dÇu 2.4.1. NhiÖm vô Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, dÇu kh«ng tr¸nh khái bÞ nhiÔm bÈn do c¸c chÊt bÈn tõ bªn ngoµi vµo, hoÆc do b¶n th©n dÇu t¹o nªn. Nh÷ng chÊt bÈn Êy sÏ lµm kÑt c¸c khe hë, c¸c tiÕt diÖn ch¶y cã kÝch th−íc nhá trong c¸c c¬ cÊu dÇu Ðp, g©y nªn nh÷ng trë ng¹i, h− háng trong c¸c ho¹t ®éng cña hÖ thèng. Do ®ã trong c¸c hÖ thèng dÇu Ðp ®Òu dïng bé läc dÇu ®Ó ng¨n ngõa chÊt bÈn th©m nhËp vµo bªn trong c¸c c¬ cÊu, phÇn tö dÇu Ðp. Bé läc dÇu th−êng ®Æt ë èng hót cña b¬m. Tr−êng hîp dÇu cÇn s¹ch h¬n, ®Æt thªm mét bé n÷a ë cöa ra cña b¬m vµ mét bé ë èng x¶ cña hÖ thèng dÇu Ðp. Ký hiÖu: 2.4.2. Ph©n lo¹i theo kÝch th−íc läc Tïy thuéc vµo kÝch th−íc chÊt bÈn cã thÓ läc ®−îc, bé läc dÇu cã thÓ ph©n thµnh c¸c lo¹i sau: a. Bé läc th«: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,1mm. 33 b. Bé läc trung b×nh: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,01mm. c. Bé läc tinh: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,005mm. d. Bé läc ®Æc biÖt tinh: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,001mm. C¸c hÖ thèng dÇu trong m¸y c«ng cô th−êng dïng bé läc trung b×nh vµ bé läc tinh. Bé läc ®Æc biÖt tinh chñ yÕu dïng c¸c phßng thÝ nghiÖm. 2.4.3. Ph©n lo¹i theo kÕt cÊu Dùa vµo kÕt cÊu, ta cã thÓ ph©n biÖt ®−îc c¸c lo¹i bé läc dÇu nh− sau: bé läc l−íi, bé läc l¸, bé läc giÊy, bé läc nØ, bé läc nam ch©m, ... Ta chØ xÐt mét sè bé läc dÇu th−êng nhÊt. a. Bé läc l−íi Bé läc l−íi lµ lo¹i bé läc dÇu ®¬n gi¶n nhÊt. Nã gåm khung cøng vµ l−íi b»ng ®ång bao xung quanh. DÇu tõ ngoµi xuyªn qua c¸c m¾t l−íi vµ c¸c lç ®Ó vµo èng hót. H×nh d¸ng vµ kÝch th−íc cña bé läc l−íi rÊt kh¸c nhau tïy thuéc vµo vÞ trÝ vµ c«ng dông cña bé läc. Do søc c¶n cña l−íi, nªn dÇu khi qua bé läc bÞ gi¶m ¸p. Khi tÝnh to¸n, tæn thÊt ¸p suÊt th−êng lÊy ∆p = 0,3 ⎟ 0,5bar, tr−êng hîp ®Æc biÖt cã thÓ lÊy ∆p = 1 ⎟ 2bar. Nh−îc ®iÓm cña bé läc l−íi lµ chÊt bÈn dÔ b¸m vµo c¸c bÒ mÆt l−íi vµ khã tÈy ra. Do ®ã th−êng dïng nã ®Ó läc th«, nh− l¾p vµo èng hót cña b¬m. tr−êng hîp nµy ph¶i dïng thªm bé läc tinh ë èng ra. H×nh 2.22. Mµng läc l−íi b. Bé läc l¸, sîi thñy tinh Bé läc l¸ lµ bé läc dïng nh÷ng l¸ thÐp máng ®Ó läc dÇu. §©y lµ lo¹i dïng réng r·i nhÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp cña m¸y c«ng cô. KÕt cÊu cña nã nh− sau: lµm nhiÖm vô läc ë c¸c bé läc l¸ lµ c¸c l¸ thÐp h×nh trßn vµ nh÷ng l¸ thÐp h×nh sao. Nh−ng l¸ thÐp nµy ®−îc l¾p ®ång t©m trªn trôc, tÊm nä trªn tÊm kia. Gi÷a c¸c cÆp l¾p chen m¶nh thÐp trªn trôc cã tiÕt diÖn vu«ng. Sè l−îng l¸ thÐp cÇn thiÕt phô thuéc vµo l−u l−îng cÇn läc, nhiÒu nhÊt lµ 1000 ⎟ 1200l¸. Tæn thÊt ¸p suÊt lín nhÊt lµ p = 4bar. L−u l−îng läc cã thÓ tõ 8 ⎟ 100l/ph. Bé läc l¸ chñ yÕu dïng ®Ó läc th«. ¦u ®iÓm lín nhÊt cña nã lµ khi tÈy chÊt bÈn, khái ph¶i dïng m¸y vµ th¸o bé läc ra ngoµi. HiÖn nay phÇn lín ng−êi ta thay vËt liÖu cña c¸c l¸ thÐp b»ng vËt liÖu sîi thñy tinh, ®é bÒn cña c¸c bé läc nµy cao vµ cã kh¶ n¨ng chÕ t¹o dÔ dµng, c¸c ®Æc tÝnh vËt liÖu kh«ng thay ®æi nhiÒu trong qu¸ tr×nh lµm viÖc do ¶nh h−ëng vÒ c¬ vµ hãa cña dÇu. 34 H×nh 2.23. Mµng läc b»ng sîi thñy tinh §Ó tÝnh to¸n l−u l−îng ch¶y qua bé läc dÇu, ng−êi ta dïng c«ng thøc tÝnh l−u l−îng ch¶y qua l−íi läc: ∆ = αA. p Q . [l/ph] (2.32) η Trong ®ã: A- diÖn tÝch toµn bé bÒ mÆt läc [cm2]; ∆p = p1 - p2- hiÖu ¸p cña bé läc [bar]; η- ®é nhít ®éng häc cña dÇu [P]; α- hÖ sè läc, ®Æc tr−ng cho l−îng dÇu ch¶y qua bé läc trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch vµ thêi gian ⎥⎦⎤ ⎢⎣⎡cm .phót lÝt 2 Tïy thuéc vµo ®Æc ®iÓm cña bé läc, ta cã thÓ lÊy trÞ sè nh− sau: α = 0,006 ⎟ 0,009 ⎥⎦⎤ ⎢⎣⎡cm .phót lÝt 2 2.4.4. C¸ch l¾p bé läc trong hÖ thèng Tïy theo yªu cÇu chÊt l−îng cña dÇu trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn, mµ ta cã thÓ l¾p bé läc dÇu theo c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau nh− sau: a. L¾p bé läc ë ®−êng hót b. L¾p bé läc ë ®−êng nÐn c. L¾p bé läc ë ®−êng x¶ a b c H×nh 2.24. C¸ch l¾p bé läc trong hÖ thèng 35 2.5. ®o ¸p suÊt vµ l−u l−îng 2.5.1. §o ¸p suÊt a. §o ¸p suÊt b»ng ¸p kÕ lß xo Nguyªn lý ®o ¸p suÊt b»ng ¸p kÕ lß xo: d−íi t¸c dông cña ¸p lùc, lß xo bÞ biÕn d¹ng, qua c¬ cÊu thanh truyÒn hay ®ßn bÈy vµ b¸nh r¨ng, ®é biÕn d¹ng cña lß xo sÏ chuyÓn ®æi thµnh gi¸ trÞ ®−îc ghi trªn mÆt hiÖn sè. A B A B H×nh 2.25. ¸p kÕ lß xo b. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña ¸p kÕ lß xo tÊm D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt, lß xo tÊm (1) bÞ biÕn d¹ng, qua trôc ®ßn bÈy (2), chi tiÕt h×nh ®¸y qu¹t (3), chi tiÕt thanh r¨ng (4), kim chØ (5), gi¸ trÞ ¸p suÊt ®−îc thÓ hiÖn trªn mÆt sè. 1. Kim chØ; 2. Thanh r¨ng; 2 1 3 3. Chi tiÕt h×nh ®¸y qu¹t; 4 4. §ßn bÈy; 5. Lß xo tÊm. 5 p H×nh 2.26. ¸p kÕ lß xo tÊm 2.5.2. §o l−u l−îng a. §o l−u l−îng b»ng b¸nh h×nh «van vµ b¸nh r¨ng n n QV VK VK H×nh 2.27. §o l−u l−îng b»ng b¸nh «van vµ b¸nh r¨ng 36 ChÊt láng ch¶y qua èng lµm quay b¸nh «van vµ b¸nh r¨ng, ®é lín l−u l−îng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng l−îng chÊt láng ch¶y qua b¸nh «van vµ b¸nh r¨ng. b. §o l−u lù¬ng b»ng tuabin vµ c¸nh g¹t ChÊt láng ch¶y qua èng lµm quay c¸nh tuabin vµ c¸nh g¹t, ®é lín l−u l−îng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tèc ®é quay cña c¸nh tuabin vµ c¸nh g¹t. n QV n QV H×nh 2.28. §o l−u lù¬ng b»ng tuabin vµ c¸nh g¹t c. §o l−u l−îng theo nguyªn lý ®é chªnh ¸p Hai ¸p kÕ ®−îc ®Æt ë hai ®Çu cña mµng ng¨n, ®é lín l−u l−îng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ®é chªnh lÖch ¸p suÊt (tæn thÊt ¸p suÊt) trªn hai ¸p kÕ p1 vµ p2. QV = ∆p p1 p2 ∆p QV H×nh 2.29. §o l−u l−îng theo nguyªn lý ®é chªnh ¸p d. §o l−u l−îng b»ng lùc c¨ng lß xo ChÊt láng ch¶y qua èng t¸c ®éng vµo ®Çu ®o, trªn ®Çu ®o cã g¾n lß xo, l−u chÊt ch¶y qua l−u l−îng kÕ Ýt hay nhiÒu sÏ ®−îc x¸c ®Þnh qua kim chØ. H×nh 2.30. §o l−u l−îng b»ng lùc c¨ng lß xo 2.6. b×nh trÝch chøa 2.6.1. NhiÖm vô B×nh trÝch chøa lµ c¬ cÊu dïng trong c¸c hÖ truyÒn dÉn thñy lùc ®Ó ®iÒu hßa n¨ng l−îng th«ng qua ¸p suÊt vµ l−u l−îng cña chÊt láng lµm viÖc. B×nh trÝch chøa lµm viÖc theo hai qu¸ tr×nh: tÝch n¨ng l−îng vµo vµ cÊp n¨ng l−îng ra. B×nh trÝch chøa ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c lo¹i m¸y rÌn, m¸y Ðp, trong c¸c c¬ cÊu tay m¸y vµ ®−êng d©y tù ®éng,... nh»m lµm gi¶m c«ng suÊt cña b¬m, t¨ng ®é tin cËy vµ hiÖu suÊt sö dông cña toµn hÖ thñy lùc. 2.6.2. Ph©n lo¹i 37 Theo nguyªn lý t¹o ra t¶i, b×nh trÝch chøa thñy lùc ®−îc chia thµnh ba lo¹i, thÓ hiÖn ë h×nh 2.31 a b c d H×nh 2.31. C¸c lo¹i b×nh trÝch chøa thñy lùc a. B×nh trÝch chøa träng vËt; b. B×nh trÝch chøa lß xo; c. B×nh trÝch chøa thñy khÝ; d. Ký hiÖu. a. B×nh trÝch chøa träng vËt B×nh trÝch chøa träng vËt t¹o ra mét ¸p suÊt lý thuyÕt hoµn toµn cè ®Þnh, nÕu bá qua lùc ma s¸t ph¸t sinh ë chæ tiÕp xóc gi÷a c¬ cÊu lµm kÝn vµ pitt«ng vµ kh«ng tÝnh ®Õn lùc qu¸n cña pitt«ng chuyÓn dÞch khi thÓ tÝch b×nh trÝch chøa thay ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. B×nh trÝch chøa lo¹i nµy yªu cÇu ph¶i bè trÝ träng vËt thËt ®èi xøng so víi pitt«ng, nÕu kh«ng sÏ g©y ra lùc thµnh phÇn ngang ë c¬ cÊu lµm kÝn. Lùc t¸c dông ngang nµy sÏ lµm háng c¬ cÊu lµm kÝn vµ ¶nh h−ëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh lµm viÖc æn ®Þnh cña b×nh trÝch chøa. B×nh trÝch chøa träng vËt lµ mét c¬ cÊu ®¬n gi¶n, nh−ng cång kÒnh, th−êng bè trÝ ngoµi x−ëng. V× nh÷ng lý do trªn nªn trong thùc tÕ Ýt sö dông lo¹i b×nh nµy. b. B×nh trÝch chøa lß xo Qu¸ tr×nh tÝch n¨ng l−îng ë b×nh trÝch chøa lß xo lµ qu¸ tr×nh biÕn n¨ng l−îng cña lß xo. B×nh trÝch chøa lo xo cã qu¸n tÝnh nhá h¬n so víi b×nh trÝch chøa träng vËt, v× vËy nã ®−îc sö dông ®Ó lµm t¾t nh÷ng va ®Ëp thñy lùc trong c¸c hÖ thñy lùc vµ gi÷ ¸p suÊt cè ®Þnh trong c¸c c¬ cÊu kÑp. c. B×nh trÝch chøa thñy khÝ B×nh trÝch chøa thñy khÝ lîi dông tÝnh chÊt nÐn ®−îc cña khÝ, ®Ó t¹o ra ¸p suÊt chÊt láng. TÝnh chÊt nµy cho b×nh trÝch chøa cã kh¶ n¨ng gi¶m chÊn. Trong b×nh trÝch chøa träng vËt ¸p suÊt hÇu nh− cè ®Þnh kh«ng phô thuéc vµo vÞ trÝ cña pitt«ng, trong b×nh 38 trÝch chøa lo xo ¸p suÊt thay ®æi tû lÖ tuyÕn tÝnh, cßn trong b×nh trÝch chøa thñy khÝ ¸p suÊt chÊt láng thay ®æi theo nh÷ng ®Þnh luËt thay ®æi ¸p suÊt cña khÝ. Theo kÕt cÊu b×nh trÝch chøa thñy khÝ ®−îc chia thµnh hai lo¹i chÝnh: +/ Lo¹i kh«ng cã ng¨n: lo¹i nµy Ýt dïng trong thùc tÕ (Cã nh−îc ®iÓm: khÝ tiÕp xóc trùc tiÕp víi chÊt láng, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc khÝ sÏ x©m nhËp vµo chÊt láng vµ g©y ra sù lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh cho toµn hÖ thèng. C¸ch kh¾c phôc lµ b×nh trÝch chøa ph¶i cã kÕt cÊu h×nh trô nhá vµ dµi ®Ó gi¶m bít diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a khÝ vµ chÊt láng). +/ Lo¹i cã ng¨n H×nh 2.32. B×nh trÝch chøa thñy khÝ cã ng¨n B×nh trÝch chøa thñy khÝ cã ng¨n ph©n c¸ch hai m«i tr−êng ®−îc dïng réng r·i trong nh÷ng hÖ thñy lùc di ®éng. Phô thuéc vµo kÕt cÊu ng¨n ph©n c¸ch, b×nh lo¹i nµy ®−îc ph©n ra thµnh nhiÒu kiÓu: kiÓu pitt«ng, kiÓu mµng,... CÊu t¹o cña b×nh trÝch chøa cã ng¨n b»ng mµng gåm: trong khoang trªn cña b×nh trÝch chøa thñy khÝ, ®−îc n¹p khÝ víi ¸p suÊt n¹p vµo lµ pn, khi kh«ng cã chÊt láng lµm viÖc trong b×nh trÝch chøa. NÕu ta gäi pmin lµ ¸p suÊt nhá nhÊt cña chÊt láng lµm viÖc cña b×nh trÝch chøa, th× pn ≈ pmin. ¸p suÊt pmax cña chÊt láng ®¹t ®−îc khi thÓ tÝch cña chÊt láng trong b×nh cã ®−îc øng víi gi¸ trÞ cho phÐp lín nhÊt cña ¸p suÊt khÝ trong khoang trªn. KhÝ sö dông trong b×nh trÝch chøa th−êng lµ khÝ nit¬ hoÆc kh«ng khÝ, cßn chÊt láng lµm viÖc lµ dÇu. ViÖc lµm kÝn gi÷a hai khoang khÝ vµ chÊt láng lµ v« cïng quan träng, ®Æc biÖt lµ ®èi víi lo¹i b×nh lµm viÖc ë ¸p suÊt cao vµ nhiÖt ®é thÊp. B×nh trÝch chøa lo¹i nµy cã thÓ lµm viÖc ë ¸p suÊt chÊt láng 100kG/cm2. §èi víi b×nh trÝch chøa thñy khÝ cã ng¨n chia ®µn håi, nªn sö dông khÝ nit¬, cßn kh«ng khÝ sÏ lµm cao su mau háng. 39 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña b×nh trÝch chøa lo¹i nµy gåm cã hai qu¸ tr×nh ®ã lµ qu¸ tr×nh n¹p vµ qu¸ tr×nh x¶. H×nh 2.33. Qu¸ tr×nh n¹p H×nh 2.34. Qu¸ tr×nh x¶ 40 Ch−¬ng 3: c¸c phÇn tö cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc 3.1. kh¸i niÖm 3.1.1. HÖ thèng ®iÒu khiÓn HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc ®−îc m« t¶ qua s¬ ®å h×nh 3.1, gåm c¸c côm vµ phÇn tö chÝnh, cã chøc n¨ng sau: a. C¬ cÊu t¹o n¨ng l−îng: b¬m dÇu, bé läc (...) b. PhÇn tö nhËn tÝn hiÖu: c¸c lo¹i nót Ên (...) c. PhÇn tö xö lý: van ¸p suÊt, van ®iÒu khiÓn tõ xa (...) d. PhÇn tö ®iÒu khiÓn: van ®¶o chiÒu (...) e. C¬ cÊu chÊp hµnh: xilanh, ®éng c¬ dÇu. C¬ cÊu chÊp hµnh PhÇn tö nhËn tÝn hiÖu PhÇn tö xö lý PhÇn tö ®iÒu khiÓn C¬ cÊu t¹o Dßng n¨ng l−îng t¸c ®éng lªn quy tr×nh N¨ng l−îng ®iÒu khiÓn n¨ng l−îng H×nh 3.1. HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc 3.1.2. S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu b»ng thñy lùc CÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc ®−îc thÓ hiÖn ë s¬ ®å h×nh 3.2. 1.0 C¬ cÊu chÊp hµnh PhÇn tö ®iÒu khiÓn C¬ cÊu t¹o n¨ng l−îng Dßng n¨ng l−îng 0.2 T 1.1 P 0.1 m A B P T 0.3 H×nh 3.2. CÊu tróc thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc 41 3.2. van ¸p suÊt 3.2.1. NhiÖm vô Van ¸p suÊt dïng ®Ó ®iÒu chØnh ¸p suÊt, tøc lµ cè ®Þnh hoÆc t¨ng, gi¶m trÞ sè ¸p trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc. 3.2.2. Ph©n lo¹i Van ¸p suÊt gåm cã c¸c lo¹i sau: +/ Van trµn vµ van an toµn +/ Van gi¶m ¸p +/ Van c¶n +/ Van ®ãng, më cho b×nh trÝch chøa thñy lùc. 3.2.2.1. Van trµn vµ an toµn Van trµn vµ van an toµn dïng ®Ó h¹n chÕ viÖc t¨ng ¸p suÊt chÊt láng trong hÖ thèng thñy lùc v−ît qu¸ trÞ sè quy ®Þnh. Van trµn lµm viÖc th−êng xuyªn, cßn van an toµn lµm viÖc khi qu¸ t¶i. p1 Ký hiÖu cña van trµn vµ van an toµn: p2 Cã nhiÒu lo¹i: +/ KiÓu van bi (trô, cÇu) +/ KiÓu con tr−ît (pitt«ng) +/ Van ®iÒu chØnh hai cÊp ¸p suÊt (phèi hîp) a. KiÓu van bi VÝt ®/c VÝt ®/c x0 Lß xo Lß xo x x0 (®é cøng C) Bi cÇu x p1 (®é cøng C) Bi trô p2 p2 p1 H×nh 3.3. KÕt cÊu kiÓu van bi Gi¶i thÝch: khi ¸p suÊt p1 do b¬m dÇu t¹o nªn v−ît qu¸ møc ®iÒu chØnh, nã sÏ th¾ng lùc lß xo, van më cöa vµ ®−a dÇu vÒ bÓ. §Ó ®iÒu chØnh ¸p suÊt cÇn thiÕt nhê vÝt ®iÒu chØnh ë phÝa trªn. Ta cã: p1.A = C.(x + x0) (bá qua ma s¸t, lùc qu¸n tÝnh, p2 ≈ 0) Trong ®ã: x0 - biÕn d¹ng cña lß xo t¹o lùc c¨ng ban ®Çu; C - ®é cøng lß xo; 42 F0 = C.x0 - lùc c¨ng ban ®Çu; x - biÕn d¹ng lß xo khi lµm viÖc (khi cã dÇu trµn); p1 - ¸p suÊt lµm viÖc cña hÖ thèng; A - diÖn tÝch t¸c ®éng cña bi. KiÓu van bi cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n nh−ng cã nh−îc ®iÓm: kh«ng dïng ®−îc ë ¸p suÊt cao, lµm viÖc ån µo. Khi lß xo háng, dÇu lËp tøc ch¶y vÒ bÓ lµm cho ¸p suÊt trong hÖ thèng gi¶m ®ét ngét. b. KiÓu van con tr−ît VÝt ®/c 4 x x0 C x p1 2 1 Flx p2 Lç gi¶m chÊn 3A H×nh 3.4. KÕt cÊu kiÓu van con tr−ît Gi¶i thÝch: DÇu vµo cöa 1, qua lç gi¶m chÊn vµ vµo buång 3. NÕu nh− lùc do ¸p suÊt dÇu t¹o nªn lµ F lín h¬n lùc ®iÒu chØnh cña lß xo Flx vµ träng l−îng G cña pitt«ng, th× pitt«ng sÏ dÞch chuyÓn lªn trªn, dÇu sÏ qua cöa 2 vÒ bÓ. Lç 4 dïng ®Ó th¸o dÇu rß ë buång trªn ra ngoµi. Ta cã: p1.A = Flx (bá qua ma s¸t vµ träng l−îng cña pitt«ng) Flx = C.x0 Khi p1 t¨ng ⇒ F = ⇒ pitt«ng ®i lªn víi dÞch chuyÓn x. 1 A Flx p . > ∗ ⇒ ( ) 1 x x0 p .A = C. + ∗ NghÜa lµ: p1 ↑ ⇒ pitt«ng ®i lªn mét ®o¹n x ⇒ dÇu ra cöa 2 nhiÒu ⇒ p1 ↓ ®Ó æn ®Þnh. V× tiÕt diÖn A kh«ng thay ®æi, nªn ¸p suÊt cÇn ®iÒu chØnh p1 chØ phô thuéc vµo Flx cña lß xo. Lo¹i van nµy cã ®é gi¶m chÊn cao h¬n loai van bi, nªn nã lµm viÖc ªm h¬n. Nh−îc ®iÓm cña nã lµ trong tr−êng hîp l−u l−îng lín víi ¸p suÊt cao, lß xo ph¶i cã kÝch th−íc lín, do ®ã lµm t¨ng kÝch th−íc chung cña van. c. Van ®iÒu chØnh hai cÊp ¸p suÊt Trong van nµy cã 2 lß xo: lß xo 1 t¸c dông trùc tiÕp lªn bi cÇu vµ víi vÝt ®iÒu chØnh, ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ¸p suÊt cÇn thiÕt. Lß xo 2 cã t¸c dông lªn bi trô (con tr−ît), lµ 43 lo¹i lß xo yÕu, chØ cã nhiÖm vô th¾ng lùc ma s¸t cña bi trô. TiÕt diÖn ch¶y lµ r·nh h×nh tam gi¸c. Lç tiÕt l−u cã ®−êng kÝnh tõ 0,8 ⎟ 1 mm. VÝt ®/c Lß xo 1 (®é cøng C1) p2 Lß xo 2 (®é cøng C2) 2 Bi cÇu A2 Van trµn Van an toµn p3 Bi trô (con tr−ît) (lµm viÖc khi qu¸ t¶i) 3 Lç tiÕt l−u 1 A3 p1 H×nh 3.5. KÕt cÊu cña van ®iÒu chØnh hai cÊp ¸p suÊt DÇu vµo van cã ¸p suÊt p1, phÝa d−íi vµ phÝa trªn cña con tr−ît ®Òu cã ¸p suÊt dÇu. Khi ¸p suÊt dÇu ch−a th¾ng ®−îc lùc lß xo 1, th× ¸p suÊt p1 ë phÝa d−íi vµ ¸p suÊt p2 ë phÝa trªn con tr−ît b»ng nhau, do ®ã con tr−ît ®øng yªn. NÕu ¸p suÊt p1 t¨ng lªn, bi cÇu sÏ më ra, dÇu sÏ qua con tr−ît, lªn van bi ch¶y vÒ bÓ. Khi dÇu ch¶y, do søc c¶n cña lç tiÕt l−u, nªn p1 > p2, tøc lµ mét hiÖu ¸p ∆p = p1 - p2 ®−îc h×nh thµnh gi÷a phÝa d−íi vµ phÝa trªn con tr−ît. (Lóc nµy cöa 3 vÉn ®ãng) 0 A2 .p1 > C1.x2 vµ C .x > p .A 0 2 3 1 3 Khi p1 t¨ng cao th¾ng lùc lß xo 2 ⇒ lóc nµy c¶ 2 van ®Òu ho¹t ®éng. Lo¹i van nµy lµm viÖc rÊt ªm, kh«ng cã chÊn ®éng. ¸p suÊt cã thÓ ®iÒu chØnh trong ph¹m vi rÊt réng: tõ 5 ⎟ 63 bar hoÆc cã thÓ cao h¬n. 3.2.2.2. Van gi¶m ¸p Trong nhiÒu tr−êng hîp hÖ thèng thñy lùc mét b¬m dÇu ph¶i cung cÊp n¨ng l−îng cho nhiÒu c¬ cÊu chÊp hµnh cã ¸p suÊt kh¸c nhau. Lóc nµy ta ph¶i cho b¬m lµm viÖc víi ¸p suÊt lín nhÊt vµ dïng van gi¶m ¸p ®Æt tr−íc c¬ cÊu chÊp hµnh nh»m ®Ó gi¶m ¸p suÊt ®Õn mét gi¸ trÞ cÇn thiÕt. Ký hiÖu: p1 p2 44 VÝt ®/c Flx L p1 p2 A P H×nh 3.6. KÕt cÊu cña van gi¶m ¸p VÝ dô: m¹ch thñy lùc cã l¾p van gi¶m ¸p 2 p2 p1 > p2 VÝt ®/c Flx p1 A 1 p1 H×nh 3.7. S¬ ®å m¹ch thñy lùc cã l¾p van gi¶m ¸p Trong hÖ thèng nµy, xilanh 1 lµm viÖc víi ¸p suÊt p1, nhê van gi¶m ¸p t¹o nªn ¸p suÊt p1 > p2 cung cÊp cho xilanh 2. ¸p suÊt ra p2 cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc nhê van gi¶m ¸p. Ta cã lùc c©n b»ng cña van gi¶m ¸p: p2.A = Flx (Flx = C.x) C.x ⇒A p2 = ⇒ A = const, x thay ®æi ⇒ p2 thay ®æi. 45 3.2.2.3. Van c¶n Van c¶n cã nhiÖm vô t¹o nªn mét søc c¶n trong hÖ thèng ⇒ hÖ thèng lu«n cã dÇu ®Ó b«i tr¬n, b¶o qu¶n thiÕt bÞ, thiÕt bÞ lµm viÖc ªm, gi¶m va ®Ëp. Ký hiÖu: Flx p2 A p1 p2 p0 H×nh 3.8. M¹ch thñy lùc cã l¾p van c¶n Trªn h×nh 3.8, van c¶n l¾p vµo cöa ra cña xilanh cã ¸p suÊt p2. NÕu lùc lß xo cña van lµ Flx vµ tiÕt diÖn cña pitt«ng trong van lµ A, th× lùc c©n b»ng tÜnh lµ: p2.A - Flx =0 ⇒AF p lx 2 = (3.1) Nh− vËy ta thÊy r»ng ¸p suÊt ë cöa ra (tøc c¶n ë cöa ra) cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc tïy thuéc vµo sù ®iÒu chØnh lùc lß xo Flx. 3.2.2.4. R¬le ¸p suÊt (¸p lùc) R¬le ¸p suÊt th−êng dïng trong hÖ thèng thñy lùc. Nã ®−îc dïng nh− mét c¬ cÊu phßng qu¸ t¶i, v× khi ¸p suÊt trong hÖ thèng v−ît qu¸ giíi h¹n nhÊt ®Þnh, r¬le ¸p suÊt sÏ ng¾t dßng ®iÖn ⇒ B¬m dÇu, c¸c van hay c¸c bé phËn kh¸c ng−ng ho¹t ®éng. 3.3. van ®¶o chiÒu 3.3.1. NhiÖm vô Van ®¶o chiÒu dïng ®ãng, më c¸c èng dÉn ®Ó khëi ®éng c¸c c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng, dïng ®Ó ®¶o chiÒu c¸c chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu chÊp hµnh. 3.3.2. C¸c kh¸i niÖm +/ Sè cöa: lµ sè lç ®Ó dÉn dÇu vµo hay ra. Sè cöa cña van ®¶o chiÒu th−êng 2, 3 vµ 4, 5. Trong nh÷ng tr−êng hîp ®Æc biÖt sè cöa cã thÓ nhiÒu h¬n. 46 +/ Sè vÞ trÝ: lµ sè ®Þnh vÞ con tr−ît cña van. Th«ng th−êng van ®¶o chiÒu cã 2 hoÆc 3 vÞ trÝ. Trong nh÷ng tr−êng hîp ®Æc biÖt sè vÞ trÝ cã thÓ nhiÒu h¬n. 3.3.3. Nguyªn lý lµm viÖc a. Van ®¶o chiÒu 2 cöa, 2 vÞ trÝ (2/2) A P L A P L Sè cöa A L P H×nh 3.9. Van ®¶o chiÒu 2/2 b. Van ®¶o chiÒu 3 cöa, 2 vÞ trÝ (3/2) A A Sè vÞ trÝ P T P T A a A b A P T a b a b P T H×nh 3.10. Van ®¶o chiÒu 3/2 47 P T c. Van ®¶o chiÒu 4 cöa, 2 vÞ trÝ (4/2) B A B P T A B A B A P T A B P T P T a b a b P T H×nh 3.11. Van ®¶o chiÒu 4/2 Ký hiÖu: P- cöa nèi b¬m; T- cöa nèi èng x¶ vÒ thïng dÇu; A, B- cöa nèi víi c¬ cÊu ®iÒu khiÓn hay c¬ cÊu chÊp hµnh; L- cöa nèi èng dÇu thõa vÒ thïng. 3.3.4. C¸c lo¹i tÝn hiÖu t¸c ®éng Lo¹i tÝn hiÖu t¸c ®éng lªn van ®¶o chiÒu ®−îc biÓu diÔn hai phÝa, bªn tr¸i vµ bªn ph¶i cña ký hiÖu. Cã nhiÒu lo¹i tÝn hiÖu kh¸c nhau cã thÓ t¸c ®éng lµm van ®¶o chiÒu thay ®æi vÞ trÝ lµm viÖc cña nßng van ®¶o chiÒu. a. Lo¹i tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay Ký hiÖu nót Ên tæng qu¸t Nót bÊm Tay g¹t Bµn ®¹p H×nh 3.12. C¸c ký hiÖu cho tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay b. Lo¹i tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬ §Çu dß 48 C÷ chÆn b»ng con l¨n, t¸c ®éng hai chiÒu C÷ chÆn b»ng con l¨n, t¸c ®éng mét chiÒu Lß xo Nót Ên cã r·nh ®Þnh vÞ H×nh 3.13. C¸c ký hiÖu cho tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬ 3.3.5. C¸c lo¹i mÐp ®iÒu khiÓn cña van ®¶o chiÒu Khi nßng van dÞch chuyÓn theo chiÒu trôc, c¸c mÐp cña nã sÏ ®ãng hoÆc më c¸c cöa trªn th©n van nèi víi kªnh dÉn dÇu. Van ®¶o chiÒu cã mÐp ®iÒu khiÓn d−¬ng (h×nh 3.14a), ®−îc sö dông trong nh÷ng kÕt cÊu ®¶m b¶o sù rß dÇu rÊt nhá, khi nßng van ë vÞ trÝ trung gian hoÆc ë vÞ trÝ lµm viÖc nµo ®ã, ®ßng thêi ®é cøng v÷ng cña kÕt cÊu (®é nh¹y ®èi víi phô t¶i) cao. Van ®¶o chiÒu cã mÐp ®iÒu khiÓn ©m (h×nh 3.14b), ®èi víi lo¹i van nµy cã mÊt m¸t chÊt láng ch¶y qua khe th«ng vÒ thïng chøa, khi nßng van ë vÞ trÝ trung gian. Lo¹i van nµy ®−îc sö dông khi kh«ng cã yªu cÇu cao vÒ sù rß chÊt láng, còng nh− ®é cøng v÷ng cña hÖ. Van ®¶o chiÒu cã mÐp ®iÒu khiÓn b»ng kh«ng (h×nh 3.14c), ®−îc sö dông phÇn lín trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn thñy lùc cã ®é chÝnh x¸c cao (vÝ dô nh− ë van thñy lùc tuyÕn tÝnh hay c¬ cÊu servo. C«ng nghÖ chÕ t¹o lo¹i van nµy t−¬ng ®èi khã kh¨n. a b c H×nh 3.14. C¸c lo¹i mÐp ®iÒu khiÓn cña van ®¶o chiÒu a. MÐp ®iÒu khiÓn d−¬ng; b. MÐp ®iÒu khiÓn ©m; c. MÐp ®iÒu khiÓn b»ng kh«ng. 3.4. C¸c lo¹i van ®iÖn thñy lùc øng dông trong m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng 3.4.1. Ph©n lo¹i 49 Cã hai lo¹i: +/ Van solenoid +/ Van tû lÖ vµ van servo 3.4.2. C«ng dông a. Van solenoid Dïng ®Ó ®ãng më (nh− van ph©n phèi th«ng th−êng), ®iÒu khiÓn b»ng nam ch©m ®iÖn. §−îc dïng trong c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn logic. b. Van tû lÖ vµ van servo Lµ phèi hîp gi÷a hai lo¹i van ph©n phèi vµ van tiÕt l−u (gäi lµ van ®ãng, më nèi tiÕp), cã thÓ ®iÒu khiÓn ®−îc v« cÊp l−u l−îng qua van. §−îc dïng trong c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng. 3.4.3. Van solenoid CÊu t¹o cña van solenoid gåm c¸c bé phËn chÝnh lµ: lo¹i ®iÒu khiÓn trùc tiÕp (h×nh 3.15) gåm cã th©n van, con tr−ît vµ hai nam ch©m ®iÖn; lo¹i ®iÒu khiÓn gi¸n tiÕp (h×nh 3.16) gåm cã van s¬ cÊp 1, cÊu t¹o van s¬ cÊp gièng van ®iÒu khiÓn trùc tiÕp vµ van thø cÊp 2 ®iÒu khiÓn con tr−ît b»ng dÇu Ðp, nhê t¸c ®éng cña van s¬ cÊp. Con tr−ît cña van sÏ ho¹t ®éng ë hai hoÆc ba vÞ trÝ tïy theo t¸c ®éng cña nam ch©m. Cã thÓ gäi van solenoid lµ lo¹i van ®iÒu khiÓn cã cÊp. 1 2 6 3 5 T A P B A B 4 P T H×nh 3.15. KÕt cÊu vµ ký hiÖu cña van solenoid ®iÒu khiÓn trùc tiÕp 1, 2. Cuén d©y cña nam ch©m ®iÖn; 3, 6. VÝt hiÖu chØnh cña lâi s¾t tõ; 4, 5. Lß xo. 50 1 2 5 4.2 6 8 X T A P B Y A B a 0 b a.X b.Y 4.1 7 3 A B b a b a 0 a b P X Y T X T Y H×nh 3.16. KÕt cÊu vµ ký hiÖu cña van solenoid ®iÒu khiÓn gi¸n tiÕp 1. Van s¬ cÊp; 2. Van thø cÊp. 3.5.4. Van tû lÖ CÊu t¹o cña van tû lÖ cã gåm ba bé phËn chÝnh (h×nh 3.17) lµ : th©n van, con tr−ît, nam ch©m ®iÖn. §Ó thay ®æi tiÕt diÖn ch¶y cña van, tøc lµ thay ®æi hµnh tr×nh cña con tr−ît b»ng c¸ch thay ®æi dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn nam ch©m. Cã thÓ ®iÒu khiÓn con tr−ît ë vÞ trÝ bÊt kú trong ph¹m vi ®iÒu chØnh nªn van tû lÖ cã thÓ gäi lµ lo¹i van ®iÒu khiÓn v« cÊp. 51 6 1 2 3 4 5 ` b a 7 X Y 8 13 12 9 11 10 T A P B X Y A B b a P T H×nh 3.17. KÕt cÊu vµ ký hiÖu cña van tû lÖ H×nh 3.17 lµ kÕt cÊu cña van tû lÖ, van cã hai nam ch©m 1, 5 bè trÝ ®èi xøng, c¸c lß xo 10 vµ 12 phôc håi vÞ trÝ c©n b»ng cña con tr−ît 11. 3.4.5. Van servo a. Nguyªn lý lµm viÖc Cuén d©y 1 Cuén d©y 2 èng ®µn håi i + 1 N S - i + 2 R - P N S PhÇn øng Nam ch©m vÜnh cöu C¸nh chÆn MiÖng phun dÇu Cµng ®µn håi H×nh 3.18. S¬ ®å nguyªn lý cña bé phËn ®iÒu khiÓn con tr−ît cña van servo Bé phËn ®iÒu khiÓn con tr−ît cña van servo (torque motor) thÓ hiÖn trªn h×nh 3.18 gåm c¸c ë bé phËn sau: +/ Nam ch©m vÜnh cöu; +/ PhÇn øng vµ hai cuén d©y; 52 +/ C¸nh chÆn vµ cµng ®µn håi; +/ èng ®µn håi; +/ MiÖng phun dÇu. Hai nam ch©m vÜnh cöu ®Æt ®èi xøng t¹o thµnh khung h×nh ch÷ nhËt, phÇn øng trªn ®ã cã hai cuén d©y vµ c¸nh chÆn dÇu ngµm víi phÇn øng, t¹o nªn mét kÕt cÊu cøng v÷ng. §Þnh vÞ phÇn øng vµ c¸nh chÆn dÇu lµ mét èng ®µn håi, èng nµy cã t¸c dông phôc håi côm phÇn øng vµ c¸nh chÆn vÒ vÞ trÝ trung gian khi dßng ®iÖn vµo hai cuén d©y c©n b»ng. Nèi víi c¸nh chÆn dÇu lµ cµng ®µn håi, cµng nµy nèi trùc tiÕp víi con tr−ît. Khi dßng ®iÖn vµo hai cuén d©y lÖch nhau th× phÇn øng bÞ hót lÖch, do sù ®èi xøng cña c¸c cùc nam ch©m mµ phÇn øng sÏ quay. Khi phÇn øng quay, èng ®µn håi sÏ biÕn d¹ng ®µn håi, khe hë tõ c¸nh chÆn ®Õn miÖng phun dÇu còng sÏ thay ®æi (phÝa nµy hë ra vµ phÝa kia hÑp l¹i). §iÒu ®ã dÉn ®Õn ¸p suÊt ë hai phÝa cña con tr−ît lÖch nhau vµ con tr−ît ®−îc di chuyÓn. Nh− vËy: +/ Khi dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn ë hai cuén d©y b»ng nhau hoÆc b»ng 0 th× phÇn øng, c¸nh, cµng vµ con tr−ît ë vÞ trÝ trung gian (¸p suÊt ë hai buång con tr−ît c©n b»ng nhau). +/ Khi dßng i1 ≠ i2 th× phÇn øng sÏ quay theo mét chiÒu nµo ®ã tïy thuéc vµo dßng ®iÖn cña cuén d©y nµo lín h¬n. Gi¶ sö phÇn øng quay ng−îc chiÒu kim ®ång hå, c¸nh chÆn dÇu còng quay theo lµm tiÕt diÖn ch¶y cña miÖng phun dÇu thay ®æi, khe hë miÖng phun phÝa tr¸i réng ra vµ khe hë ë miÖng phun phÝa ph¶i hÑp l¹i. ¸p suÊt dÇu vµo hai buång con tr−ît kh«ng c©n b»ng, t¹o lùc däc trôc, ®Èy con tr−ît di chuyÓn vÒ bªn tr¸i, h×nh thµnh tiÕt diÖn ch¶y qua van (t¹o ®−êng dÉn dÇu qua van). Qu¸ tr×nh trªn thÓ hiÖn ë h×nh 3.19b. §ång thêi khi con tr−ît sang tr¸i th× cµng sÏ cong theo chiÒu di chuyÓn cña con tr−ît lµm cho c¸nh chÆn dÇu còng di chuyÓn theo. Lóc nµy khe hë ë miÖng phun tr¸i hÑp l¹i vµ khe hë miÖng phun ph¶i réng lªn, cho ®Õn khi khe hë cña hai miÖng phun b»ng nhau vµ ¸p suÊt hai phÝa b»ng nhau th× con tr−ît ë vÞ trÝ c©n b»ng. Qu¸ tr×nh ®ã thÓ hiÖn ë h×nh 3.19c. M«men quay phÇn øng vµ m«men do lùc ®µn håi cña cµng c©n b»ng nhau. L−îng di chuyÓn cña con tr−ît tû lÖ víi dßng ®iÖn vµo cuén d©y. +/ T−¬ng tù nh− trªn nÕu phÇn øng quay theo chiÒu ng−îc l¹i th× con tr−ît sÏ di chuyÓn theo chiÒu ng−îc l¹i. 53 a T A P b c T A P B T A P B H×nh 3.19. S¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng cña van servo a. S¬ ®å giai ®o¹n van ch−a lam viÖc; b. S¬ ®å giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn; c. S¬ ®å giai ®o¹n hai cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn. b. KÕt cÊu cña van servo Ngoµi nh÷ng kÕt cÊu thÓ hiÖn ë h×nh 3.18 vµ h×nh 3.19, trong van cßn bè trÝ thªm bé läc dÇu nh»m ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th−êng cña van. §Ó con tr−ît ë vÞ trÝ trung gian khi tÝn hiÖu vµo b»ng kh«ng, tøc lµ ®Ó phÇn øng ë vÞ trÝ c©n b»ng, ng−êi ta ®−a vµo kÕt cÊu vÝt ®iÒu chØnh. 54 C¸c h×nh 3.20, 3.21, 3.22, 3.23, 3.24 lµ kÕt cÊu cña mét sè lo¹i van servo ®−îc sö dông hiÖn nay. a Nam ch©m èng phun dÇu Cµng ®µn håi VÝt hiÖu chØnh con tr−ît Th©n van b Cuén d©y Läc dÇu èng phun Lâi nam ch©m èng ®µn håi Cµng Cµng ®µn håi Läc dÇu P Lç tiÕt l−u c P T H×nh 3.20. B¶n vÏ thÓ hiÖn kÕt cÊu vµ ký hiÖu cña van servo a, b. B¶n vÏ thÓ hiÖn c¸c d¹ng kÕt cÊu cña van servo; c. Ký hiÖu cña van servo. 55 H×nh 3.21. KÕt cÊu cña van servo mét cÊp ®iÒu khiÓn 1. Kh«ng gian trèng; 2. èng phun; 3. Lâi s¾t cña nam ch©m; 4. èng ®µn håi; 5. Cµng ®iÒu khiÓn ®iÖn thñy lùc; 6. VÝt hiÖu chØnh; 7. Th©n cña èng phun; 8. Th©n cña nam ch©m; 9. Kh«ng gian quay cña lâi s¾t nam ch©m; 10. Cuén d©y cña nam ch©m; 11. Con tr−ît cña van chÝnh; 12. Buång dÇu cña van chÝnh. 56 H×nh 3.22. KÕt cÊu cña van servo 2 cÊp ®iÒu khiÓn 1. Côm nam ch©m; 2. èng phun; 3. Cµng ®µn håi cña bé phËn ®iÒu khiÓn ®iÖn thñy lùc; 4. Xylanh cña van chÝnh; 5. Con tr−ît cña van chÝnh; 6. Cµng ®iÒu khiÓn ®iÖn-thñy lùc; 7. Th©n cña èng phun. H×nh 3.23. KÕt cÊu cña van servo 2 cÊp ®iÒu khiÓn cã c¶m biÕn 57 Van tiÕt l−u cã thÓ ®Æt ë ®−êng dÇu vµo hoÆc ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh. Van tiÕt l−u cã hai lo¹i: +/ TiÕt l−u cè ®Þnh Ký hiÖu: +/ TiÕt l−u thay ®æi ®−îc l−u l−îng Ký hiÖu: VÝ dô: h×nh 3.25 lµ s¬ ®å cña van tiÕt l−u ®−îc l¾p ë ®−êng ra cña hÖ thèng thñy lùc. C¸ch l¾p nµy ®−îc dïng phæ biÕn nhÊt, v× van tiÕt l−u thay thÕ c¶ chøc n¨ng cña van c¶n, t¹o nªn mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh trªn ®−êng ra cña xilanh vµ do ®ã lµm cho chuyÓn ®éng cña nã ®−îc ªm. A1 A2 Q1 p1 v Q2 p2 Q2, p3 Ax H×nh 3.25. S¬ ®å thñy lùc cã l¾p van tiÕt l−u ë ®−êng dÇu ra Ta cã c¸c ph−¬ng tr×nh: Q2 = A2.v : l−u l−îng qua van tiÕt l−u ∆p = p2 - p3 : hiÖu ¸p qua van tiÕt l−u L−u l−îng dÇu Q2 qua khe hë ®−îc tÝnh theo c«ng thøc Torricelli nh− sau: 2.g Q .A . 2 x ∆ ρ = ∝ [m3/s] (3.3) . p hoÆc A2.v = ∝.Ax.c. ∆p (c = ρ2.g = const) v∝ ∆ = (3.4) .A .c. p ⇒ 2 Trong ®ã: x A ∝ - hÖ sè l−u l−îng; 59 Ax - diÖn tÝch mÆt c¾t cña khe hë: 4.d A2 π = [m2]; 1 ∆p = (p2 - p3)- ¸p suÊt tr−íc vµ sau khe hë [N/m2]; ρ - khèi l−îng riªng cña dÇu [kg/m3]. Khi Ax thay ®æi ⇒ ∆p thay ®æi vµ v thay ®æi. p2 p3 Q2 ∆p H×nh 3.26. §é chªnh lÖch ¸p suÊt vµ l−u l−îng dßng ch¶y qua khe hë Dùa vµo ph−¬ng thøc ®iÒu chØnh l−u l−îng, van tiÕt l−u cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i chÝnh: van tiÕt l−u ®iÒu chØnh däc trôc vµ van tiÕt l−u ®iÒu chØnh quanh trôc. a. Van tiÕt l−u ®iÒu chØnh däc trôc Ax = 2π.rt.AB AB = h.sinα h.sin p2 D α = − .cos h Ax 2α α Ax p2 h r r t 2 α p1 Ax = π.D.h p1 A rtB r ⇒ Ax ≈ 2π.h.r.sinα h.sin2: VCB ⇒ bá qua) α.cos ( α 2 H×nh 3.27. TiÕt l−u ®iÒu chØnh däc trôc b. Van tiÕt l−u ®iÒu chØnh quanh trôcp1 p2 H×nh 3.28. TiÕt l−u ®iÒu chØnh quanh trôc 3.5.2. Bé æn tèc Bé æn tèc lµ cÊu ®¶m b¶o hiÖu ¸p kh«ng ®æi khi gi¶m ¸p (∆p = const), vµ do ®ã ®¶m b¶o mét l−u l−îng kh«ng ®æi ch¶y qua van, tøc lµ lµm cho vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh cã gi¸ trÞ gÇn nh− kh«ng ®æi. Nh− vËy ®Ó æn ®Þnh vËn tèc ta sö dông bé æn tèc. 60 Bé æn tèc lµ mét van ghÐp gåm cã: mét van gi¶m ¸p vµ mét van tiÕt l−u. Bé æn tèc cã thÓ l¾p trªn ®−êng vµo hoÆc ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh nh− ë van tiÕt l−u, nh−ng phæ biÕn nhÊt lµ l¾p ë ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh. Ký hiÖu: p1 p2 p4 p3 H×nh 3.29. KÕt cÊu bé æn tèc Flx p2 Q2 A §iÒu kiÖn ®Ó bé æn tèc cã thÓ lµm viÖc lµ: p1 > p2 > p3 > p4 Ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tÜnh: A.p3 = p4.A + Flx ⇒ ∆p = p3 - p4 = AFlx (3.5) Q2 = AF .A .c. p k. lx ∝ x ∆ = (3.6) Q2 kh«ng phô thuéc vµo t¶i mµ chØ phô thuéc vµo Flx ⇒ v æn ®Þnh p4 Flx p2 Q2 p3 A H×nh 3.30. S¬ ®å thñy lùc cã l¾p bé æn tèc 61 p1 3.6. van chÆn Van chÆn gåm c¸c lo¹i van sau: +/ Van mét chiÒu. +/ Van mét chiÒu ®iÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn. +/ Van t¸c ®éng kho¸ lÉn. 3.6.1. Van mét chiÒu Van mét chiÒu dïng ®Ó ®iÒu khiÓn dßng chÊt láng ®i theo mét h−íng, vµ ë h−íng kia dÇu bÞ ng¨n l¹i. Trong hÖ thèng thñy lùc, th−êng ®Æt ë nhiÒu vÞ trÝ kh¸c nhau tïy thuéc vµo nh÷ng môc ®Ých kh¸c nhau. Ký hiÖu: Van mét chiÒu gåm cã: van bi, van kiÓu con tr−ît. H×nh 3.31. KÕt cÊu van bi mét chiÒu øng dông cña van mét chiÒu: +/ §Æt ë ®−êng ra cña b¬m (®Ó chÆn dÇu ch¶y vÒ bÓ). +/ §Æt ë cöa hót cña b¬m (chÆn dÇu ë trong b¬m). +/ Khi sö dông hai b¬m dÇu dïng chung cho mét hÖ thèng. 62 VÝ dô: s¬ ®å thñy lùc sö dông hai b¬m dÇu nh»m gi¶m tiªu hao c«ng suÊt. A1 A2 Flx T p2 P FLv1 v2 Q2 2 A p1 Q1 p1 1 H×nh 3.32. S¬ ®å m¹ch thñy lùc sö dông hai b¬m dÇu Khi thùc hiÖn vËn tèc c«ng t¸c v1, b¬m 1 (Q1) ho¹t ®éng: Q1 = A1.v1. Khi thùc hiÖn vËn tèc ch¹y kh«ng v2 (pitt«ng lïi vÒ) th× c¶ hai b¬m cïng cung cÊp dÇu (Q1, Q2): Q1 + Q2 = A2.v2 (Q2 >> Q1). Gi¶i thÝch nguyªn lý: +/ Khi cã t¶i FL vµ thùc hiÖn v1 ⇒ p1 > p2, van mét chiÒu bÞ chÆn ⇒ 1 vµ Q AQ 1 v = vÒ bÓ dÇu. 2 1 (A.p1 > Flx ⇒ pitt«ng ®i lªn cöa P vµ T th«ng nhau ⇒ Q2 vÒ bÓ dÇu). 1 p Flx p1 .A∗ ≥ ∗ +/ Khi ch¹y nhanh víi v2 (kh«ng t¶i): ↓ ⇒ ⇒ pitt«ng ®i xuèng më cöa P, ®ãng cöa T, lóc nµy p xilanh ®Ó thùc hiÖn v2. v+ = Q Q 1 2 2 > p1 ⇒ van mét chiÒu më ⇒ cung cÊp Q2 vµ Q1 cho 2 A 2 63 3.6.2. Van mét chiÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn a. Nguyªn lý ho¹t ®éng Khi dÇu ch¶y tõ A qua B, van thùc hiÖn theo nguyªn lý cña van mét chiÒu. Nh−ng khi dÇu ch¶y tõ B qua A, th× ph¶i cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn bªn ngoµi t¸c ®éng vµo cöa X. a b c b a x x a b x a b H×nh 3.33. Van mét chiÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn a. ChiÒu A qua B, t¸c dông nh− van mét chiÒu; b. ChiÒu B qua A cã dßng ch¶y, khi cã t¸c dông tÝn ngoµi X; c. Ký hiÖu. 3.6.3. Van t¸c ®éng kho¸ lÉn a. Nguyªn lý ho¹t ®éng KÕt cÊu cña van t¸c ®éng kho¸ lÉn, thùc ra lµ l¾p hai van mét chiÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn. Khi dßng ch¶y tõ A1 qua B1 hoÆc tõ A2 qua B2 theo nguyªn lý cña van mét chiÒu. Nh−ng khi dÇu ch¶y tõ B2 vÒ A2 th× ph¶i cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn A1 hoÆc khi dÇu ch¶y tõ B1 vÒ A1 th× ph¶i cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn A2. B1 B2 a b B1 B2 A1 A2 c B B A A A1 A2 H×nh 3.34. Van t¸c ®éng khãa lÈn a. Dßng ch¶y tõ A1 qua B1 hoÆc tõ A2 qua B2 (nh− van mét chiÒu); b. Tõ B2 vÒ A2 th× ph¶i cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn A1; c. Ký hiÖu. 64 Q ⇒ v = 2 π (3.10) .10 2 6.d . 4 2.Q 10. π [mm] (3.11) ⇒ KÝch th−íc ®−êng kÝnh èng dÉn lµ: d = 3. .v 3.7.2. C¸c lo¹i èng nèi a. Yªu cÇu Trong hÖ thèng thñy lùc, èng nèi cã yªu cÇu t−¬ng ®èi cao vÒ ®é bÒn vµ ®é kÝn. Tïy theo ®iÒu kiÖn sö dông èng nèi cã thÓ kh«ng th¸o ®−îc vµ th¸o ®−îc. b. C¸c lo¹i èng nèi §Ó nèi c¸c èng dÉn víi nhau hoÆc nèi èng dÉn víi c¸c phÇn tö thñy lùc, ta dïng c¸c lo¹i èng nèi ®−îc thÓ hiÓn nh− ë h×nh 3.36 a b H×nh 3.36. C¸c lo¹i èng nèi a. èng nèi vÆn ren; b. èng nèi siÕt chÆt b»ng ®ai èc. 3.7.3. Vßng ch¾n a. NhiÖm vô Ch¾n dÇu ®ãmg vai trß quan träng trong viÖc ®¶m b¶o sù lµm viÖc b×nh th−êng cña c¸c phÇn tö thñy lùc. Ch¾n dÇu kh«ng tèt, sÏ bÞ rß dÇu ë c¸c ®Çu nèi, bÞ hao phÝ dÇu, kh«ng ®¶m b¶o ¸p suÊt cao dÉn ®Õn hÖ thèng ho¹t ®éng kh«ng æn ®Þnh. 66 b. Ph©n lo¹i §Ó ng¨n chÆn sù rß dÇu, ng−êi ta th−êng dïng c¸c lo¹i vßng ch¾n, vËt liÖu kh¸c nhau, tïy thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt ®é cña dÇu. Dùa vµo bÒ mÆt cÇn ch¾n khÝt, ta ph©n thµnh hai lo¹i: +/ Lo¹i ch¾n khÝt phÇn tö cè ®Þnh. +/ Lo¹i ch¾n khÝt phÇn tö chuyÓn ®éng. c. Lo¹i ch¾n khÝt phÇn tö cè ®Þnh Ch¾n khÝt nh÷ng phÇn tö cè ®Þnh t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n, dïng c¸c vßng ch¾n b»ng chÊt dÎo hoÆc b»ng kim lo¹i mÒm (®ång, nh«m). §Ó t¨ng ®é bÒn, tuæi thä cña vßng ch¾n cã tÝnh ®µn håi, ta th−êng sö dông c¸c c¬ cÊu b¶o vÖ chÕ t¹o tõ vËt liÖu cøng h¬n (cao su nÒn v¶i, vßng kim lo¹i, cao su l−u hãa cïng lâi kim lo¹i). d. Lo¹i ch¾n khÝt c¸c phÇn tö chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau Lo¹i nµy ®−îc dïng réng r·i nhÊt, ®Ó ch¾n khÝt nh÷ng phÇn tö chuyÓn ®éng. VËt liÖu chÕ t¹o lµ cao su chÞu dÇu, ®Ó ch¾n dÇu gi÷a 2 bÒ mÆt cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi (gi÷a pitt«ng vµ xilanh). §Ó t¨ng ®é bÒn, tuæi thä cña vßng ch¾n cã tÝnh ®µn håi, t−¬ng tù nh− lo¹i ch¾n khÝt nh÷ng phÇn tö cè ®Þnh, th−êng ta sö dông c¸c c¬ cÊu b¶o vÖ chÕ t¹o tõ vËt liÖu cøng h¬n (vßng kim lo¹i). §Ó ch¾n khÝt nh÷ng chi tiÕt cã chuyÓn ®éng th¼ng (cÇn pitt«ng, cÇn ®Èy ®iÒu khiÓn con tr−ît ®iÒu khiÓn víi nam ch©m ®iÖn,...), th−êng dïng vßng ch¾n cã tiÕt diÖn chö V, víi vËt liÖu b»ng da hoÆc b»ng cao su. Trong tr−êng hîp ¸p suÊt lµm viÖc cña dÇu lín th× bÒ dµy còng nh− sè vßng ch¾n cÇn thiÕt cµng lín. 67 Ch−¬ng 4: §iÒu chØnh vµ æn ®Þnh vËn tèc §iÒu chØnh vËn tèc chuyÓn ®éng th¼ng hoÆc chuyÓn ®éng quay cña c¬ cÊu chÊp hµnh trong hÖ thèng thñy lùc b»ng c¸ch thay ®æi l−u l−îng dÇu ch¶y qua nã víi hai ph−¬ng ph¸p sau: +/ Thay ®æi søc c¶n trªn ®−êng dÉn dÇu b»ng van tiÕt l−u. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy gäi lµ ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u. +/ Thay ®æi chÕ ®é lµm viÖc cña b¬m dÇu, tøc lµ ®iÒu chØnh l−u l−îng cña b¬m cung cÊp cho hÖ thèng thñy lùc. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy gäi lµ ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch. Lùa chän ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vËn tèc phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− c«ng suÊt truyÒn ®éng, ¸p suÊt cÇn thiÕt, ®Æc ®iÓm thay ®æi t¶i träng, kiÓu vµ ®Æc tÝnh cña b¬m dÇu,... §Ó gi¶m nhiÖt ®é cña dÇu, ®ång thêi t¨ng hiÖu suÊt cña hÖ thèng dÇu Ðp, ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng thÓ tÝch. Lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch chØ ®−a vµo hÖ thèng dÇu Ðp l−u l−îng dÇu cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o mét vËn tèc nhÊt ®Þnh. Do ®ã, nÕu nh− kh«ng tÝnh ®Õn tæn thÊt thÓ tÝch vµ c¬ khÝ th× toµn bé n¨ng l−îng do b¬m dÇu t¹o nªn ®Òu biÕn thµnh c«ng cã Ých. 4.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u Do kÕt cÊu ®¬n gi¶n nªn lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc dïng nhiÒu nhÊt trong c¸c hÖ thèng thñy lùc cña m¸y c«ng cô ®Ó ®iÒu chØnh vËn tèc cña chuyÓn ®éng th¼ng còng nh− chuyÓn ®éng quay. Ta cã: Q .A .c. p = ∝ x ∆ Khi Ax thay ®æi ⇒ thay ®æi ∆p ⇒ thay ®æi Q ⇒ v thay ®æi. ë lo¹i ®iÒu chØnh nµy b¬m dÇu cã l−u l−îng kh«ng ®æi, vµ víi viÖc thay ®æi tiÕt diÖn ch¶y cña van tiÕt l−u, lµm thay ®æi hiÖu ¸p cña dÇu, do ®ã thay ®æi l−u l−îng dÉn ®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh ®Ó ®¶m b¶o mét vËn tèc nhÊt ®Þnh. L−îng dÇu thõa kh«ng thùc hiÖn c«ng cã Ých nµo c¶ vµ nã ®−îc ®−a vÒ bÓ dÇu. Tuú thuéc vµo vÞ trÝ l¾p van tiÕt l−u trong hÖ thèng, ta cã hai lo¹i ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u sau: +/ §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo. +/ §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra. 4.1.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo H×nh 4.1 lµ s¬ ®å ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo. Van tiÕt l−u (0.4) ®Æt ë ®−êng vµo cña xilanh (1.0). §−êng ra cña xilanh ®−îc dÉn vÒ bÓ dÇu qua van c¶n (0.5). Nhê van tiÕt l−u (0.4), ta cã thÓ ®iÒu chØnh hiÖu ¸p gi÷a hai ®Çu van tiÕt l−u, tøc lµ ®iÒu chØnh ®−îc l−u l−îng ch¶y qua van tiÕt l−u vµo xilanh, do ®ã lµm thay ®æi vËn tèc cña pitt«ng. L−îng dÇu thõa ch¶y qua van trµn (0.2) vÒ bÓ dÇu. 68 Van c¶n (0.5) dïng ®Ó t¹o nªn mét ¸p nhÊt ®Þnh (kho¶ng 3⎟8bar) trong buång bªn ph¶i cña xilanh (1.0), ®¶m b¶o pitt«ng chuyÓn ®éng ªm, ngoµi ra van c¶n (0.5) cßn lµm gi¶m chuyÓn ®éng giËt m¹nh cña c¬ cÊu chÊp hµnh khi t¶i träng thay ®æi ngét. NÕu nh− t¶i träng t¸c dông lªn pitt«ng lµ F vµ lùc ma s¸t gi÷a pitt«ng vµ xilanh lµ Fms, th× ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc cña pitt«ng lµ: A F F p . + 2 p1.A1 - p2.A2 - FL - Fms = 0 ⇒ p1 = L ms + (4.1) 2 A A 1 1 HiÖu ¸p gi÷a hai ®Çu van tiÕt l−u: ∆p = p0 - p1 (4.2) Trong ®ã: p0 lµ ¸p suÊt do b¬m dÇu t¹o nªn, ®−îc ®iÒu chØnh b»ng van trµn (0.2). Ph−¬ng tr×nh l−u l−îng: Q qua van tiÕt l−u còng lµ Q qua xilanh (bá qua rß dÇu) Q A .v .A .c. p = 1 = ∝ x ∆ (4.3) Qua ®©y ta thÊy: khi FL thay ®æi ⇒ p1 thay ®æi ⇒ ∆p thay ®æi ⇒ Q thay ®æi ⇒ v kh«ng æn ®Þnh. A1 A2 v 1.0 FL p2 p1 1.1 0.4 Ax A B P T 0.2 0.3 p0 0.1 0.5 H×nh 4.1. S¬ ®å m¹ch thñy lùc ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo 4.1.2. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra A1 1.0 A2 v FL p1 p2 0.2 1.1 0.3 0.1 A B P T Q1 Q2 p0 Ax 0.4 p3≈0 H×nh 4.2. S¬ ®å m¹ch thñy lùc ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra 69 H×nh 4.2 lµ s¬ ®å ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra. Van tiÕt l−u ®¶m nhiÖm lu«n chøc n¨ng cña van c¶n lµ t¹o nªn mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh ë ®−êng ra cña xilanh. Trong tr−êng hîp nµy, ¸p suÊt ë buång tr¸i xilanh b»ng ¸p suÊt cña b¬m, tøc lµ p1=p0. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tÜnh lµ: p0.A1 - p2.A2 - FL - Fms = 0 (4.4) V× cöa van cña tiÕt l−u nèi liÒn víi bÓ dÇu, nªn hiÖu ¸p cña van tiÕt l−u: ∆p = p2 - p3 = p2 A F F p . + − (4.5) 1 ⇒ ∆p = p2 = L ms 0 A A 2 2 2 2 x 2 Q = v.A = ∝.A .c p (4.6) Ta còng thÊy: FL thay ®æi ⇒ p2 thay ®æi ⇒ Q2 thay ®æi vµ v thay ®æi. C¶ hai ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u cã −u ®iÓm chÝnh lµ kÕt cÊu ®¬n gi¶n, nh−ng c¶ hai còng cã nh−îc ®iÓm lµ kh«ng ®¶m b¶o vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh ë mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, khi t¶i träng thay ®æi. Th−êng ng−êi ta dïng hai lo¹i ®iÒu chØnh nµy trong nh÷ng hÖ thèng thñy lùc lµm viÖc víi t¶i träng thay ®æi nhá, hoÆc trong hÖ thèng kh«ng yªu cÇu cã vËn tèc kh«ng ®æi. Nh−îc ®iÓm kh¸c cña hÖ thèng ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u lµ mét phÇn n¨ng l−îng kh«ng dïng biÕn thµnh nhiÖt trong qu¸ tr×nh tiÕt l−u, nhiÖt l−îng Êy lµm gi¶m ®é nhít cña dÇu, cã kh¶ n¨ng lµm t¨ng l−îng dÇu rß, ¶nh h−ëng ®Õn sù æn ®Þnh vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh. V× nh÷ng lý do ®ã, ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u th−êng dïng trong nh÷ng hÖ thèng thñy lùc cã c«ng suÊt nhá, th−êng kh«ng qu¸ 3⎟3,5 kw. HiÖu suÊt cña hÖ thèng ®iÒu chØnh nµy kho¶ng 0,65⎟0,67. 4.2. §iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch §Ó gi¶m nhiÖt ®é dÇu, ®ång thêi t¨ng hÖu suÊt cña hÖ thèng thñy lùc, ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng thÓ tÝch. Lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch chØ ®−a vµo hÖ thèng thñy lùc l−u l−îng dÇu cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o mét vËn tèc nhÊt ®Þnh. L−u l−îng dÇu cã thÓ thay ®æi víi viÖc dïng b¬m dÇu pitt«ng hoÆc c¸nh g¹t ®iÒu chØnh l−u l−îng. §Æc ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng thÓ tÝch lµ khi t¶i träng kh«ng ®æi, c«ng suÊt cña c¬ cÊu chÊp hµnh tû lÖ víi l−u l−îng cña b¬m. V× thÕ, lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc dïng réng r·i trong c¸c m¸y cÇn thiÕt mét c«ng suÊt lín khi khëi ®éng, tøc lµ cÇn thiÕt lùc kÐo hoÆc m«men xo¾n lín. Ngoµi ra nã còng ®−îc dïng réng r·i trong nh÷ng hÖ thèng thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng hoÆc chuyÓn ®éng quay khi vËn tèc gi¶m, c«ng suÊt cÇn thiÕt còng gi¶m. 70 Tãm l¹i: −u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch lµ ®¶m b¶o hiÖu suÊt truyÒn ®éng cao, dÇu Ýt bÞ lµm nãng, nh−ng b¬m dÇu ®iÒu chØnh l−u l−îng cã kÕt cÊu phøc t¹p, chÕ t¹o ®¾t h¬n lµ b¬m dÇu cã l−u l−îng kh«ng ®æi. v FL Q e H×nh 4.3. S¬ ®å thñy lùc ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch Thay ®æi Q b»ng c¸ch thay ®æi qb cña b¬m Qb = qb.n Trªn h×nh 4.3 ta thÊy: Thay ®æi ®é lÖch t©m e (xª dÞch vßng tr−ît) ⇒ qb sÏ thay ®æi ⇒ Qb thay ®æi. 4.3. æn ®Þnh vËn tèc Trong nh÷ng c¬ cÊu chÊp hµnh cÇn chuyÓn ®éng ªm, ®é chÝnh x¸c cao, th× c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n nh− ®· tr×nh bµy ë trªn kh«ng thÓ ®¶m b¶o ®−îc, v× nã kh«ng kh¾c phôc ®−îc nh÷ng nguyªn nh©n g©y ra sù kh«ng æn ®Þnh chuyÓn ®éng, nh− t¶i träng kh«ng thay ®æi, ®é ®µn håi cña dÇu, ®é rß dÇu còng nh− sù thay ®æi nhiÖt ®é cña dÇu. Ngoµi nh÷ng nguyªn nh©n trªn, hÖ thèng thñy lùc lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh cßn do nh÷ng thiÕu sãt vÒ kÕt cÊu (nh− c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chÕ t¹o kh«ng chÝnh x¸c, l¾p r¸p kh«ng thÝch hîp,..). Do ®ã, muèn cho vËn tèc ®−îc æn ®Þnh, duy tr× ®−îc trÞ sè ®· ®iÒu chØnh th× trong c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh vËn tèc kÓ trªn cÇn l¾p thªm mét bé phËn, thiÕt bÞ ®Ó lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn nh©n lµm mÊt æn ®Þnh vËn tèc. Ta xÐt mét sè ph−¬ng ph¸p th−êng dïng ®Ó æn ®Þnh vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh. 71 §Ó gi¶m ¶nh h−ëng thay ®æi t¶i träng, ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n vµ phæ biÕn nhÊt lµ dïng bé æn ®Þnh vËn tèc (gäi t¾t lµ bé æn tèc). Bé æn tèc cã thÓ dïng trong hÖ thèng ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u, hay ë hÖ thèng ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch vµ nã cã thÓ ë ®−êng vµo hoÆc ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh. (Nh− ta ®· biÕt l¾p ë ®−êng ra ®−îc dïng réng r·i h¬n). 4.3.1. Bé æn tèc l¾p trªn ®−êng vµo cña c¬ cÊu chÊp hµnh A1 A2 p1 p2 v FL p p B 0A p3 p3 p0 ∆p v v0 Flx p1 L(p2+pms) A’ B’ FL FL H×nh 4.4. S¬ ®å m¹ch thñy lùc cã l¾p bé æn tèc trªn ®−êng vµo T¹i van gi¶m ¸p ta cã: 2 2 3 − = π − π (4.7) p . 4.D .D F 0 p . lx 1 4 ⇒ 3 1 lx 2 .D4 ∆ = − = hiÖu ¸p qua van tiÕt l−u. (4.8) p p p F .π ∆ ∝ = = = const (4.9) Q c. .A x mµ . p A v 1 A 1 Gi¶i thÝch: gi¶ sö FL ↑ ⇒ p1 ↑ ⇒ pitt«ng van gi¶m ¸p sang tr¸i ⇒ cöa ra cña van gi¶m ¸p më réng ⇒ p3 ↑ ®Ó dÉn ®Õn ∆p = const. F ) (4.10) Trªn ®å thÞ: p1 ≥ p2 + pms (pms = ms A 1 +/ Khi p1 ↑ ⇒ p3 ↑ ⇒ ∆p = const ⇒ v = const. 72 +/ Khi p3 = p0, tøc lµ cöa ra cña van më hÕt cë (t¹i A trªn ®å thÞ), nÕu tiÕp tôc ↑ FL ⇒ p1 ↑ mµ p3 = p1 kh«ng t¨ng n÷a ⇒ ∆p = p3 - p1 (p3 = p0) ↓ ⇒ v ↓ vµ ®Õn khi p1 = p3 = p0 ⇒ ∆p = 0 ⇒ v = 0. 4.3.2. Bé æn tèc l¾p trªn ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh p1= p0 A1 A2 Flx v FL p2 p p0=p1 A Pms p3B v FL p0 p3 p4 ≈ 0 v0 A’ B’ FL H×nh 4.5. S¬ ®å m¹ch thñy lùc cã l¾p bé æn tèc trªn ®−êng ra .D 2 3 − = π (4.11) +/ T¹i van gi¶m ¸p ta cã: F 0 p . lx 4 const .D4 ∆ = − = . (4.12) p p 0 F . 3 lx 2 = π +/ Gi¶ sö: FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ p3 ↓ ⇒ pitt«ng van gi¶m ¸p sang ph¶i ⇒ cöa ra më réng ⇒ p3 ↑ ®Ó ∆p = const. Trªn ®å thÞ: Khi FL = 0 ⇒ p2 = p0 - pms ⇒ v = v0. Khi FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ van gi¶m ¸p duy tr× p3 ®Ó ∆p = const ⇒ v = const. NÕu tiÕp tôc ↑ FL ⇒ p2 = p3 (t¹i A trªn ®å thÞ), nÕu t¨ng n÷a ⇒ p2 = p3 ↓ = 0 ⇒ ∆p = 0 ⇒ v = 0. 4.3.3. æn ®Þnh tèc ®é khi ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch kÕt hîp víi tiÕt l−u ë ®−êng vµo L−u l−îng cña b¬m ®−îc ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®é lÖch t©m e. Khi lµm viÖc, stato cña b¬m cã xu h−íng di ®éng sang tr¸i do t¸c dông cña ¸p suÊt dÇu ë buång nÐn g©y nªn. 73 A1 A2 v FL F1 F2 Flx Pitt«ng ®iÒu chØnh p1 p2 p0 Stato (vßng tr−ît) e Buång hót R«to Buång nÐn H×nh 4.6. æn ®Þnh tèc ®é khi ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch kÕt hîp víi tiÕt l−u ë ®−êng vµo Ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc cña stato (bá qua ma s¸t): Flx + p1.F1 - p0.F2 - k.p0 = 0 (k: hÖ sè ®iÒu chØnh b¬m) (4.13) NÕu ta lÊy hiÖu tiÕt diÖn F1 - F2 = k ⇔ F1 = F2 + k (4.13) ⇔ Flx + p1.(F2 + k) - p0.F2 - k.p0 = 0 ⇔ Flx = F2.(p0 - p1) + k.(p0 - p1) ⇔ Flx = (F2 + k).(p0 - p1) F = + (4.14) ⇒ p0 - p1 = lx F k 2 F lx F 1 Ta cã l−u l−îng qua van tiÕt l−u: Q .A .c. p = ∝ x ∆ (4.15) F = + (4.16) ∆p = p0 − p1 = lx F k 2 F lx F 1 74 ⇒ .A .c. p FF Q .A .c. x lx = ∝ x = ∝ ∆ (4.17) 1 Tõ c«ng thøc (4.17) ta thÊy: L−u l−îng Q kh«ng phô thuéc vµo t¶i träng (®Æc tr−ng b»ng p1, p0). Gi¶ sö: FL ↑ ⇒ p1 ↑ ⇒ pitt«ng ®iÒu chØnh sÏ ®Èy stato cña b¬m sang ph¶i ⇒ e ↑ ⇒ p0 ↑ ⇒ ∆p = p0 - p1 = const. 75 Ch−¬ng 5: øng dông vµ thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc 5.1. øng dông truyÒn ®éng thñy lùc 5.1.1. Môc ®Ých Trong hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng thñy lùc, phÇn lín do c¸c nhµ chÕ t¹o, s¶n xuÊt ra vµ cã nh÷ng yªu cÇu vÒ c¸c th«ng sè kü thuËt ®−îc x¸c ®Þnh vµ tiªu chuÈn hãa. Môc ®Ých cña ch−¬ng nµy lµ giíi thiÖu cho sinh viªn c¸c s¬ ®å l¾p cña hÖ thèng thñy lùc trong c¸c m¸y. 5.1.2. C¸c s¬ ®å thñy lùc 5.1.2.1. M¸y dËp thñy lùc ®iÒu khiÓn b»ng tay m 1.0 a 1.2 A P T b 0.2 0.3 P 1.1 T 0.1 H×nh 5.1. M¸y dËp ®iÒu khiÓn b»ng tay 0.1 B¬m; 0.2 Van trµn; 0.3 ¸p kÕ; 1.1 Van mét chiÒu; 1.2 Van ®¶o chiÒu 3/2, ®iÒu khiÓn b»ng tay g¹t; 1.0 Xilanh. Khi cã tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay, xilanh A mang ®Çu dËp ®i xuèng. Khi th¶ tay ra, xilanh lïi vÒ. 76 5.1.2.2. C¬ cÊu rãt tù ®éng cho quy tr×nh c«ng nghÖ ®óc 1.0 1.0 P 1.3 1.2 1.1 A B P T 1.1 A B P T A 0.2 0.3 P 0.2 0.3 P T 0.1 T 0.1 H×nh 5.2. S¬ ®å m¹ch thñy lùc c¬ cÊu rãt ph«i tù ®éng 0.1 B¬m; 0.2 Van trµn; 0.3 ¸p kÕ; 1.3 Van mét chiÒu; 1.1 Van ®¶o chiÒu 4/2, ®iÒu khiÓn b»ng tay g¹t; 1.0 Xilanh; 1.2 Van c¶n. §Ó chuyÓn ®éng cña xilanh, gµu xóc ®i xuèng ®−îc ªm, ta l¾p thªm mét van c¶n 1.2 vµo ®−êng x¶ dÇu vÒ. 5.1.2.3. C¬ cÊu n©ng h¹ chi tiÕt s¬n trong lß sÊy H×nh 5.3. C¬ cÊu n©ng h¹ chi tiÕt s¬n trong lß sÊy 77 1.0 m B 1.0 m 1.1 A B 1.2 X A A B P T 0.2 0.3 1.1P T P 0.2 0.3 P T 0.1 T 0.1 H×nh 5.4. S¬ ®å m¹ch thñy lùc n©ng h¹ chi tiÕt ®−îc s¬n trong lß sÊy 0.1 B¬m; 0.2 Van trµn; 0.3 ¸p kÕ; 1.1 Van ®¶o chiÒu 4/3, ®iÒu khiÓn b»ng tay g¹t; 1.2 Van mét chiÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn; 1.0 Xilanh. §Ó cho chuyÓn ®éng cña xilanh ®i xuèng ®−îc ªm vµ cã thÓ dõng l¹i vÞ trÝ bÊt kú, ta l¾p thªm van mét chiÒu ®iÒu khiÓn ®−îc h−íng chÆn 1.2 vµo ®−êng nÐn cña xilanh. 5.1.2.4. C¬ cÊu kÑp chÆt chi tiÕt gia c«ng 2 3 1 H×nh 5.5. C¬ cÊu kÑp chÆt chi tiÕt gia c«ng 1. Xilanh; 2. Chi tiÕt; 3. Hµm kÑp. Khi t¸c ®éng b»ng tay, pitt«ng mang hµm kÑp di ®éng ®i ra, kÑp chÆt chi tiÕt. Khi gia c«ng xong, g¹t b»ng tay cÇn ®iÒu khiÓn van ®¶o chiÒu, pitt«ng lïi vÒ, hµm kÑp më ra. §Ó cho xilanh chuyÓn ®éng ®i tíi kÑp chi tiÕt víi vËn tèc chËm, kh«ng va ®Ëp víi chi tiÕt, ta sö dông van tiÕt l−u mét chiÒu. Trªn s¬ ®å, van tiÕt l−u mét chiÒu ®Æt ë trªn ®−êng ra vµ van tiÕt l−u ®Æt ë ®−êng vµo (h·y so s¸nh hai c¸ch nµy). 78 1.0 1.2 A A 1.0 1.2 1.1 BB BB A P T 0.2 0.3 1.1 A P T P 0.2 0.3 P T 0.1 T 0.1 H×nh 5.6. S¬ ®å m¹ch thñy lùc c¬ cÊu kÑp chÆt chi tiÕt gia c«ng 0.1 B¬m; 0.2 Van trµn; 0.3 ¸p kÕ; 1.1. Van ®¶o chiÒu 4/2, ®iÒu khiÓn b»ng tay g¹t; 1.2 Van tiÕt l−u mét chiÒu; 1.0 Xilanh. 5.1.2.5. M¸y khoan bµn A B H×nh 5.7. M¸y khoan bµn 79 HÖ thèng thñy lùc ®iÒu khiÓn hai xilanh. Xilanh A mang ®Çu khoan ®i xuèng víi vËn tèc ®Òu ®−îc ®iÒu chØnh trong qu¸ tr×nh khoan, xilanh B lµm nhiÖm vô kÑp chÆt chi tiÕt trong qu¸ tr×nh khoan. Khi khoan xong, xilanh A mang ®Çu khoan lïi vÒ, sau ®ã xilanh B lïi vÒ më hµm kÑp, chi tiÕt ®−îc th¸o ra. 1.0 (B) A B 1.3 1.2 2.0 (A) P 2.4 1.1 P A B 2.5 2.2 2.3 T 0.2 P T P T 0.1 2.6 B A TA B 2.1P H×nh 5.8. S¬ ®å m¹ch thñy lùc c¬ cÊu kÑp chÆt chi tiÕt gia c«ng 0.1 B¬m; 0.2 Van trµn; 1.1. Van ®¶o chiÒu 4/2, ®iÒu khiÓn b»ng tay g¹t; 1.2. Van gi¶m ¸p; 1.0 Xilanh A; 1.3. Van mét chiÒu; 2.1. Van ®¶o chiÒu 4/3, ®iÒu khiÓn b»ng tay g¹t; 2.2. Bé æn tèc; 2.3. Van mét chiÒu; 2.4. Van c¶n; 2.5. Van mét chiÒu; 2.6. Van tiÕt l−u; 2.0. Xilanh B. §Ó cho vËn tèc trong qu¸ tr×nh kh«ng ®æi, mÆc dï träng thay cã thÓ t¶i ®æi, ta dïng bé æn tèc 2.2. ¸p suÊt cÇn ®Ó kÑp chi tiÕt nhá, ta sö dông van gi¶m ¸p 1.2. 80 5.2. ThiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc 5.2.1. Môc ®Ých TÊt c¶ c¸c bé phËn trong hÖ thèng thñy lùc ®Òu cã nh÷ng yªu cÇu kü thuËt nhÊt ®Þnh. Nh÷ng yªu cÇu ®ã chØ cã thÓ ®−îc tháa m·n, nÕu nh− c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña c¸c bé phËn Êy ®−îc lùa chän thÝch hîp. C¸c c¬ cÊu chÊp hµnh, c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng, c¬ cÊu ®iÒu khiÓn vµ ®iÒu chØnh, còng nh− c¸c phÇn lín c¸c thiÕt bÞ phô kh¸c trong hÖ thèng thñy lùc ®Òu ®−îc tiªu chuÈn hãa. Do ®ã, viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lùc th«ng th−êng lµ viÖc tÝnh to¸n lùa chän thÝch hîp c¸c c¬ cÊu trªn. 5.2.2. ThiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng thñy lùc Tr×nh tù: cã nh÷ng sè liÖu ban ®Çu vµ c¸c yªu cÇu sau +/ ChuyÓn ®éng th¼ng: t¶i träng F, vËn tèc (v, v’), hµnh tr×nh x,...; +/ ChuyÓn ®éng quay: momen xo¾n MX, vËn tèc (n, Ω); +/ ThiÕt kÕ s¬ ®å thiÕt bÞ; +/ TÝnh to¸n p, Q cña c¬ cÊu chÊp hµnh dùa vµo t¶i träng vµ vËn tèc; +/ TÝnh to¸n l−u l−îng vµ ¸p suÊt cña b¬m; +/ Chän c¸c phÇn tö thñy lùc (pb, Qb); +/ X¸c ®Þnh c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn. 5.2.2.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thñy lùc chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn A1 Fs A2 d x m D Q1 Ft p1 pT p0 Qb Q2 p2 Fms H×nh 5.9. S¬ ®å m¹ch thñy lùc chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn Tõ s¬ ®å thñy lùc ta cã: +/ Lùc qu¸n tÝnh: Fa = m.a (5.1) WL theo hÖ Anh) (Fa = .a g 81 +/ Lùc ma s¸t: Fms = m.g.f (5.2) (Fms = WL.f theo hÖ Anh) +/ Lùc ma s¸t trong xilanh Fs th−êng b»ng 10% lùc tæng céng, tøc lµ: Fms = 0,10.F (5.3) +/ Lùc tæng céng t¸c dông lªn pitt«ng sÏ lµ: m.a+ + + [daN] (5.4) F = Fms Fs Ft 1000 W .a+ + + [lbf] L F F F Theo hÖ Anh: F = ms s t 32,2.12 Trong ®ã: Ft - lùc do t¶i träng ngoµi g©y ra (ngo¹i lùc), daN (lbf); m - khèi l−îng chuyÓn ®éng, kg.s2/cm; WL - träng lùc, (lbf) ; a - gia tèc chuyÓn ®éng, cm/s2; Fms - lùc ma s¸t cña bé phËn chuyÓn ®éng, daN (lbf); Fs - lùc ma s¸t trong pitt«ng - xilanh, daN (lbf). Ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tÜnh cña lùc t¸c dung lªn pitt«ng p1.A1 = p2.A2 + F (5.5) §èi víi xilanh kh«ng ®èi xøng th× l−u l−îng vµo ≠ l−u l−îng ra A (hÖ sè diÖn tÝch) (5.6) Q1 = Q2.R víi R = A 1 2 Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng kÝnh cña xilanh (D), ®−êng kÝnh cña cÇn pitt«ng (d) Cô thÓ: • §−êng kÝnh cña xilanh: D =πA1 2. (5.7) A1 − A2 2. (5.8) • §−êng kÝnh cña cÇn pitt«ng: d =π §é sôt ¸p qua van sÏ tû lÖ víi b×nh ph−¬ng hÖ sè diÖn tÝch R, tøc lµ: p0 - p1 = (p2 - pT).R2 (5.9) Trong ®ã: p0 - ¸p suÊt dÇu cung cÊp cho van; p1, p2 - ¸p suÊt ë c¸c buång cña xilanh; pT - ¸p suÊt dÇu ra khái van; A1, A2 - diÖn tÝch hai phÝa cña pitt«ng. Tõ c«ng thøc (5.5), (5.9) ta t×m ®−îc p1 vµ p2 p1 = ( ) 2 p .A R . F p .A 0 2 + + (5.10) ( ) 3 A . 1 R T 2 2 + 82