Hệ thống thủy lực_chương 1
+ 1920 đã ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ.
+ 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác như: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không,...
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.
a pL b F A F1 A1
c
l1
h pF
ps pF
l2
F2 A2
H×nh 1.1. ¸p suÊt thñy tÜnh
Ta cã:
H×nh a: pS = h.g.ρ + pL (1.1)
F
H×nh b: pF = (1.2)
A
F1 F l A F
H×nh c: = pF = 2 vµ 2 = 2 = 1 (1.3)
A1 A2 l1 A1 F2
Trong ®ã:
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
liªn tôc). A2
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) v2
d 1 .π
2
d2
⇔ v1. = v2. 2
4 4
VËn tèc ch¶y t¹i vÞ trÝ 2:
1 2
d2 H×nh 1.2. Dßng ch¶y liªn tôc
v 2 = v1. 1 (1.6)
d2
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:
ρ.v 1
2
ρ.v 2
p 1 + ρ.g.h 1 + = p 2 + ρ.g.h 2 + 2
= const (1.7)
2 2
Trong ®ã: p1
p 1 + ρ.g.h1 ⎫
⎬ ¸p suÊt thñy tØnh; v1
p 2 + ρ.g.h 2 ⎭
p2
h1
ρ.v ρ.v
2
1
2
2 v2
, : ¸p suÊt thñy ®éng; 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
A1 Fs A2 x1, v1
5 t¶i
d
m
D Ft
Q2
p1 Q1 p2
Fc
4
3
pT
p0
2 6
Qb
1
H×nh 1.4. S¬ ®å m¹ch thñy lùc chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn
TÝnh to¸n:
+/ Th«ng sè cña c¬ cÊu chÊp hµnh: Ft vµ v(v1, v2)
ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (hµnh tr×nh lµm viÖc)
A1 A2 x1, v1
d
m
D Ft
Q1, p1 Q2, p2≈0
+/ C¸c ph−¬ng tr×nh:
L−u l−îng: Q1 = A1.v1 (1.8)
Q2 = A2.v1
Lùc: Ft = p1.A1 (1.9)
9
Ft .v 1
C«ng suÊt cña c¬ cÊu chÊp hµnh: N = [kW] (1.10)
60.103
N = 1 13 [kW]
p .Q
C«ng suÊt thñy lùc: (1.11)
60.10
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 = N®c¬ ®iÖn = (η = 0,6 ÷ 0,8) (1.12)
η
ChuyÓn ®éng lïi vÒ (hµnh tr×nh ch¹y kh«ng)
A1 A2 x2, v2
d
m
D
Fc
Q '2 , p '2 ≈ 0 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)
Q '2 = A1.v 2 ≠ Q2
Do A1 > A2 ⇒ v2 > v1
1.5.2. S¬ ®å thñy lùc t¹o chuyÓn ®éng quay
Mx
Ω
t¶i
J
θ
Q Q
n®, Dm
p p
pT
p
Qb
H×nh 1.5. S¬ ®å m¹ch thñy lùc chuyÓn ®éng quay
10
M x .Ω
C«ng suÊt cña c¬ cÊu chÊp hµnh: N = (Mx = p.Dm) (1.14)
102
M x .2 π.n M x .n
hoÆc N= = [ kW]
102.60 975
p1.Q
C«ng suÊt thñy lùc: N = [ kW] (Q = Dm.Ω) (1.15)
60.103
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
N0 = (kW) (1.20)
6.10 4
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 ∆p
ηa = 0 = (1.24)
p0 p0
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 l⎡N ⎤ ρ
∆p = 10.ξ. .v 2 . ⎢ 2 ⎥ = 10 −4.ξ. .v 2 . [bar ]
l
(1.25)
2g d ⎣m ⎦ 2g 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:
∆p- Tæn thÊt ¸p suÊt; l
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 tÇng Ch¶y rèi
8 l.ρ.Q 2
⇒ Tæn thÊt: ∆p = 2 .λ.
π D5
256 D.ν
λ = λLAM - .
π Q
0,316
λ = λTURB. Ch¶y rèi
4 Q
4 .
π D.ν Ch¶y tÇng
4 Q H×nh 1.7. Ch¶y tÇng vµ ch¶y rèi
Sè Reynold: . > 3000.
π D.ν trong èng dÉn
b. TiÕt diÖn thay ®æi lín ®ét ngét
2
⎛ D 2 ⎞ 8 ρ.Q 2
Tæn thÊt: ∆p = ⎜1 − 1 ⎟ . 2 . 4
⎜ D2 ⎟ π D D1 Q D2
⎝ 2 ⎠ 1
Trong ®ã:
D1- ®−êng kÝnh èng dÉn vµo;
D2- ®−êng kÝnh èng dÉn ra. H×nh 1.8. TiÕt diÖn thay ®æi lín ®ét ngét
c. TiÕt diÖn nhá ®ét ngét
⎛ D 2 ⎞ 8 ρ.Q 2
Tæn thÊt: ∆p = 0,5.⎜1 − 2 ⎟. 2 . 4
⎜ D2 ⎟ π D Q
⎝ 1 ⎠ 1 D1 D2
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
⎛ D 4 ⎞ 8 ρ.Q 2
Tæn thÊt: ∆p = [0,12 ÷ 0,2]⎜1 − 1 ⎟. 2 . 4
⎜ D4 ⎟ π D
⎝ 2 ⎠ 1
α < 80
Q D2
D1
H×nh 1.10. TiÕt diÖn thay ®æi lín tõ tõ
d. TiÕt diÖn nhá tõ tõ
Tæn thÊt: ∆p = 0
Q α < 80
H×nh 1.11. TiÕt diÖn nhá tõ tõ
13
f. Vµo èng dÉn
Tæn thÊt ¸p suÊt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau:
8 ρ.Q 2
∆p = ξ E . .
π2 D 4
Trong ®ã hÖ sè thÊt tho¸t ξ E ®−îc chia thµnh hai tr−êng hîp nh− ë b¶ng sau:
C¹nh HÖ sè thÊt tho¸t ξ E
S¾c 0,5
a G·y khóc 0,25
Trßn 0,06
b Cã tr−íc 3000
π D.ν
h. èng dÉn g·y khóc Q
D
R
≈4 α
D
8 ρ.Q 2
∆p = ξ U . 2 . 4
π D
Gãc α, β HÖ sè thÊt tho¸t ξ U
Q
α = 20 0,06 D
α = 40 0,2 β
α = 60 0,47 R
H×nh 1.14. èng dÉn g·y khóc
14
β = 20 0,04
β = 40 0,07
β = 60 0,1
0,11
β = 80
0,11
β = 90
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
