Bài giảng Máy thủy khí - Chương 5: Bơm và động cơ thủy lực thể tích kiểu Piston - roto

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

388
lượt xem 111
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Máy thủy khí - Chương 5: Bơm và động cơ thủy lực thể tích kiểu Piston - roto trình bày các nội dung: khái niệm, phân loại, bơm piston rotor hướng kính, động cơ piston rotor hướng kính, động học piston, lưu lượng, lực và moment, sự phân phối CL trong bơm,... Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Cơ khí - Chế tạo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Máy thủy khí - Chương 5: Bơm và động cơ thủy lực thể tích kiểu Piston - roto

Chương 5 BƠM VÀ Đ NG CƠ TH Y L C TH TÍCH KI U PISTON-ROTO 1 §1. Khái ni m - Phân lo i Nguyên lý làm vi c: máy piston ghép (tác d ng 5, 6, 7….) K t c u: • Roto: - kh i xilanh hình tr (roto) ch ñ ng quay, trên kh i XL có khoan các l xilanh phân b ñ u, hư ng kính ho c hư ng tr c - Roto quay các piston t nh ti n trong l XL nh vào: Đ l ch tâm e gi a roto và stato (máy piston roto hư ng kính) ho c Góc nghiêng γ c a ñĩa nghiêng (máy piston roto hư ng tr c) • Chuy n ñ ng làm vi c: chuy n ñ ng t nh ti n c a các piston trong l xilanh và chuy n ñ ng quay c a kh i 2 xilanh (roto) máy piston roto. 1
Đ c ñi m: • Áp su t cao (có th ñ t 350 at); lưu lư ng nh • Có th ñi u ch nh lưu lư ng khi áp su t và s vòng quay không ñ i • Hi u su t cao (t n th t cơ khí nh , t n th t do rò r ít) • Có th làm vi c v i svq l n (ñ n 20.000v/ph) vì không s d ng van hút, van ñ y. • CL ñi vào , ñi ra kh i XL thông qua tr c phân ph i (máy hư ng kính) ho c ñĩa phân ph i (máy hư ng tr c) • Ph m vi ñi u ch nh r ng. 3 Phân lo i: • Máy piston roto hư ng kính: các l XL phân b ñ u trên kh i XL theo phương hư ng kính (th ng góc v i tr c quay c a kh i xilanh) • Máy piston roto hư ng tr c: các l XL phân b ñ u trên kh i XL theo phương d c tr c ( song song v i tr c quay c a kh i xilanh) 4 2
§2. Bơm piston rotor hư ng kính II a 1 2 3 P1 A I III B 5 IV 5 I. C u t o và nguyên lý làm vi c • Ph n quay 1 (roto:kh i xilanh) ñ t l ch tâm trong ph n c II ñ nh 2 (stato: v ). 1 • Trên kh i XL có khoan các l 2 xi lanh phân b ñ u theo P1 3 phương hư ng kính. A I III • Piston có d ng tr , không có B 5 c n, có xu hư ng ñi ra nh các lò xo ñ t trong l XL ñ u piston tì vào vành stato. • e : ñ l ch tâm gi a v (vành IV stato) và kh i XL (roto) 2π • Z : s l XL trên 1 m t c t a= : góc gi a 2 l XL ngang c a kh i XL (Ví d Z=5) Z 6 3
Tr c phân ph i • Tr c phân ph i là lõi c ñ nh c a stato, • Kh i XL quay l ng không trên tr c phân ph i. • Trên tr c phân ph i có 2 rãnh A, B hình bán nguy t, thông v i ng hút và ng ñ y nh 2 l a, b 7 II • n a trên stato, piston ñi ra, áp su t trong l XL I A gi m, CL ñư c hút III B vào XL qua l a và b ng hút A: quá trình hút c a bơm. IV • n a dư i stato, piston b vành stato ép chuy n ñ ng ñi vào, CL ñư c nén vào b ng ñ y B, ñi ra ngoài theo ñư ng d n b: quá trình ñ y c a bơm. • B ng hút A, b ng ñ y B là 2 rãnh hình bán nguy t phay trên tr c phân ph i 4 (c ñ nh), cách nhau b i 1 rãnh ngăn • Đư ng d n a, b ñư c khoan d c theo tr c phân ph i ñ d n CL vào và ra 8 • Roto quay theo chi u ngư c l i B: b ng hút, A: b ng ñ y. 4
Đ ng cơ piston roto hư ng kính • CL áp su t cao ñư c ñưa vào l XL • Áp l c CL tác d ng lên b m t piston, thông qua piston tác d ng lên thành stato, t o ra l c ti p tuy n t o ra moment làm quay roto • Không c n lò xo ñ t trong l XL vì CL áp su t l n luôn ñ y ñ u piston chuy n ñ ng ñi ra theo phương hư ng kính. 9 Đ c ñi m • Áp su t làm vi c có th ñ t 250 at • CL vào và ra kh i XL qua tr c phân ph i không s d ng van bơm làm viêc v i svq l n (ñ n 20.000 v/ph). • Đi u ch nh lưu lư ng nh ñ l ch tâm c a roto. Các thông s cơ b n: Q, N, M, n, p p càng l n yêu c u v ñ chính xác ch t o, ñ b n, ñ kín khít ph i càng t t. • n quá l n s h n ch kh năng ñi n ñ y c a CL trong l XL trong quá trình làm vi c. 10 5
II. Đ ng h c piston O1: tâm vành stato; A O2: tâm kh i roto; • t=0: piston v trí A r • Th i ñi m t: piston v trí C C ϕ=ω.t: góc quay c a roto; O1 α r = O1C: bán kính stato; e O2 R R= O2C = f(t) Pis. t nh ti n trong XL 1 ño n: ϕ x = O2A - O2C = (O2O1 +O1A ) - O2C B x=e+r–R (1) R= O2C=O2O1.cos ϕ +O1C.cos α⇒ R = e.cosϕ + r.cosα (2) 11 e O1H = r.sin α = e.sin ϕ ⇒ sin α = ⋅ sin ϕ r e2 cos α = 1 − sin 2 ϕ = 1 − sin 2 ϕ r2 2 1e  ⇒ cos α ≅ 1 −  sin ϕ  (3) 2r   1e   2 1 e2 2 (2) R = e.cosϕ + r 1 −  sinϕ   = e. cosϕ + r − sin ϕ   2 r   2 r  r 1 e  R = e ⋅  cos ϕ + − ⋅ ⋅ sin 2 ϕ  (4)  e 2 r    x = e ⋅ (1 − cos ϕ ) + ⋅ ⋅ sin 2 ϕ  1 e (1) (5)  2 r  12 6
V n t c chñ ng t nh ti n c a piston trong XL dx d   1 e 2  v= =  e ⋅ (1 − cos ϕ ) + sin ϕ   dt dt    2r    1e  1e v = e ⋅ ω ⋅  sin ϕ +  sin 2ϕ   ; sin 2ϕ
III. Lưu lư ng 1. Lưu lư ng trung bình • V: Th tích làm vi c c a 1 l XL • d: Đư ng kính l XL • S = 2e: Hành trình c a piston trong l XL • Z : S l XL trên 1 m t c t ngang c a kh i roto • i : S dãy l XL d c theo tr c kh i XL (thư ng i=1) • n : S vòng quay c a kh i XL trong 1 phút πd 2 Lưu lư ng riêng: qlt = i ⋅ Z ⋅ ⋅ 2e 4 πd 2 n Lưu lư ng lý thuy t trung bình: Qlt = ⋅ 2e ⋅ i ⋅ Z ⋅ (8) 4 60 15 2 Lưu lư ng t c th i Lưu lư ng t c th i do 1 c p piston - XL t i v trí ϕ πd 2 Qϕ = Fpis .v = ⋅ e ⋅ ω ⋅ sin ϕ 4 QϕΣ: t ng lưu lư ng t c th i c a các c p piston - XL ñang th c hi n quá trình ñ y m + 1 : s c p piston XL ñang th c hi n quá trình ñ y ϕ : góc c a XL th 1 (ñang th c hi n quá trình ñ y) ϕ + a : góc ch v trí c a XL th 2 ϕ + m.a : góc ch v trí c a XL th m+1 πd 2 Qϕ Σ = ⋅ e ⋅ ω ⋅ [sin ϕ + sin(ϕ + a )... + sin(ϕ + ma )] 4 (9) πd 2 Qϕ Σ = ⋅ e ⋅ ω ⋅ ∑ sin(ϕ + i.a ) (i = 0 ÷ m ) 16 4 8
dQϕ Σ Lưu lư ng t c th i c c ñ i: t i ϕo =0 dϕ dQϕ πd 2 = ⋅ e ⋅ ω ⋅ [cos ϕ o + cos(ϕ o + a )... + cos(ϕ o + ma )] = 0 dϕ ϕo 4 ⇒ cos ϕ o + cos ϕ o ⋅ cos a − sin ϕ o ⋅ sin a + ..... + cos ϕ o ⋅ cos(ma ) − sin ϕ o ⋅ sin (ma ) 1 + cos a + ... + cos(ma ) ⇒ tgϕ o = : ϕo : góc dao ñ ng c a bơm sin a + ... + sin (ma ) Lưu lư ng t c th i bé nh t: ng v i góc ϕ = 0 Q max H s lưu lư ng không ñ u: Ψ= Q tb Q max − Q min 2( Q max − Q min ) H s dao ñ ng lưu lư ng: δ = = Q tb Q max + Q min 17 S lư ng piston Z l n, l h s dao ñ ng lưu lư ng δ nh 180o δ = 1 − cos Z le (10) 90o δ = 1 − cos Z chan 18 9
3. Đi u ch nh lưu lư ng bơm pis-roto hư ng kính πd 2 n Q lt = ⋅e⋅i⋅ Z⋅ 2 60 Đư ng kính piston d, s XL Z, s hàng XL i: không ñ i ch có th ñi u ch nh lưu lư ng b ng cách: • thay ñ i s vòng quay n c a roto • thay ñ i ñ l ch tâm e b ng cách xê d ch stato ñ roto d n d n vào gi a stato Lưu lư ng l n nh t c a bơm ng v i emax Lưu lư ng bé nh t khi roto và stato ñ ng tâm: e = 0 ⇒ Q = 0 19 e ε= : h s ñi u ch nh lưu lư ng e max ε = 1 ⇒ Q = Qmax ε=0 ⇒Q=0 ε < 0 : (ti p t c thay ñ i e theo phía ngư c l i) dòng CL vào bơm theo chi u ngư c l i bu ng ñ y tr thành bu ng hút Có th cho máy làm vi c ñ o chi u mà không c n thay ñ i chi u quay c a roto 20 10
IV. L c và moment 1. L c: A • Xét 1 piston quá trình ñ y, ñ u piston tì vào thành T stato thành stato tác C d ng vào ñ u piston 1 l c N hư ng vào tâm stato O1: α vành stato tác d ng lên e P piston ph n l c N • Chia N thành 2 thành ph n: P và T vuông góc v i nhau ϕ • P = N. cos α : theo phương B tr c piston, cân b ng v i áp l c c a CL tác d ng lên m t piston 21 A πd 2 P = p⋅F = p⋅ (11) T 4 C N α e P ϕ B T = N.sin α = P. tg α (12) Bơm: T sinh moment c n Đ ng cơ th y l c: T sinh moment ñ ng (làm quay roto) 22 11
πd 2 e sin ϕ T = P ⋅ tgα = p ⋅ ⋅ ⋅ (13) 4 r e 2 1 −   sin 2 ϕ r πd 2 P p N= = 4 cos α e 2 (14) 1 −   sin 2 ϕ r Nh n xét: Các l c sinh ra trong quá trình làm vi c c a bơm s dao ñ ng theo t (hàm tu n hoàn theo ϕ) Đ i v i 1 piston: ϕ = 0 ⇒ sin ϕ = 0 ⇒ T = 0 ϕ = 90o ⇒ sin ϕ =1 ⇒ T = Tmax Do có ma sát gi a b m t piston và XL, gi a ñ u piston và thành stato ñ i v i ñ ng cơ: T = P.tg (α + Ψ) Ψ : góc ma sát ⇒ h s ma sát: f = tg Ψ 23 tgα + f T = P⋅ 1 − f ⋅ tgα P P P N= = = cos( α + Ψ) cos α ⋅ cos Ψ − sin α ⋅ sin Ψ cos α ⋅ cos Ψ − sin α ⋅ tgΨ.cos Ψ P ⇒N= cos Ψ (cos α ⋅ − f ⋅ sin α ) Trong thi t k : αmax ≤ 6o ⇒ tgαmax= sinαmax= 0,1; cosαmax= 0,995 Tmax; Nmax (dùng ñ tính b n) 0,1 + f Tmax = P ⋅ 1 − 0,1 f (15) P N max = cos Ψ (0,995 − 0,1 f ) ) 24 12
2. Moment • Máy là ñ ng cơ: l c ti p tuy n T sinh moment quay. • Moment quay tác d ng lên 1 piston: M = T.R (16) R: kho ng cách t ñ u piston ñ n tâm roto e ⋅ sin ϕ  r 1e  T = P⋅ r R = e cos ϕ + − sin 2 ϕ 2  e 2 r  e 1 −   sin 2 ϕ r e ⋅ sin ϕ  r 1 e  r M = P⋅ ⋅ e ⋅  cos ϕ + − ⋅ ⋅ sin 2 ϕ e 2  e 2 r  1 −   sin 2 ϕ r 25 e B qua ⋅ sin 2 ϕ r e2  r M = P ⋅ ⋅ sin ϕ ⋅ cos ϕ +  (17) r  e Moment quay tác d ng lên roto b ng t ng moment quay t o nên b i các l c Ti tác d ng lên các piston trong tr ng thái ñ y khi máy làm vi c m M ∑ = ∑ Ti ⋅ R i i= 0 Moment quay ph thu c góc ϕ, t l thu n v i ñ l ch tâm e. Đcơ piston roto hư ng kính: ñi u ch nh ñư c moment quay b ng cách thay ñ i ñ l ch tâm e; không c n thay ñ i áp su t dòng CL ñưa vào máy 26 13
V. S phân ph i CL trong bơm - Tr c phân ph i • Roto quay theo chi u như hình v , n a trên tr c phân ph i ch u áp su t hút ph; n a dư i ch u áp su t ñ y pñ t i tr ng ngang tác d ng lên tr c phân ph i; • Dùng bi n pháp cân b ng th y l c ñ gi m b t t i tr ng tác d ng lên b m t tr c phân ph i làm tăng tu i th c a máy. a) Làm rãnh trên tr c phân ph i: ti n hai rãnh vòng t o s thông ch t l ng; ph n rãnh áp su t có giá tr như nhau trên toàn b chu vi rãnh b) Khoan l trên tr c phân ph i: Khoan l thông t khu v c áp su t cao ñ n khu v c áp su t th p trên tr c phân ph i ta 27 Hi n tư ng ch t l ng b nén trong xilanh • Piston n a trái c a stato áp su t ph • Piston n a ph i c a stato piston làm vi c v i pñ • Khi kích thư c vách ngăn l n hơn ñư ng kính l vào c a XL piston b t ñ u quá trình nén nhưng l XL v n chưa ñư c n i v i khoang ñ y B, CL b nén trong XL áp su t r t l n tác d ng lên tr c phân ph i. • Bi n pháp kh c ph c - Ch t o b < a : t n th t lưu lư ng tăng do rò r qua khoang hút - Ch t o b = a : r t khó ñ m b o ñ chính xác - Ch t o b>a, d ch vách ngăn v phía trái (phía hút) khi piston v trí tương ng v i CL b nén thì ñang quá trình hút không có hi n tư ng CL b nén trong XL 28 14
§3. Bơm - ñcơ piston roto hư ng tr c I. C u t o – nguyên lý làm vi c B A 5 29 B A 5 - Kh i xilanh (1) quay (roto) - Đĩa nghiêng c ñ nh: roto quay, ñ u piston (2) tì vào ñĩa nghiêng (3), góc nghiêng γ piston chuy n ñ ng t nh ti n trong kh i XL quá trình hút, ñ y. - Đĩa phân ph i: M t ñáy c a kh i XL ñư c l p sát v i ñĩa phân ph i c ñ nh (4). Trên ñĩa phân ph i có 2 rãnh hình vòng cung A, B (b ng hút, b ng ñ y), Hai rãnh A, B thông v i 2 l a, b ñư c khoan theo phương d c tr c c a ñĩa (4) ñ d n ch t l ng ra vào trong l XL. 30 15
Đ c ñi m: - S vòng quay l n (20.000 v/ph). - Hi u su t cao : η = 0,95 ; ηQ = 0,97 ÷ 0,98 - Tr ng lư ng trên 1 ñơn v công su t: nh - Đ nh y ñi u ch nh l n: T 0 ÷ Qmax: 0,04 giây; T Qmax ÷ 0: 0,02 giây - S l XL: Z = 9 ÷ 7 Đư ng kính l xilanh dxilanh= (10 ÷ 50)mm - Góc nghiêng γ = 20 o (ñ i v i bơm) ; γ = 30o (ñ i v i ñcơ) - Ap su t làm vi c p = (210 ÷ 350) at - Lưu lư ng có th ñ t 1000 ÷ 1800 lit/phút - Đcơ pisroto hư ng tr c, v i áp su t c a d u (220 ÷ 280)at có th t o moment quay (8000 ÷ 9000) N.m 31 γ II. Đ ng h c piston S x A ϕ =ω.t B t=0 ϕ=0; ñ u piston A t Kh i XL quay 1 góc ϕ=ω.t, ñ u piston v ch trên ñĩa nghiêng t Añ nB x: ño n ñư ng d ch chuy n c a piston trong XL ng v i góc ϕ x = A’B’.sin γ = (OA’ - OB’).sin γ = (OA - OB.cos ϕ ).sin γ x = (R - R.cos ϕ ).sin γ 32 R: vòng tròn do ñ u piston v ch trên ñĩa nghiêng 16
γ x = R .(1 - cos ϕ ).sin γ (18) S x V n t c t nh ti n c a piston trong XL A ϕ dx Dr v= = R. ω.sin ϕ.sin γ (19) =ω.t dt B III. Lưu lư ng πd 2 1. Lưu lư ng trung bình Q lt = q. n = .S. Z. n 4 Dr S = D.sin γ = .sin γ = D r . tgγ cos γ Dr : ñư ng kính vòng tròn (trên mp vuông góc v i tr c bơm) trên ñó phân b các tâm l xilanh 33 2. Lưu lư ng t c th i 1 c p piston-XL: πd 2 πd 2 qϕ = ⋅v= ⋅ R ⋅ ω ⋅ sin γ ⋅ sin ϕ 4 4 m+1 piston ñang th c hi n quá trình ñ y πd 2 Qϕ = ⋅ R ⋅ ω ⋅ sin γ ⋅ [ sin ϕ + sin( ϕ + a ) +...+ sin( ϕ + ma ) ] 4 3 Đi u ch nh lưu lư ng : Thay ñ i góc γ c a ñĩa nghiêng hành trình S = Dr. tg γ - Gi m d n γ lưu lư ng gi m - γ = 0 thì Q = 0 - Ti p t c cho γ ngư c v i góc nghiêng ban ñ u máy làm vi c ngư c l i, b ng hút A tr thành b ng ñ y 34 17
IV. L c và moment quay • Bơm: áp su t trong XL trong quá trình ñ y tác d ng lên piston áp l c piston tì vào ñĩa nghiêng t o áp l c phát sinh ra moment c n trên tr c bơm ñ ng cơ kéo bơm ph i kh c ph c moment c n này. • Đ ng cơ th y l c: áp su t CL tác d ng lên piston làm ñ u piston tì vào thành ñĩa nghiêng sinh ra moment làm roto quay πd 2 Ap l c tác d ng lên piston: P = p. 4 L c P thông qua ñ u piston tác d ng lên ñĩa nghiêng và phân thành 2 l c: - N = P.cos γ : th ng góc v i m t ph ng ñĩa - Q = P.sin γ : n m trong m t ph ng ñĩa và // tr c x, 35 πd 2 Ap l c tác d ng lên piston: P = p. 4 L c P thông qua ñ u piston tác d ng lên ñĩa nghiêng và phân thành 2 l c: - N = P.cos γ : th ng góc v i m t ph ng ñĩa (bk R) - Q = P.sin γ : n m trong m t ph ng ñĩa; // tr c x, y T x Q R O ϕ y x x Q P x N γ y 36 18
Q g m 2 thành ph n: - L c ti p tuy n T = Q.sin ϕ t o moment quay - L c hư ng tâm Qn= Q.cos ϕ y T x Q R O y ϕ x x Q P x N γ y 37 Moment do l c T t o ra trên tr c (tính cho 1 piston ): M = T.R = Q.sinϕ .R = R.P.sinγ.sinϕ ⇒ M = Rr.P.tgγ.sinϕ (22) T ng moment gây ra trên tr c máy là t ng c a moment do (m+1) piston ñang ch u áp l c gây ra m M ∑ = P ⋅ R r ⋅ tgγ . ∑ sin( ϕ + ia ) (23) i= 0 Moment thay ñ i ph thu c góc nghiêng γ c a ñĩa có th ñi u ch nh moment quay c a ñcơ th y l c b ng cách thay ñ i góc nghiêng γ c a ñĩa, không c n thay ñ i áp su t làm vi c p c a CL 38 19
IV. Cơ c u phân ph i ch t l ng • Cơ c u phân ph i ch t l ng làm nhi m v ñưa ch t l ng vào xilanh trong quá trình hút và ñưa ch t l ng ra ngoài trong quá trình ñ y. • Đ i v i máy piston roto hư ng tr c, cơ c u phân ph i ch t l ng ch y u là ñĩa phân ph i, (cơ c u phân ph i m t ñ u). • Đ làm vi c tin c y c a cơ c u phân ph i ph thu c vào ñ chính xác tính toán và ch t lư ng v t li u (ít b mài mòn) cũng như ch t lư ng ch t o các c p ti p xúc. 39 20