Sách tự động hóa thủy khí

II ------ SÁCH "Tự động húa thủy khớ" 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 th