Giáo trình Hệ thống truyền động thủy khí - Chương 2: Cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu

Ch−¬ng 2: c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng vµ hÖ

thèng xö lý dÇu

2.1. b¬m vµ ®éng c¬ dÇu (m« t¬ thñy lùc)

2.1.1. Nguyªn lý chuyÓn ®æi n¨ng l−îng

B¬m vµ ®éng c¬ dÇu lµ hai thiÕt bÞ cã chøc n¨ng kh¸c nhau. B¬m lµ thiÕt bÞ t¹o ra

n¨ng l−îng, cßn ®éng c¬ dÇu lµ thiÕt bÞ tiªu thô n¨ng l−îng nµy. Tuy thÕ kÕt cÊu vµ

ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n cña b¬m vµ ®éng c¬ dÇu cïng lo¹i gièng nhau.

a. B¬m dÇu: lµ mét c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng, dïng ®Ó biÕn c¬ n¨ng thµnh n¨ng

l−îng cña dÇu (dßng chÊt láng). Trong hÖ thèng dÇu Ðp th−êng chØ dïng b¬m thÓ tÝch,

tøc lµ lo¹i b¬m thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi n¨ng l−îng b»ng c¸ch thay ®æi thÓ tÝch c¸c

buång lµm viÖc, khi thÓ tÝch cña buång lµm viÖc t¨ng, b¬m hót dÇu, thùc hiÖn chu kú

hót vµ khi thÓ tÝch cña buång gi¶m, b¬m ®Èy dÇu ra thùc hiÖn chu kú nÐn.

Tuú thuéc vµo l−îng dÇu do b¬m ®Èy ra trong mét chu kú lµm viÖc, ta cã thÓ ph©n

ra hai lo¹i b¬m thÓ tÝch:

+/ B¬m cã l−u l−îng cè ®Þnh, gäi t¾t lµ b¬m cè ®Þnh.

+/ B¬m cã l−u l−îng cã thÓ ®iÒu chØnh, gäi t¾t lµ b¬m ®iÒu chØnh.

Nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n cña b¬m lµ l−u l−îng vµ ¸p suÊt.

b. §«ng c¬ dÇu: lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn n¨ng l−îng cña dßng chÊt láng thµnh ®éng

n¨ng quay trªn trôc ®éng c¬. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng lµ dÇu cã ¸p suÊt ®−îc ®−a

vµo buång c«ng t¸c cña ®éng c¬. D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt, c¸c phÇn tö cña ®éng c¬

quay.

Nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n cña ®éng c¬ dÇu lµ l−u l−îng cña 1 vßng quay vµ hiÖu ¸p

suÊt ë ®−êng vµo vµ ®−êng ra.

2.1.2. C¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng

a. ThÓ tÝch dÇu t¶i ®i trong 1 vßng (hµnh tr×nh)

H×nh 2.1. B¬m thÓ tÝch

NÕu ta gäi:

V- ThÓ tÝch dÇu t¶i ®i trong 1 vßng (hµnh tr×nh);

17

A- DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang;

h- Hµnh tr×nh pitt«ng;

V_ZL- ThÓ tÝch kho¶ng hë gi÷a hai r¨ng;

Z- Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng.

ë h×nh 2.1, ta cã thÓ tÝch dÇu t¶i ®i trong 1 vßng (hµnh tr×nh):

V = A.h 1 hµnh tr×nh

(2.1)

(2.2)

V ≈ V_ZL.Z.2 1 vßng

b. ¸p suÊt lµm viÖc

¸p suÊt lµm viÖc ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 2.2. Trong ®ã:

t = 6s

p

+/ ¸p suÊt æn ®Þnh p₁;

p₃

p₂

+/ ¸p suÊt cao p₂;

p

+/ ¸p suÊt ®Ønh p₃(¸p suÊt qua van trµn).

p₁

t

H×nh 2.2. Sù thay ®æi ¸p suÊt lµm viÖc theo thêi gian

c. HiÖu suÊt

HiÖu suÊt cña b¬m hay ®éng c¬ dÇu phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau:

+/ HiÖu suÊt thÓ tÝch η_v

+/ HiÖu suÊt c¬ vµ thñy lùc η_hm

Nh− vËy hiÖu suÊt toµn phÇn: η_t= η_v. η_hm

ë h×nh 2.3, ta cã:

(2.3)

(2.4)

+/ C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn: N_E= M_E. Ω_E

η_h

p

η_h

+/ C«ng suÊt cña b¬m: N = p.Q_v(2.5)

Nh− vËy ta cã c«ng thøc sau:

M

⎧

⎨

⎩

E

Q_v

N_E

M_A

⎫

⎬

F

⎫

N

p.Q_v

n_E

N

A

N

⎬

A

N_E=

=

(2.6)

n_{A ⎭}

v

⎭

η_tb

η_v

+/ C«ng suÊt cña ®éng c¬ dÇu:

η_v

N_A= M_A. Ω_Ahay N_A= η_tMotor.p.Q_v(2.7)

H×nh 2.3. ¶nh h−ëng cña hÖ sè tæn thÊt

+/ C«ng suÊt cña xilanh:

N_A= F.v hay N_A= η_txilanh.p.Q_v

Trong ®ã:

®Õn hiÖu suÊt

(2.8)

N_E, M_E, Ω_E- c«ng suÊt, m«men vµ vËn tèc gãc trªn trôc ®éng c¬ nèi víi b¬m;

N_A, M_A, Ω_A- c«ng suÊt, m«men vµ vËn tèc gãc trªn ®éng c¬ t¶i;

N_A, F, v - c«ng suÊt, lùc vµ vËn tèc pitt«ng;

N, p, Q_v- c«ng suÊt, ¸p suÊt vµ l−u l−îng dßng ch¶y;

η

_txilanh- hiÖu suÊt cña xilanh;

_tMotor- hiÖu suÊt cña ®éng c¬ dÇu;

18

η_tb- hiÖu suÊt cña b¬m dÇu.

2.1.3. C«ng thøc tÝnh to¸n b¬m vµ ®éng c¬ dÇu

a. L−u l−îng Q_v, sè vßng quay n vµ thÓ tÝch dÇu trong mét vßng quay V

Ta cã: Q_v= n.V

+/ L−u l−îng b¬m: Q_v= n.V. η_v.10^-3

(2.9)

Q_V

(2.10)

n

n.V

V

+/ §éng c¬ dÇu: Q_v=

.10⁻³

(2.11)

η_v

Trong ®ã:

H×nh 2.4. L−u l−îng, sè vßng quay, thÓ tÝch

Q_v- l−u l−îng [lÝt/phót];

n- sè vßng quay [vßng/phót];

V- thÓ tÝch dÇu/vßng [cm³/vßng];

η_v- hiÖu suÊt [%].

b. ¸p suÊt, m«men xo¾n, thÓ tÝch dÇu trong mét vßng quay V

Theo ®Þnh luËt Pascal, ta cã:

M_x

p =

(2.12)

(2.13)

(2.14)

V

M_x.η

p =

^hm.10

¸p suÊt cña b¬m:

V

M_x

¸p suÊt ®éng c¬ dÇu: p =

.10

V.η_hm

Trong ®ã:

p [bar];

p

M_x

M_x[N.m];

V [cm³/vßng];

η_hm[%].

V

H×nh 2.5. ¸p suÊt, thÓ tÝch, m«men xo¾n

c. C«ng suÊt, ¸p suÊt, l−u l−îng

C«ng suÊt cña b¬m tÝnh theo c«ng thøc tæng qu¸t lµ: N = p.Q_v

(2.15)

(2.16)

+/ C«ng suÊt ®Ó truyÒn ®éng b¬m:

p.Q

N =

^v.10⁻²

6.η_t

+/ C«ng suÊt truyÒn ®éng ®éng c¬ dÇu:

p.Q_v.η

^t.10⁻²

(2.17)

N =

Trong ®ã:

6

N [W], [kW];

p [bar], [N/m²];

Q_v[lÝt/phót], [m³/s];

η_t[%].

19

L−u l−îng cña b¬m vÒ lý thuyÕt kh«ng phô thuéc vµ ¸p suÊt (trõ b¬m ly t©m), mµ

chØ phô thuéc vµo kÝch th−íc h×nh häc vµ vËn tèc quay cña nã. Nh−ng trong thùc tÕ do

sù rß rØ qua khe hë gi÷a c¸c khoang hót vµ khoang ®Èy, nªn l−u l−îng thùc tÕ nhá h¬n

l−u l−îng lý thuyÕt vµ gi¶m dÇn khi ¸p suÊt t¨ng.

Mét yÕu tè g©y mÊt m¸t n¨ng l−îng n÷a lµ hiÖn t−îng háng. HiÖn t−îng nµy

th−êng xuÊt hiÖn, khi èng hót qu¸ nhá hoÆc dÇu cã ®é nhít cao.

Khi bé läc ®Æt trªn ®−êng hót bÞ bÈn, cïng víi sù t¨ng søc c¶n cña dßng ch¶y, l−u

l−îng cña b¬m gi¶m dÇn, b¬m lµm viÖc ngµy mét ån vµ cuèi cïng t¾c h¼n. Bëi vËy cÇn

ph¶i l−u ý trong lóc l¾p r¸p lµm sao ®Ó èng hót to, ng¾n vµ th¼ng.

2.1.4. C¸c lo¹i b¬m

a. B¬m víi l−u l−îng cè ®Þnh

+/ B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi;

+/ B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp trong;

+/ B¬m pitt«ng h−íng trôc;

+/ B¬m trôc vÝt;

+/ B¬m pitt«ng d·y;

+/ B¬m c¸nh g¹t kÐp;

+/ B¬m r«to.

b. B¬m víi l−u l−îng thay ®æi

+/ B¬m pitt«ng h−íng t©m;

+/ B¬m pitt«ng h−íng trôc (truyÒn b»ng ®Üa nghiªng);

+/ B¬m pitt«ng h−íng trôc (truyÒn b»ng khíp cÇu);

+/ B¬m c¸nh g¹t ®¬n.

2.1.5. B¬m b¸nh r¨ng

Buång ®Èy B

a. Nguyªn lý lµm viÖc

B¸nh r¨ng bÞ

®éng

B¸nh r¨ng chñ

®éng

n_b

Th©n b¬m

Buång hót A

H×nh 2.6. Nguyªn lý lµm viÖc cña b¬m b¸nh r¨ng

Nguyªn lý lµm viÖc cña b¬m b¸nh r¨ng lµ thay ®æi thÓ tÝch: khi thÓ tÝch cña buång

hót A t¨ng, b¬m hót dÇu, thùc hiÖn chu kú hót; vµ nÐn khi thÓ tÝch gi¶m, b¬m ®Èy dÇu

20

ra ë buång B, thùc hiÖn chu kú nÐn. NÕu nh− trªn ®−êng dÇu bÞ ®Èy ra ta ®Æt mét vËt

c¶n (vÝ dô nh− van), dÇu bÞ chÆn sÏ t¹o nªn mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh phô thuéc vµo ®é lín

cña søc c¶n vµ kÕt cÊu cña b¬m.

b. Ph©n lo¹i

B¬m b¸nh r¨ng lµ lo¹i b¬m dïng réng r·i nhÊt v× nã cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ

t¹o. Ph¹m vi sö dông cña b¬m b¸nh r¨ng chñ yÕu ë nh÷ng hÖ thèng cã ¸p suÊt nhá trªn

c¸c m¸y khoan, doa, bµo, phay, m¸y tæ hîp,.... Ph¹m vi ¸p suÊt sö dông cña b¬m b¸nh

r¨ng hiÖn nay cã thÓ tõ 10 ÷ 200bar (phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c chÕ t¹o).

B¬m b¸nh r¨ng gåm cã: lo¹i b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi hoÆc ¨n khíp trong, cã thÓ

lµ r¨ng th¼ng, r¨ng nghiªng hoÆc r¨ng chö V.

Lo¹i b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi ®−îc dïng réng r·i h¬n v× chÕ t¹o dÔ h¬n, nh−ng

b¸nh r¨ng ¨n khíp trong th× cã kÝch th−íc gän nhÑ h¬n.

Vµnh kh¨n

Buång ®Èy

a

c

b

Buång hót

Buång ®Èy

Buång hót

H×nh 2.7. B¬m b¸nh r¨ng

a. B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi; b. B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp trong; c. Ký hiÖu b¬m.

c. L−u l−îng b¬m b¸nh r¨ng

Khi tÝnh l−u l−îng dÇu, ta coi thÓ tÝch dÇu ®−îc ®Èy ra khái r·nh r¨ng b»ng víi thÓ

tÝch cña r¨ng, tøc lµ kh«ng tÝnh ®Õn khe hë ch©n r¨ng vµ lÊy hai b¸nh r¨ng cã kÝch

th−íc nh− nhau. (L−u l−îng cña b¬m phô thuéc vµo kÕt cÊu)

NÕu ta ®Æt:

m- Modul cña b¸nh r¨ng [cm];

d- §−êng kÝnh chia b¸nh r¨ng [cm];

b- BÒ réng b¸nh r¨ng [cm];

n- Sè vßng quay trong mét phót [vßng/phót];

Z - Sè r¨ng (hai b¸nh r¨ng cã sè r¨ng b»ng nhau).

Th× l−îng dÇu do hai b¸nh r¨ng chuyÓn ®i khi nã quay mét vßng:

Q_v= 2.π.d.m.b [cm³/vßng] hoÆc [l/ph]

2.18)

NÕu gäi Z lµ sè r¨ng, tÝnh ®Õn hiÖu suÊt thÓ tÝch η_tcña b¬m vµ sè vßng quay n, th×

l−u l−îng cña b¬m b¸nh r¨ng sÏ lµ:

Q_b= 2.π.Z.m².b.n. η_t[cm³/phót] hoÆc [l/ph]

(2.19)

21

η_t= 0,76 ÷ 0,88 hiÖu suÊt cña b¬m b¸nh r¨ng

d. KÕt cÊu b¬m b¸nh r¨ng

KÕt cÊu cña b¬m b¸nh r¨ng ®−îc thÓ hiÖn nh− ë h×nh 2.8.

H×nh 2.8. KÕt cÊu b¬m b¸nh r¨ng

2.1.6. B¬m trôc vÝt

B¬m trôc vÝt lµ sù biÕn d¹ng cña b¬m b¸nh r¨ng. NÕu b¸nh r¨ng nghiªng cã sè

r¨ng nhá, chiÒu dµy vµ gãc nghiªng cña r¨ng lín th× b¸nh r¨ng sÏ thµnh trôc vÝt.

B¬m trôc vÝt th−êng cã 2 trôc vÝt ¨n khíp víi nhau (h×nh 2.9).

Buång ®Èy

Buång hót

H×nh 2.9. B¬m trôc vÝt

B¬m trôc vÝt th−êng ®−îc s¶n xuÊt thµnh 3 lo¹i:

+/ Lo¹i ¸p suÊt thÊp: p = 10 ÷15bar

+/ Lo¹i ¸p suÊt trung b×nh: p = 30 ÷ 60bar

+/ Lo¹i ¸p suÊt cao: p = 60 ÷ 200bar.

B¬m trôc vÝt cã ®Æc ®iÓm lµ dÇu ®−îc chuyÓn tõ buång hót sang buång nÐn theo

chiÒu trôc vµ kh«ng cã hiÖn t−îng chÌn dÇu ë ch©n ren.

22

Nh−îc ®iÓm cña b¬m trôc vÝt lµ chÕ t¹o trôc vÝt kh¸ phøc t¹p. ¦u ®iÓm c¨n b¶n lµ

ch¹y ªm, ®é nhÊp nh« l−u l−îng nhá.

2.1.7. B¬m c¸nh g¹t

a. Ph©n lo¹i

B¬m c¸nh g¹t còng lµ lo¹i b¬m ®−îc dïng réng r·i sau b¬m b¸nh r¨ng vµ chñ yÕu

dïng ë hÖ thèng cã ¸p thÊp vµ trung b×nh.

So víi b¬m b¸nh r¨ng, b¬m c¸nh g¹t b¶o ®¶m mét l−u l−îng ®Òu h¬n, hiÖu suÊt thÓ

tÝch cao h¬n.

KÕt cÊu B¬m c¸nh g¹t cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau, nh−ng cã thÓ chia thµnh hai lo¹i

chÝnh:

+/ B¬m c¸nh g¹t ®¬n.

+/ B¬m c¸nh g¹t kÐp.

b. B¬m c¸nh g¹t ®¬n

B¬m c¸nh g¹t ®¬n lµ khi trôc quay mét vßng, nã thùc hiÖn mét chu kú lµm viÖc

bao gåm mét lÇn hót vµ mét lÇn nÐn.

L−u l−îng cña b¬m cã thÓ ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®é lÖch t©m (xª dÞch

vßng tr−ît), thÓ hiÖn ë h×nh 2.10.

§é lÖch t©m

Vßng tr−ît

a

e

Vïng hót

R«to

Vïng nÐn

Vßng tr−ît

b

c

Lß xo

§iÒu chØnh ®é

lÖch t©m dÇu

§iÒu chØnh ®é

lÖch t©m

Pitt«ng

R«to

H×nh 2.10. Nguyªn t¾c ®iÒu chØnh l−u l−îng b¬m c¸nh g¹t ®¬n

a. Nguyªn ký vµ ký hiÖu;

b. §iÒu chØnh b»ng lß xo;

c. §iÒu chØnh l−u l−îng b»ng thñy lùc.

c. B¬m c¸nh g¹t kÐp

B¬m c¸nh g¹t kÐp lµ khi trôc quay mét vßng, nã thùc hiÖn hai chu kú lµm viÖc bao

gåm hai lÇn hót vµ hai lÇn nÐn, h×nh 2.11.

23

Buång ®Èy

Buång hót

Stato

C¸nh g¹t

ChiÒu quay

R«to

H×nh 2.11. B¬m c¸nh g¹t kÐp

d. L−u l−îng cña b¬m c¸nh g¹t

NÕu c¸c kÝch th−íc h×nh häc cã ®¬n vÞ lµ [cm], sè vßng quay n [vßng/phót], th× l−u

l−îng qua b¬m lµ:

Q = 2.10^-3.π.e.n.(B.D + 4.b.d) [lÝt/phót]

(2.20)

Trong ®ã:

D- ®−êng kÝnh Stato; B- chiÒu réng c¸nh g¹t; b- chiÒu s©u cña r·nh; e- ®é

lÖch t©m; d- ®−êng kÝnh con l¨n.

2.1.8. B¬m pitt«ng

a. Ph©n lo¹i

B¬m pitt«ng lµ lo¹i b¬m dùa trªn nguyªn t¾c thay ®æi thÓ tÝch cña c¬ cÊu pitt«ng -

xilanh. V× bÒ mÆt lµm viÖc cña c¬ cÊu nµy lµ mÆt trô, do ®ã dÔ dµng ®¹t ®−îc ®é chÝnh

x¸c gia c«ng cao, b¶o ®¶m hiÖu suÊt thÓ tÝch tèt, cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®−îc víi ¸p

suÊt lµm viÖc lín (¸p suÊt lín nhÊt cã thÓ ®¹t ®−îc lµ p = 700bar).

B¬m pitt«ng th−êng dïng ë nh÷ng hÖ thèng dÇu Ðp cÇn ¸p suÊt cao vµ l−u l−îng

lín; ®ã lµ m¸y truèt, m¸y xóc, m¸y nÐn,....

Dùa trªn c¸ch bè trÝ pitt«ng, b¬m cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i:

+/ B¬m pitt«ng h−íng t©m.

+/ B¬m pitt«ng h−íng trôc.

B¬m pitt«ng cã thÓ chÕ t¹o víi l−u l−îng cè ®Þnh, hoÆc l−u l−îng ®iÒu chØnh ®−îc.

b. B¬m pitt«ng h−íng t©m

L−u l−îng ®−îc tÝnh to¸n b»ng viÖc x¸c ®Þnh thÓ tÝch cña xilanh. NÕu ta ®Æt d- lµ

®−êng kÝnh cña xilanh [cm], th× thÓ tÝch cña mét xilanh khi r«to quay mét vßng:

24

π.d²

4

[cm³/vßng]

.h

(2.21)

q =

Trong ®ã: h- hµnh tr×nh pitt«ng [cm]

V× hµnh tr×nh cña pitt«ng h = 2e (e lµ ®é lÖch t©m cña r«to vµ stato), nªn nÕu b¬m

cã z pitt«ng vµ lµm viÖc víi sè vßng quay lµ n [vßng/phót], th× l−u l−îng cña b¬m sÏ lµ:

10⁻³.π

.d².e.z.h

Q = q.z.n.10^-3[lÝt/phót] =

[lÝt/phót]

(2.22)

2

Hµnh tr×nh cña pitt«ng th«ng th−êng lµ h = (1,3 ÷ 1,4).d vµ sè vßng quay n_max

1500vg/ph.

=

L−u l−îng cña b¬m pitt«ng h−íng t©m cã thÓ ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®é

lÖch t©m (xª dÞch vßng tr−ît), h×nh 2.12.

DÇu

Buång hót

§é lÖch t©m e

Buång ®Èy

R«to

H×nh 2.12. B¬m pitt«ng h−íng t©m

Pitt«ng (3) bè trÝ trong c¸c lç h−íng t©m r«to (6), quay xung quanh trôc (4). Nhê

c¸c r·nh vµ c¸c lç bè trÝ thÝch hîp trªn trôc ph©n phèi (7), cã thÓ nèi lÇn l−ît c¸c xilanh

trong mét n÷a vßng quay cña r«to víi khoang hót n÷a kia víi khoang ®Èy.

Sau mét vßng quay cña r«to, mçi pitt«ng thùc hiÖn mét kho¶ng ch¹y kÐp cã lín

b»ng 2 lÇn ®é lÖch t©m e.

Trong c¸c kÕt cÊu míi, truyÒn ®éng pitt«ng b»ng lùc ly t©m. Pitt«ng (3) tùa trùc

tiÕp trªn ®Üa vµnh kh¨n (2). MÆt ®Çu cña pitt«ng lµ mÆt cÇu (1) ®Æt h¬i nghiªng vµ tùa

trªn mÆt c«n cña ®Üa dÉn.

R«to (6) quay ®−îc nèi víi trôc (4) qua ly hîp (5). §Ó ®iÒu khiÓn ®é lÖch t©m e, ta

sö dông vÝt ®iÒu chØnh (8).

c. B¬m pitt«ng h−íng trôc

B¬m pitt«ng h−íng trôc lµ lo¹i b¬m cã pitt«ng ®Æt song song víi trôc cña r«to vµ

®−îc truyÒn b»ng khíp hoÆc b»ng ®Üa nghiªng. Ngoµi nh÷ng −u ®iÓm nh− cña b¬m

25

pitt«ng h−íng t©m, b¬m pitt«ng h−íng trôc cßn cã −u ®iÓm n÷a lµ kÝch th−íc cña nã

nhá gän h¬n, khi cïng mét cì víi b¬m h−íng t©m.

Ngoµi ra, so víi tÊt c¶ c¸c lo¹i b¬m kh¸c, b¬m pitt«ng h−íng trôc cã hiÖu suÊt tèt

nhÊt, vµ hiÖu suÊt hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµ t¶i träng vµ sè vßng quay.

5. Pitt«ng;

6. Xilanh;

7. §Üa dÉn dÇu;

8. §é nghiªng;

9. Pitt«ng;

10. Trôc truyÒn.

H×nh 2.13. B¬m pitt«ng h−íng trôc

NÕu lÊy c¸c ký hiÖu nh− ë b¬m pitt«ng h−íng t©m vµ ®−êng kÝnh trªn ®ã ph©n bè

c¸c xilanh lµ D [cm], th× l−u l−îng cña b¬m sÏ lµ:

π.d²

4

π.d²

4

Q =10⁻³.

.h.z.n =10⁻³.

.z.n.D.tgα

[lÝt/phót]

(2.23)

Lo¹i b¬m nµy th−êng ®−îc chÕ t¹o víi l−u l−îng Q = 30 ÷ 640l/ph vµ ¸p suÊt p =

60bar, sè vßng quay th−êng dïng lµ 1450vg/ph hoÆc 950vg/ph, nh−ng ë nh÷ng b¬m cã

r«to kh«ng lín th× sè vßng quay cã thÓ dïng tõ 2000 ÷ 2500vg/ph.

B¬m pitt«ng h−íng trôc hÇu hÕt lµ ®iÒu chØnh l−u l−îng ®−îc, h×nh 2.15.

1. Th©n b¬m;

2. Pitt«ng;

3. §Üa nghiªng;

4. Lß xo;

5,6. Tay quay ®iÒu

chØnh gãc nghiªngα.

H×nh 2.14. §iÒu chØnh l−u l−îng b¬m pitt«ng h−íng trôc

26

Trong c¸c lo¹i b¬m pitt«ng, ®é kh«ng ®ång ®Òu cña l−u l−îng kh«ng chØ phô thuéc

vµo ®Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña pitt«ng, mµ cßn phô thuéc vµo sè l−îng pitt«ng. §é

kh«ng ®ång ®Òu ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

Q_max− Q_min

k =

(2.24)

Q_max

§é kh«ng ®ång ®Òu k cßn phô thuéc vµo sè l−îng pitt«ng ch½n hay lÎ.

2.1.9. Tiªu chuÈn chän b¬m

Nh÷ng ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho b¬m vµ ®éng c¬ dÇu gåm cã:

a. ThÓ tÝch nÐn (l−u l−îng vßng): lµ ®¹i l−îng ®Æc tr−ng quan träng nhÊt, ký hiÖu

V[cm³/vßng]. ë lo¹i b¬m pitt«ng, ®¹i l−îng nµy t−¬ng øng chiÒu dµi hµnh tr×nh

pitt«ng.

§èi víi b¬m: Q ~ n.V [lÝt/phót],

vµ ®éng c¬ dÇu: p ~ M/V [bar].

b. Sè vßng quay n [vg/ph]

c. ¸p suÊt p [bar]

d. HiÖu suÊt [%]

e. TiÕng ån

Khi chän b¬m, cÇn ph¶i xem xÐt c¸c yÕu tè vÒ kü thuËt vµ kinh tÕ sau:

+/ Gi¸ thµnh;

+/ Tuæi thä;

+/ ¸p suÊt;

+/ Ph¹m vi sè vßng quay;

+/ Kh¶ n¨ng chÞu c¸c hîp chÊt ho¸ häc;

+/ Sù dao ®éng cña l−u l−îng;

+/ ThÓ tÝch nÐn xè ®Þnh hoÆc thay ®æi;

+/ C«ng suÊt;

+/ Kh¶ n¨ng b¬m c¸c lo¹i t¹p chÊt;

+/ HiÖu suÊt.

2.2. Xilanh truyÒn ®éng (c¬ cÊu chÊp hµnh)

2.2.1. NhiÖm vô

Xilanh thñy lùc lµ c¬ cÊu chÊp hµnh dïng ®Ó biÕn ®æi thÕ n¨ng cña dÇu thµnh c¬

n¨ng, thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng.

2.2.2. Ph©n lo¹i

Xilanh thñy lùc ®−îc chia lµm hai lo¹i: xilanh lùc vµ xilanh quay (hay cßn gäi lµ

xilanh m«men).

Trong xilanh lùc, chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a pitt«ng víi xilanh lµ chuyÓn ®éng

tÞnh tiÕn.

27

Trong xilanh quay, chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a pitt«ng víi xilanh lµ chuyÓn ®éng

quay (víi gãc quay th−êng nhá h¬n 360⁰).

Pitt«ng b¾t ®Çu chuyÓn ®éng khi lùc t¸c ®éng lªn mét trong hai phÝa cña nã (lùc ®ã

thÓ lµ lùc ¸p suÊt, lùc lß xo hoÆc c¬ khÝ) lín h¬n tæng c¸c lùc c¶n cã h−íng ng−îc l¹i

chiÒu chuyÓn ®éng (lùc ma s¸t, thñy ®éng, phô t¶i, lß xo,...).

Ngoµi ra, xilanh truyÒn ®éng cßn ®−îc ph©n theo:

a. Theo cÊu t¹o

+/ Xilanh ®¬n

• Lïi vÒ nhê ngo¹i lùc

• Lïi vÒ nhê lß xo

+/ Xilanh kÐp

• Lïi vÒ b»ng thñy lùc

• Lïi vÒ b»ng thñy lùc cã gi¶m chÊn

• T¸c dông c¶ hai phÝa

KiÓu thùc hiÖn

• T¸c dông quay

28

+/ Xilanh vi sai

• T¸c dông ®¬n

• T¸c dông kÐp

b. Theo kiÓu l¾p r¸p

+/ L¾p chÆt th©n

+/ L¾p chÆt mÆt bÝch

+/ L¾p xoay ®−îc

+/ L¾p g¸ ë 1 ®Çu xilanh

2.2.3. CÊu t¹o xilanh

3

10

11

5

9

2 6

8

7

4

15

17 13 11 14 1

12

16

H×nh 2.15. CÊu t¹o xilanh t¸c dung kÐp cã cÇn pitt«ng mét phÝa

1. Th©n; 2. MÆt bÝch h«ng; 3.MÆt bÝch h«ng;

4. CÇn pitt«ng; 5. Pitt«ng; 6. æ tr−ît;

7. Vßng ch¾n dÇu; 8. Vßng ®Öm; 9. TÊm nèi;

10. Vßng ch¾n h×nh O; 11. Vßng ch¾n pitt«ng; 12. èng nèi;

13. TÊm dÉn h−íng; 14. Vßng ch¾n h×nh O; 15. §ai èc;

16. VÝt vÆn; 17. èng nèi.

ë h×nh 3.29 lµ vÝ dô xilanh t¸c dông kÐp cã cÇn pitt«ng mét phÝa. Xilanh cã c¸c bé

phËn chÝnh lµ th©n (gäi lµ xilanh), pitt«ng, cÇn pitt«ng vµ mét sè vßng lµm kÝn.

29

2.2.4. Mét sè xilanh th«ng dông

a. Xilanh t¸c dông ®¬n

ChÊt láng lµm viÖc chØ t¸c ®éng mét phÝa cña pitt«ng vµ t¹o nªn chuyÓn ®éng mét

chiÒu. ChiÒu chuyÓn ®éng ng−îc l¹i ®−îc thùc hiÖn nhê lùc lß xo.

H×nh 2.16. Xilanh t¸c dông ®¬n (chiÒu ng−îc l¹i b»ng lß xo) vµ ký hiÖu

b. Xilanh t¸c dông kÐp

ChÊt láng lµm viÖc t¸c ®éng vµo hai phÝa cña pitt«ng vµ t¹o nªn chuyÓn ®éng hai

chiÒu.

a

b

H×nh 2.17. Xilanh t¸c dông kÐp

a. Xilanh t¸c dông kÐpkh«ng cã gi¶m chÊn cuèi hµnh tr×nh vµ ký hiÖu;

b. Xilanh t¸c dông kÐp cã gi¶m chÊn cuèi hµnh tr×nh vµ ký hiÖu.

2.2.5. TÝnh to¸n xilanh truyÒn lùc

a. DiÖn tÝch A, lùc F, vµ ¸p suÊt p

+/ DiÖn tÝch pitt«ng

π.D²

4

π.

(

D²− d²

)

A₁=

; A₂=

(2.25)

4

30

A₁

D

A₂

F_t

d

m

p

H×nh 2.18. ¸p suÊt p, lùc F trong xilanh

+/ Lùc

F_t= p.A

(2.26)

(2.27)

+/ ¸p suÊt

p =

F_t

A

Trong ®ã:

A - diÖn tÝch tiÕt diÖn pitt«ng [cm²];

D - ®−êng kÝnh cña xilanh [cm];

d - ®−êng kÝnh cña cÇn [cm];

p - ¸p suÊt [bar];

F_t- lùc [kN].

NÕu tÝnh ®Õn tæn thÊt thÓ tÝch ë xilanh, ®Ó tÝnh to¸n ®¬n gi¶n, ta chän:

F

.10⁴

t

• ¸p suÊt:

p =

(2.28)

(2.29)

A.η

π.d²

4

.10⁻²

• DiÖn tÝch pitt«ng:

A =

d - ®−êng kÝnh cña pitt«ng [mm];

η- hiÖu suÊt, lÊy theo b¶ng sau:

B¶ng 3.5

p (bar)

20

85

120

90

160

95

η (%)

Nh− vËy pitt«ng b¾t ®Çu chuyÓn ®éng ®−îc, khi lùc F_t> F_G+ F_A+ F_R

Trong ®ã:

F_G- träng lùc;

F_A- lùc gia tèc;

F_R- lùc ma s¸t.

b. Quan hÖ gi÷a l−u l−îng Q, vËn tèc v vµ diÖn tÝch A

L−u l−îng ch¶y vµo xilanh tÝnh theo c«ng thøc sau:

Q = A.v

(3.16)

31

A

§Ó tÝnh to¸n ®¬n gi¶n, ta chän:

Q = A.v.10^-1

v

π.D²

4

Trong ®ã:

m

D

.10⁻²

A =

(3.17)

Q

D - ®−êng kÝnh [mm];

A - diÖn tÝch cña xilanh [cm²];

Q - l−u l−îng [lÝt/phót];

v - vËn tèc [m/phót].

H×nh 2.19. Quan hÖ gi÷a Q, v vµ A

2.3. BÓ dÇu

2.3.1. NhiÖm vô

BÓ dÇu cã nhiÖm vô chÝnh sau:

+/ Cung cÊp dÇu cho hÖ thèng lµm viÖc theo chu tr×nh kÝn (cÊp vµ nhËn dÇu ch¶y vÒ).

+/ Gi¶i táa nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh b¬m dÇu lµm viÖc.

+/ L¾ng ®äng c¸c chÊt c¹n b· trong qu¸ tr×nh lµm viÖc.

+/ T¸ch n−íc.

2.3.2. Chän kÝch th−íc bÓ dÇu

§èi víi c¸c lo¹i bÓ dÇu di chuyÓn, vÝ dô bÓ dÇu trªn c¸c xe vËn chuyÓn th× cã thÓ

tÝch bÓ dÇu ®−îc chän nh− sau:

V = 1,5.Q_v

(2.30)

tÝch bÓ dÇu ®−îc chän nh− sau:

V = (3 ÷ 5).Q_v

Trong ®ã: V[lÝt];

(2.31)

Q_v[l/ph].

2.3.3. KÕt cÊu cña bÓ dÇu

H×nh 2.16. lµ s¬ ®å bè trÝ c¸c côm thiÕt bÞ cÇn thiÕt cña bÓ cÊp dÇu cho hÖ thèng

®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc.

1. §éng c¬ ®iÖn;

2. èng nÐn;

3. Bé läc;

4. PhÝa hót;

5. V¸ch ng¨n;

6. PhÝa x¶;

7. M¾t dÇu;

8. §æ dÇu;

9. èng x¶.

H×nh 2.20. BÓ dÇu

32

BÓ dÇu ®−îc ng¨n lµm hai ng¨n bëi mét mµng läc (5). Khi më ®éng c¬ (1), b¬m

dÇu lµm viÖc, dÇu ®−îc hót lªn qua bé léc (3) cÊp cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn, dÇu x¶ vÒ

®−îc cho vµo mét ng¨n kh¸c.

DÇu th−êng ®æ vµo bÓ qua mét cöa (8) bè trÝ trªn n¾p bÓ läc vµ èng x¶ (9) ®−îc ®Æt

vµo gÇn s¸t bÓ chøa. Cã thÓ kiÓm tra møc dÇu ®¹t yªu cÇu nhê m¾t dÇu (7).

Nhê c¸c mµng läc vµ bé läc, dÇu cung cÊp cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o s¹ch.

Sau mét thêi gian lµm viÖc ®Þnh kú th× bé läc ph¶i ®−îc th¸o ra r÷a s¹ch hoÆc thay míi.

Trªn ®−êng èng cÊp dÇu (sau khi qua b¬m) ng−êi ta g¾n vµo mét van trµn ®iÒu chØnh

¸p suÊt dÇu cung cÊp vµ ®¶m b¶o an toµn cho ®−êng èng cÊp dÇu.

KÕt cÊu cña bÓ dÇu trong thùc tÕ nh− ë h×nh 2.17.

H×nh 2.21. KÕt cÊu vµ ký hiÖu bÓ dÇu

2.4. bé läc dÇu

2.4.1. NhiÖm vô

Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, dÇu kh«ng tr¸nh khái bÞ nhiÔm bÈn do c¸c chÊt bÈn tõ

h− háng trong c¸c ho¹t ®éng cña hÖ thèng. Do ®ã trong c¸c hÖ thèng dÇu Ðp ®Òu dïng

Bé läc dÇu th−êng ®Æt ë èng hót cña b¬m. Tr−êng hîp dÇu cÇn s¹ch h¬n, ®Æt thªm

mét bé n÷a ë cöa ra cña b¬m vµ mét bé ë èng x¶ cña hÖ thèng dÇu Ðp.

Ký hiÖu:

c¸c lo¹i sau:

a. Bé läc th«: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,1mm.

33

b. Bé läc trung b×nh: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,01mm.

c. Bé läc tinh: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,005mm.

d. Bé läc ®Æc biÖt tinh: cã thÓ läc nh÷ng chÊt bÈn ®Õn 0,001mm.

C¸c hÖ thèng dÇu trong m¸y c«ng cô th−êng dïng bé läc trung b×nh vµ bé läc tinh.

Bé läc ®Æc biÖt tinh chñ yÕu dïng c¸c phßng thÝ nghiÖm.

Ta chØ xÐt mét sè bé läc dÇu th−êng nhÊt.

a. Bé läc l−íi

Bé läc l−íi lµ lo¹i bé läc dÇu ®¬n gi¶n nhÊt. Nã gåm khung cøng vµ l−íi b»ng

®ång bao xung quanh. DÇu tõ ngoµi xuyªn qua c¸c m¾t l−íi vµ c¸c lç ®Ó vµo èng hót.

H×nh d¸ng vµ kÝch th−íc cña bé läc l−íi rÊt kh¸c nhau tïy thuéc vµo vÞ trÝ vµ c«ng

dông cña bé läc.

Do søc c¶n cña l−íi, nªn dÇu khi qua bé läc bÞ gi¶m ¸p. Khi tÝnh to¸n, tæn thÊt ¸p

suÊt th−êng lÊy ∆p = 0,3 ÷ 0,5bar, tr−êng hîp ®Æc biÖt cã thÓ lÊy ∆p = 1 ÷ 2bar.

Nh−îc ®iÓm cña bé läc l−íi lµ chÊt bÈn dÔ b¸m vµo c¸c bÒ mÆt l−íi vµ khã tÈy ra.

Do ®ã th−êng dïng nã ®Ó läc th«, nh− l¾p vµo èng hót cña b¬m. tr−êng hîp nµy ph¶i

dïng thªm bé läc tinh ë èng ra.

H×nh 2.22. Mµng läc l−íi

b. Bé läc l¸, sîi thñy tinh

nhÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp cña m¸y c«ng cô.

KÕt cÊu cña nã nh− sau: lµm nhiÖm vô läc ë c¸c bé läc l¸ lµ c¸c l¸ thÐp h×nh trßn

tÊm kia. Gi÷a c¸c cÆp l¾p chen m¶nh thÐp trªn trôc cã tiÕt diÖn vu«ng.

Sè l−îng l¸ thÐp cÇn thiÕt phô thuéc vµo l−u l−îng cÇn läc, nhiÒu nhÊt lµ 1000 ÷

1200l¸. Tæn thÊt ¸p suÊt lín nhÊt lµ p = 4bar. L−u l−îng läc cã thÓ tõ 8 ÷ 100l/ph.

Bé läc l¸ chñ yÕu dïng ®Ó läc th«. ¦u ®iÓm lín nhÊt cña nã lµ khi tÈy chÊt bÈn,

khái ph¶i dïng m¸y vµ th¸o bé läc ra ngoµi.

HiÖn nay phÇn lín ng−êi ta thay vËt liÖu cña c¸c l¸ thÐp b»ng vËt liÖu sîi thñy tinh,

®é bÒn cña c¸c bé läc nµy cao vµ cã kh¶ n¨ng chÕ t¹o dÔ dµng, c¸c ®Æc tÝnh vËt liÖu

kh«ng thay ®æi nhiÒu trong qu¸ tr×nh lµm viÖc do ¶nh h−ëng vÒ c¬ vµ hãa cña dÇu.

34

H×nh 2.23. Mµng läc b»ng sîi thñy tinh

§Ó tÝnh to¸n l−u l−îng ch¶y qua bé läc dÇu, ng−êi ta dïng c«ng thøc tÝnh l−u

l−îng ch¶y qua l−íi läc:

A.∆p

Q = α.

[l/ph]

(2.32)

η

Trong ®ã:

A- diÖn tÝch toµn bé bÒ mÆt läc [cm²];

∆p = p₁- p₂- hiÖu ¸p cña bé läc [bar];

η- ®é nhít ®éng häc cña dÇu [P];

α- hÖ sè läc, ®Æc tr−ng cho l−îng dÇu ch¶y qua bé läc trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch

⎡

⎤

lÝt

vµ thêi gian

⎢

⎥

cm².phót

⎣

⎦

Tïy thuéc vµo ®Æc ®iÓm cña bé läc, ta cã thÓ lÊy trÞ sè nh− sau:

⎡

⎤

lÝt

α = 0,006 ÷ 0,009

⎢

⎣

⎥

⎦

cm².phót

2.4.4. C¸ch l¾p bé läc trong hÖ thèng

Tïy theo yªu cÇu chÊt l−îng cña dÇu trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn, mµ ta cã thÓ l¾p bé

läc dÇu theo c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau nh− sau:

a. L¾p bé läc ë ®−êng hót

b. L¾p bé läc ë ®−êng nÐn

c. L¾p bé läc ë ®−êng x¶

a

b

c

H×nh 2.24. C¸ch l¾p bé läc trong hÖ thèng

35

2.5. ®o ¸p suÊt vµ l−u l−îng

2.5.1. §o ¸p suÊt

a. §o ¸p suÊt b»ng ¸p kÕ lß xo

Nguyªn lý ®o ¸p suÊt b»ng ¸p kÕ lß xo: d−íi t¸c dông cña ¸p lùc, lß xo bÞ biÕn

d¹ng, qua c¬ cÊu thanh truyÒn hay ®ßn bÈy vµ b¸nh r¨ng, ®é biÕn d¹ng cña lß xo sÏ

chuyÓn ®æi thµnh gi¸ trÞ ®−îc ghi trªn mÆt hiÖn sè.

A

B

A

B

H×nh 2.25. ¸p kÕ lß xo

b. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña ¸p kÕ lß xo tÊm

D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt, lß xo tÊm (1) bÞ biÕn d¹ng, qua trôc ®ßn bÈy (2), chi tiÕt

h×nh ®¸y qu¹t (3), chi tiÕt thanh r¨ng (4), kim chØ (5), gi¸ trÞ ¸p suÊt ®−îc thÓ hiÖn trªn

2

mÆt sè.

1

3

1. Kim chØ;

2. Thanh r¨ng;

3. Chi tiÕt h×nh ®¸y qu¹t;

4. §ßn bÈy;

4

5

5. Lß xo tÊm.

p

H×nh 2.26. ¸p kÕ lß xo tÊm

2.5.2. §o l−u l−îng

a. §o l−u l−îng b»ng b¸nh h×nh «van vµ b¸nh r¨ng

n

Q_V

V_K

H×nh 2.27. §o l−u l−îng b»ng b¸nh «van vµ b¸nh r¨ng

36