Bài giảng Tự động hoá thuỷ - Khí

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đ−ờng chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành. Tổn thất đó phụ thuộc vào những yếu tố khác nhau: - Chiều dài ống dẫn. - Độ nhẵn thành ống. - Độ lớn tiết diện ống. - Tốc độ dòng chảy. - Sự thay đổi tiết diện. - Trọng l−ợng riêng, độ nhớt. ‰ Đánh giá chế độ chảy tầng, chảy rối bằng hệ số Reynol: Lực quán tính m.a Re = Lực Ma sát = τ.F = ν d.v d - đ−ờng kính ống „ Re < 2000 ặ dòng chảy tầng „ Re > 2000 ặ dòng chảy rối „ Đối với bề mặt có δ: dy dV dy dV ... νρητ == δ V Re = ν δ.v < 100 > 100 „ Tổn thất trên chiều dài và mối nối? „ l > 100d Thay vào, tích phân: 2 .32 d V dl dp tbη= 4 ; 2dF F QVtb π== Dòng chảy tuyến tínhQRQ d lp TL .. .128 4 ==∆ π η Trở thuỷ lực (tuyến tính) R d 1 2 l dl TH tuyến tính ặ Chảy tầng „ Xét dòng trong đ−ờng ống ∆p = p1 – p2 liên hệ trong sđồ điện, ta thấy: I ~ Q; U ~ p Q(I) p2(U2) p1(U1) RTL „ Trở thuỷ lực t−ơng ứng nh− điện trở của mạch điện dQ 1 2l p1 p2 U2R I U1 ∆U = R.I ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= d lfR 1,,ρ Trong TL: ηQ1 Q2 Q3 U2 ~ p2U1 ~ p1 I ~ Q „ Nếu Re < 2000 (tức là khi Q/νd < 0,1) ặ k = 1 „ Nếu Re > 2000 (tức là khi Q/νd > 0,1) ặ „ Khi l > 100d ta mới tính đến RTL, nếu nhỏ hơn thì bỏ qua [ ]bar d Qlkp 48 ν=∆ Q – lít/phút; l – m; d – mm; ν - cSt – mm2/s 4 3 .8,6 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= vd Qk k – hệ số hiệuchỉnh phụ thuộc vào trị số Re Trong nhiều tài liệu, ngta thí nghiệm với d = 4, 5, 6,…Xác định tổn hao áp trên 1 đơn vị chiều dài. d = 5mm d = 8mm d = 10mm d = 15mm Q(l/ph) ∆p(bar) Q ∆p8 ∆p5 1 m 0,5 m ứng với 1m (hoặc 0,5m) chiều dài ống „ Tổn thất cục bộ tại nơi tiết diện thay đổi (đột ngột, nhỏ dần,…), tại mối nối,… đ−ợc thí nghệm và đ−a vào sổ tay. [ ]barV g p 24 2 ..10 ρξ−=∆ ρ – kg/m3; v – m/s; g = 9,81m/s2 ξ - hệ số tổn thất cục bộ (thực nghiệm) ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ Để giảm tổn thất, vê tròn các góc,… Tiết diện ống thay đổi, hệ số tổn thất cục bộ cho trong sổ tay •Tổn thất áp suất ở van Đối với từng loại van cụ thể, do từng hãng sản xuất, thì sẽ có đ−ờng đặc tính tổn thất áp suất cho từng loại van. Tổn thất áp suất ở van theo đồ thị: Đồ thị tổn thất áp suất ở van Tổn thất trong hệ thống thuỷ lực *) Ví dụ: tính tổn thất l−u l−ợng: l.12. p.πdδQ 3 1 η ∆= e δ − e δ + e Q2 „ TH lệch tâm: p.1 .12. πdδQ 23 2 ∆⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= δη l l p1 p2 l d δ Q1 V = 0 „ TH pitton cđộng: 2 πdδ.VQ1 = Liên hệ với mạch điện: „ Trở quán tính: d∆p 1 2l p1 p2 m F ∆p = p1 – p2 m = F.l.ρ →∆p.F = m.a = m.dv/dt dt dQ F m dt FVd F m dt dV F mp .)(.. 22 ===∆ Trở quán tính dt dILU .=∆ Khi tính toán, tính công để thắng lực quán tính với tổng khối l−ợg t−ơng đ−ơng 222 22 2 11 ... MVVmVmVm =+++ M V d1 l1 d2 l2 d3 l3 m T−ơng tự nh− tụ điệnQ dt dpCQ dt dp E V dt dV p E VV dau d d .. . 0 0 =→=→ ∆=∆ Ta phải tính cả Cống: „ Trở biến dạng (nén dầu, d∙n ống): Ta đã có: dt dUCI .= Cdầu Cống ^Od CCC += „ Hiệu suất hệ thống thuỷ lực: ThuyLucNCoKhi −= ηηη . bb dcci ThuyLucN pQ pQ . .=−η Xét về mặt công suất „ Công suất bơm: N = p. Q Qb pdc Qci RTL ∆QdcQb − ∆Qb ∆pTL Qbd Cd+CO^ Qb − ∆Qb - Qbd∆Qb Qci = Qb − ∆Qb - Qbd - ∆Qdc pdc = pb - ∆pTL - ∆pL ∆pL 89 10 11 1 2 3 2' 4 5 6 f D F2 p2 V2 V1 P G A B Q p0 p1 F1 d P3 = pa = 0 Xét 1 sơ đò thuỷ lực 1) Bể dầu 2) 2’) Lọc thô,lọc tinh 3) Bơm 4) Van 1 chiều 5) Van cản 6) Van đảo chiều 7) Xi lanh lực 8) Tay gạt diều khiển 9) áp kế 10)Van tiết l−u 11)Va an toàn Phạm vi ứng dụng Ch−ơng Ii Cơ cấu biến đổi năng l−ợng I) Bơm 1) Bơm bánh răng 2) Bơm cánh gạt 3) Bơm pít tông 4) … II) Động cơ III) Xi lanh lực Cơ năng Thế năng (d−ới dạng áp suất p) Bơm Động cơ I) Bơm Nguyên lý: „ Bơm dầu là một cơ cấu biến đổi năng l−ợng, dùng để biến cơ năng thành năng l−ợng của dầu (dòng chất lỏng). „ Trong hệ thống dầu ép th−ờng chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng l−ợng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc „ khi thể tích các buồng làm việc tăng, bơm rút dầu, thực hiên chu kỳ hút „ khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén „ Tuỳ thuộc vào l−ợng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể phân ra hai loại bơm thể tích: „ Bơm có l−u l−ợng cố định, gọi tắt là bơm cố định. „ Bơm có l−u l−ợng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. Ký hiệu: Qb pb Qb pb Bơm chất lỏng nén khí A) Bơm cố định (ko đc l−u l−ợng) B) Bơm điều chỉnh l−u l−ợng Q Q Vhút Vđẩy Vhút dhút dđẩy Giả thiết dòng chảy liên tục: d d h h VdVdQ . 4 . 4 22 ππ == V Qd π.2= Vhút = (1 - 2)m/s Vđẩy = (2 - 5)m/s 1) Bơm bánh răng: Nguyên lý làm việc là thay đổi thể tích: „ khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và „ khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén A B Phạm vi sử dụng và Phân loại Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng chủ yếu ở những hệ thống có pnhỏ trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp... . áp suất của bơm bánh răng hiện nay có thể từ (10 - 200) bar. Bơm bánh răng: • BR ĂK ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V. • Loại BR ĂK ngoài đ−ợc dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nh−ng BR ĂK trong có kích th−ớc gọn nhẹ hơn. Ưu, nh−ợc điểm: • Ưu điểm: kết cấu đơn giản, kt nhỏ, biên dạng răng tiêu chuẩn ặ dễ chế tạo ặ giá thành rẻ • Nh−ợc điểm: • Lực h−ớng kính lớn gây BD trục, thân bơm • Thất thoát l−u l−ợng lớn (ngăn giữa buồng hút-đẩy bằng tiếp xúc đ−ờng giữa 2 răng) • Có thể có hiện t−ợng nứt chân răng (do dầu chèn vào khi ĂK) • L−u l−ợng và áp suất thay đổi khi làm việc (do có sự vào, ra khớp) Khắc phục: • Tạo các lỗ thông với buồng hút và buồng đẩy ặ cân bằng lực h−ớng kính • Tạo rãnh thoát dầu ặ tránh nứt chân răng (thay cho việc phải khoan chân răng (khó)) Bm, z nb A B nb R∙nh tròn, thoát dầu Cân bằng lực h−ớng kính ặ trục mòn đều Khoét 1 lỗ nhỏ L−u l−ợng: • Coi thể tích dầu đ−ợc đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích th−ớc nh− nhau (cùng m,z) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= ph mnqQ bbb 3 . • qb – l−u l−ợng riêng, m3/vòng (thể tích mà bơm bơm đ−ợc/vòng) • Nb – số vòng quay của bơm, vòng/phút BhDBhDqb ...2...2 . ππ == B m, z nb D m 1, 25 mh Hai bánh răng ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=→ ph mnZmBQ bb 3 2 ....2 π • Thông th−ờng ↑m →↑Q (m tăng → rãnh răng lớn → ↑Q) Q t Do có sự vào và ra khớp • Vận tốc dài tối thiểu để bơm đ−ợc: ( )sm E pV /17,0 0min = Độ nhớt Engle p – bar ặ Dầu càng đặc ặ quay chậm đ−ợc. Với dầu bình th−ờng thì n = 900 – 1500 v/ph là tốt nhất (n lớn quáặ sủi bọt dầu) • Kết cấu bơm BR: 1. Cặp BR 2. Vành chắn 3. Thân bơm 4. 1 – 4.2 mặt bích 5. Vòng chắn dầu trục quay 6. ổ đỡ 7. Vòng chắn điều chỉnh khe hở Bơm BR kép: A Bnb • Giảm tải tác động một phía. Đcơ truyền momen vào BR giữa ặ momen cân bằng. Tuy nhiên, ng−ời ta cũng dùng các đ−ờng giảm tải nh− bơm 1 cặp BR. • L−u l−ợng tăng gấp 2 so với bơm đơn Bơm BR ăn khớp trong: Kích th−ớc nhỏ gọn, tổn thất thể tích nhỏ hon bơm BR ĂK ngoài. Chế tạo phức tạp ‰ Bơm trục vít: là sự biến dạng của bơm bánh răng. Đặc điểm: • Dầu đ−ợc chuyển từ buồng hút sang buồng nén theo chiều trục; • và không có hiện t−ợng chèn dầu ở chân ren. • Nh−ợc điểm của bơm trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp. • Ưu điểm căn bản là chạy êm, độ nhấp nhô l−u l−ợng nhỏ Bơm trục vít th−ờng đ−ợc sản xuất thành 3 loại: • Loại áp suất thấp: p = 10 - 15 bar. • Loại áp suất trung bình: p = 30 - 60 bar. • Loại áp suất cao: p = 60 - 200 bar (pmax = 350 bar) BA L−u l−ợng: nBhdQ ...π= h d n B ‰ Một số loại bơm trục vít: 2) Bơm cánh gạt: „ Là loại bơm đ−ợc dùng rộng rãi sau bơm bánh răng „ Chủ yếu dùng ở hệ thống có áp suất thấp và trung bình. „ So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một l−u l−ợng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn. Không yêu cầu dầu sạch bằng bơm BR. „ Kết cấu của bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nh−ng có thể chia thành hai loại chính : „ Bơm cánh gạt đơn. „ Bơm cánh gạt tác dụng kép. „ Bơm cánh gạt đơn là khi trục quay một vòng, nó thực hiên một chu kỳ làm việc bao gồm một lần hút và một lần nén. „ Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén AB Cánh gạt có thể cđ theo h−ớng kính. Để giảm lực tiếp xúc giữa đầu cánh gạt và thành Stato (do ly tâm), ngta cho cánh gạt cđ c−ỡng bức trên rãnh tròn trên mặt bên (chốt/con lăn lắp 2 bên cánh gạt) δ d b B D Cánh gạt Stato Chốt 0,05 n B A α e 01 02 Bơm cánh gạt cấp dầu từ ngoài vào Để buồng hút luôn ngăn cách buồng nén: Z πα 2≥ Z – số cánh gạt 01 02 dρ V ρ „ L−u l−ợng Q Lấy 1 điểm có BK ρ, tại đó vận tốc Lấy vi phân dρ V ρρππωρω ρ dBndQ nV VdBdQ 2 2;. .. =→⎭⎬ ⎫ == = BneDdBnQ eD eD πρρπ 22 2 2 ==→ ∫ + − Thấy e =0 ặ Q = 0 Q không phụ thuộc đkính trong (phụ thuộc e) Tính thêm l−u l−ợng do chốt d: )(22...2 minmax max min VVbddVbdQdVdbdQ V V CC −==→= ∫ d d b nebdenbdQ n V C ....82..2.22 πππω ωρ ==→ ⎭⎬ ⎫ = = ( ) ennVV 2.22 minmaxminmax πρρπ =−=− Thực tế Qc nhỏ, nên trong tính toán ta bỏ qua. Nguyên tắc điều chỉnh độ lệch tâm e (điều chỉnh l−u l−ợng) Bơm cánh gạt kép: khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén Q = 5 – 200 l/ph pmax = 125 bar (175bar) A B e n Bơm cánh gạt dẫn dầu từ trong ra: Roto là trục rỗng đặc biệt, tạo nên củă hút A, nén B. Khi Roto quay (nh− Hvẽ), các buồng dầu giữa các cánh gạt ở phía cửa hút A tăng dần ặ quá trình hút dầu từ cửa A qua các rãnh. Trong khi đó thể tích giữa các cánh gạt ở phía B giảm dần, thực hiện quá trình nén ặ dầu qua các rãnh h−ớng kính vào cửa B, ra ngoài. Bơm cánh gạt đơn (hai cánh) Dùng trong TH l−u l−ợng và áp suất nhỏ. Kết cấu đơn giản, chặt chẽ Yêu cầu bề mặt trong Stato chế tạo chính xác. BA 3) Bơm pitton: „ Dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pittông-xilanh „ Vì bề mặt làm việc là mặt trụ ặ dễ dàng đạt đ−ợc độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt. „ Có khả năng thực hiện đ−ợc với áp suất làm việc lớn (pmax = 700 bar). „ Th−ờng dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và l−u l−ợng lớn, nh− máy chuốt, máy xúc, máy nén... „ Dựa trên cách bố trí pittông, bơm có thể phân thành hai loại: „ Bơm pittông h−ớng tâm. „ Bơm pittông h−ớng trục. „ Bơm pittông có thể chế tạo với l−u l−ợng cố định, hoặc l−u l−ợng điều chỉnh đ−ợc. a) Bơm pitton h−ớng kính: (dao động h−ớng kính) A B P Px Py p f = 0,08 d R d0 α X l n A B 01 02 Tự xoay vì tròn và đồng tâm 02 60 -15 0 Làm pitton tự xoay quanh trục ặ mòn đều „ Thông th−ờng ng−ời ta dùng từ 3 - 11 pitton „ d = 12, 16, 18, 20, 22 „ L−u l−ợng: { 2.....2.4 22 dneZnedZQ ππ == Hành trình của pitton Số pitton Số vòng quay của Rôto (vg/ph) „ Hành trình của pitton thông th−ờng: 2e = (1,3 – 1,4)d „ Số vòng quay lớn nhất nmax = 1500 vòng/phút „ Điều chỉnh l−u l−ợng ặ điều chỉnh e „ Lực: - Lực Px – tạo lực ma sát (giữa pitton và xi lanh) 876 2.. 4 . ωρπ mFdpP ms 2 y ++= Fmx = f.Px Kcách từ trọng tâm của pitton đến tâm Roto (m) Lực ly tâm Khối l−ợng của pitton (kg) Vận tốc góc của pitton (1/s) áp suất buồn nén (bar) αcos y yx P PPPP =→+= Xác định đ−ợc P, ta có thể kiểm nghiệm ƯS bề mặt đầu pitton và vòng tr−ợt theo công thức Hertz ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= 23 2 2 .398,0 m N R PEσ Để đảm bảo chịu mòn: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡≤ 29 10.3 m Nσ b) Bơm pitton h−ớng trục: Bơm có pittông đặt // với trục của rôto và đ−ợc truyền cđ bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng. Ngoài −u điểm nh− của bơm pittông h−ớng tâm, còn có kích th−ớc nhỏ gọn hơn, khi cùng một cỡ với bơm h−ớng tâm. Bơm pittông h−ớng trục hầu hết là điều chỉnh l−u l−ợng đ−ợc. Trong công nghiệp Qmin = 500 lít/phút. ở áp suất lớn, l−u l−ợng nhỏ, bơm chỉ làm việc ở chế độ không liên tục, do khả năng làm nguội kém và chóng mòn. 5 3 1 2 4 A B α h n D 6 1) Pitton 2) Rôto 3) đĩa nghiêng 4) Lò xo 5) Trục truyền động 6) Vành góp dầu Pitton luôn tỳ vào đĩa nghiêng 3, ặ pitton cđ tịnh tiến khi rôto quay ặ tạo quá trình thút và nén L−u l−ợng: απ α π tgDdnZQ tgDh nhdZQ .. 4 .. . .. 4 . 2 2 =→ ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ = = Nh− vậy, ta thay đổi αặ thay đổi l−u l−ợng. Nh−ợc điểm: α nhỏặQ↓ặ pitton không tự xoay quanh trục Khắc phục: làm pitton xiên trục (vừa h−ờng kính, vừa h−ớng trục) Thay đổi α 1) Rôto 2) Pitton 3) Đĩa nghiêng 4) Lò xo 5) ,6) tay quay Bơm pitton h−ớng trục có Rôto đặt lệch với trục truyền động Nếu cùng Q, bơm pitton h−ớng kính cồng kềnh hơn bơm h−ớng trục. MqtHK > MqtHT (vì xa tâm hơn) Mqt nhỏ hpn ặ khởi động dễ ặ ngta th−ờng dùng đcơ pitton h−ớng trục Các loại bơm dùng trong công nghiệp. II) Động cơ Nguyên lý: „ ĐC dầu là một cơ cấu biến đổi năng l−ợng, dùng để biến thế năng của dầu thành cơ năng „ Về ngtắc kết cấu của động cơ thuỷ lực giống bơm thuỷ lực,→ tất cả các loại bơm dầu đều có thể làm động cơ dầu và ng−ợc lại. „ Quá trình biến đổi năng l−ợng: „ Dầu có áp suất đ−ợc đ−a vào buồng ctác của ĐC ặ tác động ặ truyền lên trục ĐC. „ Trục ĐC quay ặbuồng ctác dịch chuyển từ cửa nén ặ cửa ra „ Thể tích các buồng ctác cửa ra ↓ặđẩy dầu ra. „ So với ĐC điện, ĐC dầu có kth−ớc, trọng l−ợng và mômen quán tính nhỏ hơn nhiều. Có thể thực hiện truyền động vô cấp dễ dàng. Q0 Qd M nd eb ed ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛==→ == d b b d b bd ddbb e en q qnn qnqnQ .or . .. (Giả sử bỏ qua dò gỉ) „ Tuỳ thuộc kết cấu, ĐC thuỷ lực có thể là ĐC BR, cánh gạt, pitton, có kết cấu t−ơng tự nh− bơm thuỷ lực nên chỉ xết một vài đặc điểm chủ yếu của ĐC dầu. „ ĐC Brăng ít đ−ợc dùng vì hiều suất quá thấp Mkđộng = 3 Mdanh nghĩa „ Động cơ cánh gạt: →3 cách điều chỉnh số vòng quay đc: nđ, eb, eđ. →Khi dùng Mlớn→↓↑eđ →Khi vlớn→↓↑eb ddd d x qpM qnQ n NM kWQpN ..0163,0 . .975 1000.60 . =→ ⎪⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪ ⎬ ⎫ = = = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )222222 22 1 1 11 21 . 2 . 2 .. . 2 . 2 .. rpBprBrM rpBprBrM MMM −=+−= −=+−= −= ρρρ ρρρ 01 e e.Sinϕ e.Cosϕ ϕ R1 ( )2221.2 ρρ −=→ pBM Do e nhỏ→ ρ1 ≈ R + e.cosϕ T−ơng tự: ρ2 ≈ R + e.cosψ M1 R M2 ϕ r p 01 ρ 2 1 e ψ Cánh gạt trái buồng A A B Cánh gạt phải buồng A Thay vào, bỏ qua các thừa số nhỏ: M = p.B.R.e (cos ϕ - cos ψ) (Mômen xoắn không đều) Mmax khi ϕ = 0, ψ = π → số cánh chẵn → Mmax = 2.p.B.R.e = 0,0163 p.qđ →Thực nghiệm cho thấy độ không đều mômen với ĐC có số cánh gạt lẻ << ĐC có số cánh gạt chẵn ặ Không nên làm ĐC có số cánh chẵn →TH cần khởi động tải trọng lớn, eđ↑→Mx↑ →nđ↓ (nên điều chỉnh ơe ĐC eđ↑→Mxđ↑) „ Động cơ cánh gạt kép: −u điểm: độ cân bằng đều Nh−ợc điểm: không đchỉnh momen xoắn A B R = ρ1 r = ρ 2 ( )22 rRpBM −= „ Động cơ pitton: a) ĐC pitton h−ớng kính: „ Tại điểm tiếp xúc giữa pitton và vành tâm 0, xuất hiện lực pháp tuyến P (qua tâm 0). γtgPP PPP yx yx .= += e 01 0 A B p Py P Px 01 e e.Sinϕ e.Cosϕ ρ R ϕ 0 γ ϕ d pFdpP PM y x == = 4 . . 2π ρ „ Tính γ = ? ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= =→= ϕγ ϕγϕγ sinarcsin sinsin sinsin R eHay R eRe Vì e nhỏ nên ϕγϕγ sinsin R etg R e ≈→≈ ϕρ coseR +≈ Thay vào M ặ mômen xoắn tức thời do một pitton tạo nên: ( ) ϕϕϕ sin...cossin..1 eFpeRR eFpM ≈+= (Do e2 bé) Mômen xoắn tổng cộng: ( )∑ = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−= n i Z ieFpM 1 2.1sin... πϕ n – số pitton tạo áp suất p (phía dầu đ−a vào) (TH trên n = Z/2) ặ Mx thay đổi chu kỳ theo sự thayđổi vị trí các pitton trong buồng nén (Mx không đều). ặ Vì mômen quán tính lớn, nên động cơ pittông dùng cho TH Mômen xoắn lớn! „ Động cơ pitton: b) ĐC pitton h−ớng trục: pFdpPtgPPPPP yyxyx ===+= 4.;.; 2πγ ρ.1 xPM = Mômen xoắn do 1 pitông; ρ = r.sinϕ - cánh tay đòn lực Px xx'x α xP P r B x3 α A PyP 5 'x 24 1 P ϕ 'x y x x C yB A 'x p D h „ Kiểu khối pitton quay „ Kiểu khối pitton cố định 1. Đĩa dẫn dầu 2. Pitton 3. Đĩa nghiêng 4. Rôto 5. Trục truyền động ( )∑ = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+= n i Z irtgFpM 1 2.1sin... πϕα ϕ - góc quay của Rôto III) Xi lanh lực: (pitton – xi lanh) Xi lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành của truyền dẫn thủy lực để thực hiện chuyển động thẳng (biến thế năng dầu ặ cơ năng). „ Xi lanh truyền lực có thể phân làm 3 loại chính (th−ờng dùng): „ Xi lanh truyền lực đơn giản „ Xi lanh truyền lực vi sai „ Xi lanh truyền lực cánh gạt. a) Xi lanh truyền lực đơn giản: (ta xét 2 PA) Bàn máy D d Q Q LL/2 L/2 PA1 Cần bàn máy di chuyển 1 khoảng L: „PA 1: bàn máy cố định trên xi lanh, pitton cố định ặ pitton chỉ có chiều dài = 2L. Bàn máy D d Q Q LL/2 L/2 L/2L/2 PA2 „PA 2: bàn máy cố định trên pitton, xi lanh cố định ặ pitton có chiều dài = 2L. Để thực hiện đ−ợc hành trình L, pitton phải di chuyển về 2 phía với KC = L/2 ặ kích th−ớc cồng kềnh Ví dụ: „Máy mài dùng PA 1 „Cần cẩu dùng PA 2 „V1, V2 – Vận tốc theo HT thuận và ng−ợc ( )2221 .4 ; dDFFQVV −===→ π b) Xi lanh truyền lực vi sai: Cần vận tốc hành trình thuận và nghịch khác nhau (đi chậm, về nhanh. L=2l dL=2l F D 1 F 2 v Bàn máy 1v 2 1 12 2 v Bàn máy v1 2 „→ Cần diện tích làm việc của pitton ở 2 buồng xi lanh khác nhau, F1 > F2. ặ HT làm việc: Vnhỏ, Plớn; HT chạ không Vlớn, Pnhỏ. Cũng có 2 PA nh− hình vẽ. „Ví dụ: PA xi lanh CĐ: ( ) ( )222222 22 1 1 4 4 4 4 dD Q dD Q F QV D Q D Q F QV −=−== === ππ ππ „Tính công suất ĐC điện: PTCB lực: Thấy ngay V2 > V1 msFFpPFp Σ++= 2211 ppp F FFpPp ms Σ∆+=→ Σ++=→ 10 1 22 1 b dc VpN η612 . 10=→ p1 F1 d D F2 p2 V2 V1 P G f ndc p0 Σ∆ Tổn hao áp trên đ−ờng vào Th−ờng nhỏ „Khi cần nhiều tốc độ khác nhau hoặc nâng cao hành trình, dùng xi lanh lực nhiều bậc. Ví dụ 3 tốc độ: nhanh, TB, chậm. D d0 d V 1 2 2 0 1 4 d QV π= • Nếu cho dầu vào 1 ( )2022 4 dD QV −= π • Nếu cho dầu vào 2 23 4 D QV π= • Nếu cho dầu vào 1+2 → Vận tốc V1 > V2 > V3 „Để nâng cao hành trình, ta dùng xi lanh nhiều bậc nh− Hvẽ. • Dầu vào cửa 1 → đẩy pitton 3 và 4 sang phải đến giới hạn HT. • Nếu HT của một xi lanh là l → KT nhỏ nhất của cơ cấu: Lmin = (z + 1).l z – số xi lanh di động (2 - 6)và lmax = 1500 mm 21 3 4 c) Xi lanh truyền lực cánh gạt: Là loại ĐC dầu thực hiện cđ vòng đi về không liên tục. Cơ cấu cđ t−ơng đối với xi lanh là cánh gạt lắp trên trục. D n α 2 3 4 1 B d Q Bàn máy1) Xi lanh 2) Tấm chắn (lắp cđ trên xilanh 1) 3) Cánh gạt 4) Trục quay (có thể quay qua lại α = 280 -3000) Trục 4 có thể lắp thêm 1 số cơ cấu đến cơ cấu chấp hành ặ CCCH có thể CĐ thẳng hoặc quay không liên tục. ( )22 8 . 222 . 2 1... 22 dDpBddDpBdDM −=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= Để tăng độ kín khít, có thể dùng kết cấu: Để tăng mômen xoắn của xi lanh truyền lực, ngta dùng nhiều cánh gạt (nh− hvẽ) Có Z cánh gạt --. Mômen tăng Z lần, vận tốc góc giảm Z lần. 3 4 a b c pc ≈ p/2 2 cánh gạt 3 cánh gạt d) Pitton tăng lực: P p Q F2 F1 p ( )21. FFpP += e) Cơ cấu giảm chấn cuối hành trình Q Q Đi chậm Đi nhanh Vít đchỉnh Ch−ơng IIi Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh I) Cơ cấu chỉnh áp 1) Van an toàn, van tràn 2) Van giảm áp 3) … II) Cơ cấu chỉnh h−ớng 1) Van một chiều 2) Van đảo chiều • Điều khiển: mang tính định tính: Trái – phải • Điều chỉnh: mang tính định l−ợng: nhanh – chậm (chỉnh p, chỉnh Q, chỉnh h−ớng dòng dầu) I) Cơ cấu chỉnh áp 1) Van an toàn, van tràn „ Van an toàn để phòng quá tải trong HTTL. „ Khi van an toàn giữ áp suất trong HT không đổi ặ van tràn. „ Sự khác nhau ở chỗ van tràn tự động điều chỉnh để giữ áp suất không đổi, còn van an toàn chỉ mở để dẫn dầu ra khỏi HT khi quá tải. „ Van tràn làm việc th−ờng xuyên hơn ặ chú ý đến tính chống mòn và độ kín khít. „ Kết cấu giống nhau, nên có thể thay thế nhau đ−ợc. „ Ký hiệu của van an toàn và van tràn đ−ợc trình bày nh− hình vẽ: p0, Q Hoặc V = 1 – 2,5 m/s V = 2 – 5 m/s „ Khi p > [p0] ặ dầu (Q) qua van tràn về bể (an toàn). „ Giả sử cần Q = 40l/ph, áp suất p Bơm có Q = 60 l/ph, áp p → Nguồn p, Q luôn lớn hơn p,Q sử dụng ặ cho dầu chảy về bể (an toàn). → Van an toàn cần kín khít, kết cấu chính xác hơn. a) Van an toàn bi p > [p0]p < [p0] Plx p0, Q D d Điều kiện vình th−ờng, Plx cân bằng với áp lực dầu: 0 2 . 4 pdPlx π= Ta biết: dauV dQ . 4 2π= Vdầu tự chọn từ 2 – 5 m/s dauV Qd . .2 π=→ D 2 α d Tính đ−ờng kính bi? Để bi đ−ợc định vị tốt: D ≈ 1,3 d Ưu điểm: dễ chế tạo Nh−ợc điểm: ồn, không làm việc ở áp cao đ−ợc 2α = 900 - 1200 b) Van an toàn pitton Khắc phục nh−ợc điểm của van an toàn bi, ta dùng van an toàn pitton. Hết quá tải ặ Plò xo ặ pitton đi xuống ặ dầu qua lỗ nhỏ, từ từ ặ êm Nh−ợc điểm: khi p cao và Q lớn ặ lò xo 4 lớn ặ tăng KT chung van 1. Cửa vào 2. Lỗ giảm chấn ∅0,8 – 1mm 3. Buồng dầu 4. Lò xo 5. Pitton 6. Cửa ra 7. Lỗ tháo dàu dò buồng trên 0 2 . 4 pdPlx π= ặ áp suất cần điều chỉnh: 20 4 d Pp lxπ= ặ chỉ phụ thuộc vào Plx 1 6 7 5 2 4 3 p0, Q p0 d c) Van an toàn bi - pitton Loại van có hiều −u điểm, là tổ hợp của 2 loại trên (làm việc rất êm) → Bình th−ờng pA = pB → Khi quá tải, pA↑, vì lỗ giảm chấn nhỏ, pB ch−a lớn kịp → pitton ↑, lò xo 2 bị nén lại → dàu qua cửa số 2 về bể. → Sau ∆t thì pB = pA (ở trị số lớn hơn) >[p0], dầu qua cửa 1 về bể. → Hết quá tải, pA↓, pB ch−a giảm kịp, bi xuống từ từ. → Lò xo 2 mềm, chỉ để thăng lực ma sát của pitton → Điều chỉnh áp = lò xo 1 Lỗ giảm chấn Plx1 A B Plx2 p0, Q 1 2 C Đặc tính quan trọng nhất của van tràn là sự thay đổi áp suất điều chỉnh khi thay đổi l−u l−ợng Q. Sự thay đổi này càng ít, van làm việc càng tốt → Từ đồ thị ta thấy van trần tổ hợp bi – pitton có đ−ờng đặc tính tốt nhất (đựơc sd nhiều). → Đ−ờng đạc tính của van bi là xấu nhất. p(bar) Q(l/ph) Van bi Van bi + pitton Van pitton p1 p2 F p2 plx d p2 3) Van cản Nhiệm vụ giảm vận tốc chuyển động của cơ cấu chấp hành tại vị trí cuối hành trình hay bắt đầu hành trình để CCCH cứng vững, an toàn không bị rung động. „ Lắp ở cửa ra của xi lanh „ áp suất cửa ra có thể điều chỉnh đ−ợc: 22 2 2 4 4 . d PpPdp lxlx π π =→= „ Ký hiệu: P T Sách “Hệ thống dầu ép trong máy cắt kim loại” 2) Van giảm áp „Khi cần cung cấp chất lỏng từ nguồn (bơm) cho một số cơ cấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất. „Khi đó phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt tr−ớc cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết. → p2 < p1 p2 12 F a p2 p1 plx d 22 2 2 4 4 . d PpPdp lxlx π π =→= ↑↓⇒↑↓ 2pPlx Ký hiệu: Kết cấu đơn giản, thích hợp với p nhỏ. Giảm chấn kém ặ sinh chấn động. p1 p2 Hoặc ‰Van giảm áp có pitton vi sai (pitton có bậc): 6 5 4 8 1 2 9 7 3 p1 p2 11 10 p2 < p1 do l−u l−ợng thay đổi. p2→ (4), qua lỗ tiết l−u (5) → (6) p2→ lỗ tiế l−u giảm chấn (7) → (8) Bth−ờng, p2 không thay đổi trong giá trị đ−ợc điều chỉnh ặ 9 đóng chặt, (10) cân bằng 2 phía ↑↓⇒↑↓ 2pPlx p2 ↑ → (9)mở , qua (11) → bể pb4 > pb6 (do lỗ giảm chán 5)→ pitton đi lên → giảm tiết diện chảy cửa 1 → p2↓lại p1 p2 Ưu điểm: êm và nhạy có thể ổn định đ−ợc p Nh−ợc điểm: chế tạo phức tạp (gc pitton có lỗ, bậc) Khắc phục: ngta chế tạo loại van có kết cấu đơn giản hơn, nh−ng các đặc tính cũng gần giống với van pitton vi sai II) Cơ cấu chỉnh l−u l−ợng Điều chỉhh l−u l−ợng qua nó → điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành (với bơm có Q cố định) 1) Van tiết l−u „ Điều chỉnh l−u l−ợng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chảy của cơ cấu chấp hành „Thay đổi Q → thay đổi ∆p và tiết diện chảy Ax. „Nếu đảm bảo ∆p = const → V =const. „Van tiết l−u không đảm bảo đ−ợc đk V = const Ax p3 v F p2 Q2 p1Plx VFQ .2 = „L−u l−ợng qua khe hở Ax theo côg thức Torixelli: 322 . 2.. ppgAQ x −= γà pAcQ x ∆=→ ..2 à constgc == γ 2 Với s mQ m Np m N 3 23 ; −→−∆−γ à - hệ số thoát dầu, phụ thuộc hình dáng tiết diện chảy. → Vận tốc của pitton: F pAc V x ∆= ..à ∆p q 1 2 3 4 qv p1 p2 ∆p Chênh lệch áp và l−u l−ợng qua tiết diện Có thể phân thành 2 loại chính: van tién l−u điều chỉnh dọc trục và quanh trục: p1 p2p1 p2 p1 p2 p1 p2 Điều khiển dọc trục → Ax thay đổi Điều khiển quanh trục → Ax thay đổi Dẫn dầu từ ngoài Dẫn dầu từ trong Ký hiệu: • Van tiết l−u có l−u l−ợng cố định. • Van có thể điều chỉnh l−u l−ợng 2) Bộ ổn tốc „ Trong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao „ Những nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyển động, nh− tải trọng thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũ