Bài giảng Tự động hoá thuỷ - khí

Tự động hoá thuỷ - khí Ng−ời soạn: Bùi Tuấn Anh Bộ môn Máy và Ma sát học Mục đích môn học „ Cung cấp cho SV khái quát về các phần tử thuỷ lực, khí nén. „ Tính chọn các phần tử cho hệ thống TĐH thuỷ – khí „ Tính toán, xây dựng sơ đồ thuỷ lực cho các thiết bị tự động Tài liệu tham khảo 1) Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại – 1974 (Nguyễn Ngọc Cẩn) 2) Các phần tử thuỷ khí trong tự động hoá - 1997 (Nguyễn Tiến L−ỡng) 3) Hệ thống điều khiển tự động thuỷ lực – 2002 (Trần Văn Tuỳ) 4) Hệ thống điều khiển bằng khí nén – 1999 (Nguyễn Ngọc Ph−ơng) Nhập môn Tải trọng Mạch điều khiển Mạch động lực Y ω X X±∆X LHN ndc p0,Q p Mx n(v/ph) Đặc điểm của hệ thống thuỷ - khí „ Chất khí nén đ−ợc „ Giả thiết chất lỏng không nén đ−ợc (thực tế CL có môđun đàn hồi E). „ Các phần tử thuỷ lực và khí nén, về ngtắc kết cấu giống nhau (khi thiết kế l−u ý đến tính chất của chất khí và chất lỏng). (các phần tử khí nén cần chế tạo với độ chính xác cao hơn thuỷ lực – do chất khí “loãng” hơn chất lỏng). „ Hệ thống thuỷ lực: dầu phải đ−ợc thu hồi lại (kết cấu phải có bộ phận thu hồi dầu). „ Hệ thống khí nén: khí qua HT đ−ợc thải ra ngoài. −u, nh−ợc điểm của hệ thống thuỷ - khí „ Ưu điểm „ Truyền đ−ợc công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu t−ơng đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao đòi hỏi ít phải chăm sóc, bảo d−ỡng. „ - Điều chỉnh đ−ợc vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo ch−ơng trình cho sẵn. „ - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau, các bộ phận nối th−ờng là những đ−ờng ống dễ đổi chỗ. „ - Có khả năng giảm khối l−ợng và kích th−ớc nhờ chọn áp suất thuỷ lực cao. „ - Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh nh− trong tr−ờng hợp cơ khí hay điện. „ - Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. „ - Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. „ - Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch. „ - Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá. I. Ưu, nh−ợc điểm của hệ thổng truyền động bằng thuỷ lực −u, nh−ợc điểm của hệ thống thuỷ - khí „ Nh−ợc điểm. „ - Mất mát trong đ−ờng ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. „ - Khó giữ đ−ợc vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén đ−ợc của chất lỏng và tính đàn hồi của đ−ờng ống dẫn. „ - Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống ch−a ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. ii −u, nh−ợc điểm của hệ thổng truyền động bằng khí nén. 1. Ưu điểm. - Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Nh− vậy có khả nặng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. - Có khả năng truyền tải nặng l−ợng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đ−ờng dẫn ít. - Đ−ờng dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí). - Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đ−ờng dẫn khí nén đã có sẵn. - Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đ−ợc đảm bảo. 2. Nh−ợc điểm. - Lực truyền tải trọng thấp. - Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển động thẳng hoặc qua đều. - Dòng khí nén thoát ra ở đ−ờng dẫn ra gây nên tiếng ồn. Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, ng−ời ta th−ờng kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng −u, nh−ợc điểm của từng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện. Nhắc lại định luật của chất lỏng 1) áp suất thuỷ tĩnh. Trong các chất lỏng, áp suất (áp suất do trọng l−ợng và áp suất do ngoại lực) tác động lên mỗi phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng bình chứa Nhắc lại định luật của chất lỏng Từ (d) ta có: ps = h.g.ρ + pL Từ (e) ta có: Từ (f) ta có: A FpF = 2 1 2 1 1 2 2 2 1 1 ; F F A A l l A Fp A F F ==== Nhắc lại định luật của chất lỏng Trong đó: ρ - khối l−ợng riêng của chất lỏng. h - chiều cao cột n−ớc. g - gia tốc trọng tr−ờng. ps - áp suất do lực trọng tr−ờng. pL - áp suất khí quyển. pF - áp suất của tải trọng. A - diện tích bề mặt tiếp xúc. F - tải trọng ngoài. Nhắc lại định luật của chất lỏng Khuếch đại áp lực Ví dụ: Ví dụ: Nhắc lại định luật của chất lỏng 2) Ph−ơng trình dòng chảy liên tục L−u l−ợng trong đ−ờng ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi. L−u l−ợng Q của chất lỏng qua mặt cắt S của ống bằng nhau trong toàn ống (từ điều kiện liên tục). Ta có ph−ơng trình dòng chảy nh− sau: Q = S.v = const Với v là vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt S „ Trong đó: „ Q - l−u l−ợng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2 [m3/s]. „ v1 - vận tốc dòng chảy tại vị trí 1 [m3/s]. „ v2 - vận tốc dòng chảy tại vị trí 2 [m3/s]. „ A1 - tiết diện dòng chảy tại vị trí 1 [m2]. „ A2 - tiết diện dòng chảy tại vị trí 2 [m2]. Nhắc lại định luật của chất lỏng Nhắc lại định luật của chất lỏng 3) Ph−ơng trình Bernuli áp suất tại một điểm chất lỏng đang chảy: constvghpvghp =++=++ 22 2 2 22 2 1 11 ρρρρ Trong đó: p + ρgh - áp suất thuỷ tĩnh - áp suất thuỷ động. γ = ρ.g - trọng l−ợng riêng. g vv 22 22 γρ = Ch−ơng i Đại c−ơng về truyền động thuỷ – khí I) Một số tính chất cơ lý của chất lỏng II) Các dạng truyền năng l−ợng bằng chất lỏng III) Hiệu suất trong hệ thống truyền động thuỷ lực I) Một số tính chất cơ lý của chất lỏng 1) Độ nhớt: (nội ma sát của chất lỏng) v(m/s) y(m) p, Q Chất lỏng Các lớp chất lỏng tr−ợt lên nhau ặ ứng suất tiếp (theo Nuitơn) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= 2m N n dy dvητ dy dv Gradient vận tốc n = 1 – chất lỏng Nuitơn n ≠ 1 – chất lỏng phi Nui tơn η (NS/m2) - độ nhớt động lực học n = 1 n > 1 n < 1 dv dy τ τ v0 Mỡ Xăng I) Một số tính chất cơ lý của chất lỏng ‰ Độ nhớt động lực học: là lực ma sát tính bằng 1 N tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt 1 m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng cách nhau 1 m và có vận tốc 1 m/s. Đơn vị [Pa.s]. Ngoài ra, còn dùng đơn vị poazơ (Poiseuille), viết tắt là P. - 1P = 0,1 N.s/m2 = 0,010193 kG.s/m2 - 1P = 100cP (centipoiseulles) - ηdầu = 0,136 Ns/m2 - ηKK = 17,07.10-6 Ns/m2 ‰ Độ nhớt động học: Độ động là tỷ số giữa hệ số nhớt động lực η với khối l−ợng riêng ρ của chất lỏng. ρ ην = ρdầu = (0,85 – 0,96) kg/dm3 ρKK = 1,293 kg/dm3 Đơn vị [m2/s]. Ngoài ra còn dùng đơn vị stốc (Stoke), viết tắt là St hoặc centiStokes, viết tắt là cSt. 1St = 1 cm2/s = 10-4 m2/s 1cSt = 10-2 St = 1mm2/s Dầu công nghiệp ν = 17 – 23 cSt nc d t tE =0 ‰Độ nhớt Engle: (E0) là một tỷ số quy −ớc dùng để so sánh thời gian chảy 200 cm3 chất lỏng đ−ợc thử qua lỗ nhớt kế (φ2,8mm) với thời gian chảy 200 cm3 n−ớc cất qua lỗ này ở nhiệt độ + 200C. 200 C 200 cm3 ∅2,8 mm 2) Một số nhân tố ảnh h−ởng đến khả năng làm việc của chất lỏng „ Nhiệt độ: t0↑ → η↓ [t0]dầu ≤ (50 – 55)0C „ Khi chọn dầu, mong muốn chỉ số nhiệt độ „ áp suất : p↑ → η↑ „ νp = νa(1+kp); νa - độ nhớt ở áp suất khí quyển „ K = 0,002 khi νa ≤ 15 cSt „ K = 0.003 khi νa ≥ 15 cSt „ Hoặc ηp = ηa ap với a = 1,002 – 1,004 „ Khí lẫn trong dầu: b - %không khí lẫn trong dầu Trong hệ thống thuỷ lực th−ờng có từ (0,5 -5)% không khí lẫn trong dầu. Cứ tăng 1at thì có (5 -10)% không khí lẫn vào dầu. 1 0 0 100 50 ≈= C Ci η η b dau khidauhh 0015,01)( +=+η η 3) Một số l−u ý khi chọn dầu Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất. - ĐKLV „ Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ. „ Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế đ−ợc khả năng xâm nhập của khí, nh−ng dễ dàng tách khí ra. „ Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di tr−ợt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng nh− tổn thất ma sát ít nhất. „ Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong n−ớc và không khí, dẫn nhiệt tốt. V lớn ặ chọn dầu có ηbé (loãng) → ↓ma sát p lớn ặ chọn dầu có ηlớn (đặc) → ↓dò dầu „ Pha dầu có độ nhớt yêu cầu: ( ) 100 0 2 0 1 0 2 0 10 EEkbEaEE −−+= 22,1 60 40 19,7 70 30 13,1 80 20 6,7 90 10 k b a 172528,627,225,5 1020304050 9080706050 II) Các dạng truyền năng l−ợng bằng chất lỏng 1. D−ới dạngthế năng Et 2. Động năng 3. Nhiệt 4. Biến dạng 1) D−ới dạngthế năng Et „ Giả sử có một khối chất lỏng có: thể tích V (cm3), áp suất p (N/m2) „ → Et = p.V (N/m2.m3 = N.m ) „ Công suất Lúc khởi động, p nhỏ (chỉ làm việc khi đã ổn định) ặdp/dt = 0 „ L−u l−ợng: „ →N = p.Q → Công suất bơm: N = p.Q (của CL đi ra) → Chọn ĐC điện quay bơm: Nđc = Nbơm/η dt dVp dt dpV dt dEN t .. +== ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= ph lit ph dm ph m s m dt dVQ 333 ,, Khí Dầu ndc p,Q Bơm η = 0,8 ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ →= ph mQ m Np kWQpN 3 2 : : )( 1000.60 . ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ →= ph dmQ cm KGp kWQpN 3 2 : : )( 612 . Công thức tính: Hoặc atbar cm N cm KGpa m N 1,11011010 22 5 2 5 =≈== 20 3 .81,90 13595 −=→ = smgC m kgρThuỷ ngân atmmHg 760 11 = 23,13311 m NtorrmmHg == Anh dùng đvị Psi: 1bar = 14,5 Psi 2) D−ới dạng động năng Eđ „ Vận tốc của dầu trong ống nhỏ, không đáng kể (≈ 6m/s) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ == mN s mmkgmVEd . .. 2 2 2 2 . . 2Vp Hp ppp dong tinh dongtinh ρ γ = = += Ví dụ: Thuỷ điện ∅ Nhỏ→pđ↑ 21 m 3) D−ới dạng nhiệt ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ =∆= mNT Tkg JkgTCmEt ... ... 000 4) Biến dạng: Eb Công sinh ra = ? 2. 2 1 xkE = K (N/m) - độ cứng của chát lỏng∆V x P p E VV dau ∆=∆ .0 V0 – thể tích ban đầu, khi ép xuống, biến dạng ặ ∆p: hiệu áp đầu-cuối Edầu – Mô đun đàn hồi dầu khoáng Edầu = 0,38.104KG/cm2, p ≤ 5bar Edầu = (1,4-1,75).104KG/cm2, p = (5 – 100)bar Ví dụ: Tính công suất đcơ để kẹp chặt vật rắn ndc p P 500 KgL∆V F Ban đầu coi p = 0 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡∆= ∆===∆ ph m t VQ p F Ppm F P E LFV dau 3 3);(.. tự chọn Chú ý: Eđ +Et0 + Eb = 0,33%ΣE Trong tính toán ta bỏ qua chúng III) Hiệu suất trong hệ thống truyền động thuỷ lực (các dạng tổn thất) 1. Tổn thất cơ khí 2. Tổn thất thể tích 3. Tổn hao áp suất 4. Ví dụ ∏ = = n i i 1 ηη 1) Tổn thất cơ khí „ Ma sát giữa các vật rắn: ổ bi, pitton – xi lanh (chỉ bơm và đcơ) ckDCckBomck ηηη .= p0 p Q0 Qd ∆QB ∆Qđ P < p0 ổ ∆QB 2) Tổn thất thể tích (Dò dầu): ∆Q „ Tổn thất thể tích là do dầu thuỷ lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ thống. áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể tích càng lớn. Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng l−ợng. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∆−=∆−== 000 1 Q Q Q QQ Q Q BB QB η Q p Q0 ∆QD∆QB Bơm Q QD ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∆−=∆−== D D D DD D Q Q Q Q QQ Q Q D 10η DB QQQ ηηη .=→ 3) Tổn hao áp suất: ∆p „ 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 cũng nh− sự thay đổi nhiệt độ, thiếu sót về kết cấu nh− các cơ cấu điều khiển chế tạo không chính xác .v.v... „ Bộ ổn tốc đảm bảo hiệu áp không đổi khi giảm áp → đảm bảo 1 Q không đổi qua van →vận tốc CCCH gần nh− không đổi. „ Bộ ổn tốc là van ghép: van giảm áp + van tiết l−u „ Th−ờng đ−ợc lắp ở đ−ờng dầu vào hoẩc của CCCH (PA lắp trên đ−ờng dầu ra tốt hơn). p1 p2 Ký hiệu: Xét 2 PA lắp bộ ổn tốc: a) Lắp trên đ−ờng dầu vào msFPFpFp Σ++= 2211 .. 1 22 1 . F FPFpp msΣ++=→ 1 10 F ppCA V x −= → Muốn V = Const →∆p const p1 F1 d D F2 p2 V P G f p0 = const Bộ nguồn p’0 p1∆p = p’0 – p1 p1↑ → pitton bị đảy lại →khe hở X↑ →p0↑ 1 2 / 0 2 . 4 . 4 pDPpD lx ππ += ( ) lxPppD =−→ 1/02 .4π const D Pp lx ==∆→ 24π 1 22 1 . F FPFpp msΣ++= p (bar) P (N) p0 p2 p1 p'0 V P (N) ∆ p ∆p = const V = const p1 p0 p0 D p0 Plx b) Lắp trên đ−ờng dầu ra p1 F1 d D F2 p2 V P G f p3 D Plx p2 p2 p2 2 p3 3 2 / 2 2 . 4 . 4 pDPpD lx ππ += 2 10 2 . F FPFpp msΣ++= ( ) const D Ppp lx ==−→ 23/2 .4π → Thấy 2 sơ đồ giống nhau về mặt ý nghĩa, không phụ thuộc tải trọng Bộ ổn tốc đặt ở đ−ờng vào Ưu điểm: ‰ Xi lanh thì làm việc theo áp suất yêu cầu. ‰ Có thể điều chỉnh l−ợng vận tốc nhỏ. Nh−ợc điểm: ‰ Phải đặt van cản ở đ−ờng dầu về. ‰ Năng l−ợng không dùng chuyển thành nhiệt trong quá trình tiết l−u. ‰Bộ ổn tốc đặt ở đ−ờng ra Ưu điểm: ‰- Xi lanh thì làm việc đ−ợc với vận tốc nhỏ và tải trọng lớn. ‰- Có thể điều chỉnh l−ợng vận tốc nhỏ. ‰- Không phải đặt van cản ở đ−ờng dầu về ‰- Nhiệt sinh ra sẽ về bể dầu. Nh−ợc điểm: ‰- Lực ma sát của xi lanh lớn. ‰- Van tràn phải làm việc liên tục. III) Cơ cấu chỉnh h−ớng (của dòng dầu) Điều khiển đóng mở hoặc nối liền, ngăn cách các đ−ờng dẫn dầu về các bộ phận của hệ thống. 1) Van một chiều „ Cho chất lỏng đi theo 1 chiều. „ Đ−ợc đặt ở các vị trí khác nhau tuỳ theo mục đích. „ Tổn thất áp qua van ∆p ≈ 1 bar p d p1 F1 d D F2 p2 V P G f Van 1 chiều có cản →làm việc êm Nguyên lý kết cấu van 1 chiều bi và ký hiệu lxP dp = 4 . 2π Ví dụ: Sử dụng van 1 chiều trong sơ đồ ép ng−ợc p1 bé Q1 lớn p2 lớn Q2 bé V1 V2 Q2, p2 Q1, p1 Q1 Q22/2 G p F- Khi ch−a có tải, do Q1 >> Q2 ặ p2 ch−a đủ lớn ặ không làm tăng p1. - Tính áp suất p1, khi đó Q = Q1+Q2 (ngoại lực chỉ tính đến G) -Khi có tải (ép), p2↑ặ điều khiển van giảm tải ặ dầu về bể, đồng thời p2 tác động van V1, ko cho dầu từ bơm 1 lên ặ chỉ có bơm 2 ặ tính p2 (với Q2) Vctac Vnhanh Van an toàn có thể lắp trên hoặc d−ới van 1 chiều (chỉ áp dụng cho bên này) Bài tập: Sdụng sơ đồ trên Vnhanh = 3m/ph; Vép = 0,5 m/ph; D = 200mm, P = 20tấn, G = 500 KG; ηbơm = 0,85 ? Tính chọn 2 bơm, tính chọn động cơ điện Chú ý: với sơ đồ này, nếu dùng van giảm tải nh− trên, đcơ chỉ cần chọn theo công suất lớn nhất của 1 bơm (CS lớn nhất) Nếu dùng van an toàn th−ờng thì tính công suất động cơ bằng tổng SC 2 bơm (do khi p2 lớn thì bơm 1 vẫn phải bơm thắng van an toàn để xả dầu (lúc công tác)) F QQVnhanh 21 += F QVctac 2= 2) Van đảo chiều „ Nhiệm vụ là đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng l−ợng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành. „ Số vị trí: là số định vị con tr−ợt của van. Thông th−ờng van đảo chiều có 2 hoặc 3 vị trí. Trong những tr−ờng hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. Vị trí “không” là VT khi van ch−a có tđộng tín hiệu vào. Van 3VT,ặ “0” giữa, van 2V, “0” có thể là a hợacb (th−ờng là bên phải) „ Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều th−ờng là 2, 3 và 4. Trong những tr−ờng hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn. Cửa van kí hiệu theo ISO 5599 hoặc DIN: a 0 b a b Ví dụ: Van 5/3: 5 cửa, 3 vị trí a 0 b P(1) – nối nguồn A(2), B(4) – nối cơ cấu R(3), T(5) – Về bể DINISO 5599 X,Y,12,14,Cửa nối TH Đkhiển R,S,T,..3,5,7,Cửa xả A,B,C,..2,4,6Cửa nối lviệc P1Cửa nối nguồn (từ bộ lọc) p1 F1 d D F2 p2 V2 V1 P G A(2) B(4) Q p0 f a b0 R(3) P(1) T(5) Tr−ờng hợp cần phanh tức thời ặ cho dầu về 2 phía: A B Lò xo: khí tắ máy, nó đ−a con tr−ợt về vị trí giữa Đk = điện từ Điều khiển bằng khí nénĐiều khiển bằng thuỷ lực Khi con tr−ợt ở VT này, ta có thể kéo pitton tự do (sơ đồ trên) VT giữa, dầu về bể Dẫn khí ra ngoài Kí hiệu các cửa cửa nối của van đảo chiều 4(B) 2(A) Cửa nối điều khiển 14 (Z) Cửa 1 nối với cửa 4 Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn 12 (Y) Cửa nối điều khiển Cửa 1 nối với cửa 2 3(R) Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn 5(S) 1(P) Nối với nguồn khí nén 0 1 n 10 n m m 1 0 2 ống dẫn a. Van đảo chiều 3/2 Số vị trí Số cửa b. Van đảo chiều 4/3 Kí hiệu và tên gọi van đảo chiều Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 Van đảo chiều 5/4 Cách gọi và ký hiệu một số van đảo chiều Tác động tín hiệu 3/4 Nóng Lạnh Kí hiệu nút nhấn tổng quát Nút bấm Tay gạt Bàn đạp a. Tác động bằng tay Đầu dò b. Tác động bằng cơ Lò xo Cữ chặn bằng con lăn, tác động 1 chiều Cứ chặn bằng con lăn, tác động 2 chiều Nút nhấn có rãnh định vị Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với đ−ờng kính 2 đầu nòng van khác nhau Trực tiếp bằng dòng khí nén ra Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van phụ trợ Gián tiếp bằng dòng khí nén vào qua van phụ trợ c. Tác động bằng khí nén Trực tiếp bằng dòng khí nén vào Tác động theo các h−ớng dẫn cụ thể d. Tác động bằng nam châm điện Bằng nam châm điện và van phụ trợ Trực tiếp V a n 2 / 2 V a n 3 / 2 : V a n 4 / 2 : V a n 4 / 3 : The 4/3 open center valve Vị trí giữa Ví dụ: HT TL sử dụng 2 van đảo chiều điều khiển 2 xi lanh. Van 4/3 ở vị trí trung gian, pitton của xi lanh B có thể tự do di chuyển. The close center valve Khi con tr−ợt ở vị trí giữa, pitton sẽ dừng lại và cố định ở vị trí đang làm việc Với sơ đồ trên, 3 xilanh – pitton có thể hoạt động độc lập từ cùng một nguồn cấp. Khi cả van ở vị trí giữa ặ dầu sẽ qua van tràn về bể ặ nguyên nhân làm tăng nhiệt độ dầu Để giảm sự tăng nhiệt độ dầu, ng−ời ta lắp thêm van th−ờng mở 2/2 ở cửa ra (nh− hình vẽ) Tuy nhiên, ở vị trí trung gian này, dầu có thể bị dò gỉ từ cửa P ặ A,B. Đây là nguyên nhân làm cho pitton sẽ dịch chuyển khỏi vị trí đó (hình vẽ) The 4/3 Tandem center valve ở vị trí giữa, dầu qua van (từ cửa P ặ T) về bể Với sơ đồ này, 1 cửa T nối với các cửa P khác nhau khi các van ở vị trí giữa. Với sự sắp xếp này ặ các cặp pitton – xi lanh có thể hoạt động riên lẻ hoặc cùng nhau Điện từ đk khí nén,khí nén đk van Ax Van séc vô (Van tỷ lệ) Gạt vô vấp pCAQ x ∆=Ta biết: →Khi Ax thay đổi ặ Q thay đổi (thay cho van tiết l−u) →Van séc vô = van tiết l−u + van chỉnh h−ớng Ví dụ: van điều khiển điện – khí – thuỷ lực (van séc vô 5/3) van điều khiển điện – khí – thuỷ lực h0 h0 h0 - x n + pa pb h pp0 r R phQ ln .. 6 3 ∆= η πpknén = constpknén = const Lá chắn Dòng điện i Dòng điện i = 0 (ch−a có th vào) pa = pb 92 bên fun nh− nhau), coi nh− không quay,n =0 Khi i 0 ặ pa pb và n 0 (dòng i quyết địnhkhe hở trên van) Vòi phun p1 F1 d DF2 p2 p1 F1 d D F2 p2 Ví dụ: Xây dựng sơ đồ HTTL máy ép song động ngang (2 xi lanh đối nhau. Trong sơ đồ sử dụng bộ ổn tốc trên đ−ờng dầu ra. Khi cho các thông số ặ tính chọn đ−ợc các bơm, công suất đcơ, tính van an toàn, Ch−ơng IV điều chỉnh và ổn định vận tốc I) Điều chỉnh bằng tiết l−u II) Điều chỉnh bằng thể tích • Điều chỉnh vận tốc quay hoặc thẳng của CCCH bằng việc thay đổi l−u l−ợng qua nó: • Thay đổi sức cản trên đ−ờng dẫn dầu bằng van tiết l−u ặ điều chỉnh bằng tiết l−u. • Thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu ặ điều chỉnh l−u l−ợng của bơm ặ điều chỉnh bằng thể tích • Mục đích: Q = const const q Qn F QV d dc ===→ ; I) Điều chỉnh bằng tiết l−u „Bơm có Q không đổi ặ thayđổi Ax ặ thay đổi hiệu áp của dầu → thay đổi l−u l−ợng dẫn đến CCCH đảm bảo vận tốc CCCH nhất định. „Tuỳ thuộc vị trí lắp van tiết l−u: „Điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng vào „Điều chỉnh bằng tiết l−u ở đ−ờng ra. „Bộ ổn tốc = van giảm áp + van tiết l−u p1 p2 Ax constpCAQ x =∆= ↑↓ tiết diện Ax Điều chỉnh ổn định tốc độ trên đ−ờng ra p1 F1 d D F2 p2 V2 V1 P G f p1 F1 d D F2 p2 V2 V1 P G f p0 Điều chỉnh ổn định tốc độ trên đ−ờng vào ∆p = p0 – p1 = 5-6 bar ∆p = 1 bar ∆p 0,3-0,5 bar Nhận xét: Sơ đồ lắp bộ ổn tốc trên đ−ờng dầu ra tốt hơn vì: -Công nghệ đơn giản -Dầu chảy về có V nhỏ, giảm sự tăng t0 -Không cần van cản trên đ−ờng về -Sử dụng công suất hợp lý hơn (dầu có áp cao đ−ợc đ−a thẳng vào buồng làm việc). II) Điều chỉnh bằng thể tích „Giảm đ−ợc sự tăng nhiệt dầu, tăng hiệu suất „Đ−a vào HT 1 l−u l−ợng dầu cần thiết ặ đảm bảo 1 vận tốc nhất định. „Nếu bỏ qua tổn thất thể tích và cơ khí ặ toàn bộ năng l−ợngdo bơm tạo ra biến thành công có ích. „Có thể dùng bơm pitton hoặc cánh gạt có thể thay đổi l−u l−ợng. „Sau đây ta xét một sơ đồ điều chỉnh bàng thể tích kết hợp với tiết l−u ở đ−ờng dầu vào: dD V2 V1 P G f F1 F2 Plx e p0 p1 Q = const Ax P „Stato có thể dịch chuyển. Rôto có tấm cố định „Khi dịch chuyển Stato: P = k.p0 với k phụ thuộc kết cấu bơm PTCB: ( )1 02011 kpFpPFp lx +=+ 10. 2 ppAgpCAQ xx −=∆= γà 2 01 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−=→ xCA Qpp ( ) 0)1( 0 2 1210 =−−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+−→ lx x Pkp CA QFFFp Nếu chọn (F1 - F2) = k 1F PCAQ lxx=→ Nếu Plx =const ặ Q = const Ch−ơng V Đồng bộ làm việc của nhiều cơ cấu chấp hành thuỷ lực • Đồng bộ: • Cùng pha (cùng vào, cùng ra) • Ng−ợc pha 1. Đồng bộ bằng cơ khí p F pF P Không cần dầu vào đây (do có G) Ng−ợc pha I II Cùng pha I II PA này kín khít hơn 2. Đồng tốc bằng tiết l−u tiết l−u trên đ−ờng dầu ra, cả đi và về. V1 VT1 V2 VT2 V2 VT2 V1 VT1 p1 F1 d D F2 p2 p1 F1 d DF2 p2 Cả đi và về đều đ−ợc điều chỉnh bằng van tiết l−u đạt trên đ−ờng ra Điều chỉnh bằng bơm Liên hệ ng−ợc CK Q Q/2 Q/2 Con tr−ợt Khi tải lệch ặ con tr−ợt sẽ tr−ợt ặ đchỉnh khe hở ặ thay đổi l−u l−ợng. TH không có thanh ở giữa: ặ càn bàn máy nặng hơn ặ tạo ra tải trọng giả Liên hệ ng−ợc điện F1 V1y,v p Q1 F2 V2 y,v pQ2 i1 N1 N2 i2 ±∆ i1 i2 N2 N1 CƯ CƯ Cảm biến tốc độ, vị trí Bộ so sánh ĐC N’1 theo N1 hoặc N’2 theo N2 Liên hệ ng−ợc điện: van séc vô + liên hệ ng−ợc ặcơ cấu séc vô 2 2 1 1 F QV F QV === ĐC để V1 = V2 - đo tốc độ qua Q Lý t−ởng: F1 = F2ặ cùng l−u l−ợng Q F1F2ặkhông cùng Q ặ đchỉnh 2 Q rất khó Ch−ơng VI Các phần tử cơ bản trong điều khiển bằng khí nén • Hệ thống thiết bị phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng: động cơ khí nén, máy ép dùng không khí nén, máy nâng dùng không khí nén, máy rung dùng không khí nén, dụng cụ cầm tay dùng không khí nén và hệ thống điều khiển bằng không khí nén (cơ cấu chấp hành, các phần tử điều khiển...). • Truyền tải không khí nén đ−ợc thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, cần phân biệt ở đây mạng đ−ờng ống đ−ợc lắp ráp cố định (nh− trong nhà máy) và mạng đ−ờng ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy Máy nén khí Bình trích chứa chính Bình trích chứa trung gian Bình ng−ng tụ hơi n−ớc Van xả n−ớc Bình trích chứa cho thiết bị, máy Thiết bị lọc Độ nghiêng đ−ờng ống 1-2% Hệ thống thiết bị phân phối khí nén