Bài giảng Truyền động dầu ép và khí nén - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Chia sẻ: Mucnang222 Mucnang222 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:167

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Truyền động dầu ép và khí nén được tổng hợp từ những kiến thức cơ bản của các lĩnh vực liên quan. Hy vọng qua nội dung này bạn đọc có thể tính toán thiết kế, lắp đặt và điều khiển được một hệ thống truyền động dầu ép và khí nén theo các yêu cầu khác nhau.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Truyền động dầu ép và khí nén - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Lêi nãi ®Çu Cïng sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña lÜnh vùc tù ®éng hãa, ngµy nay c¸c thiÕt bÞ truyÒn dÉn, ®iÒu khiÓn dÇu Ðp vµ khÝ nÐn sö dông trong m¸y mãc trë nªn réng r·i ë hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp nh m¸y c«ng cô CNC, ph¬ng tiÖn vËn chuyÓn, m¸y dËp, m¸y x©y dùng, m¸y Ðp phun, m¸y bay, tµu thñy, m¸y y khoa, d©y chuyÒn chÕ biÕn thùc phÈm, do nh÷ng thiÕt bÞ nµy lµm viÖc linh ho¹t, ®iÒu khiÓn tèi u, ®¶m b¶o chÝnh x¸c, c«ng suÊt lín víi kÝch thíc nhá gän vµ l¾p ®Æt dÔ dµng ë nh÷ng kh«ng gian chËt hÑp so víi c¸c thiÕt bÞ truyÒn ®éng vµ ®iÒu khiÓn b»ng c¬ khÝ hay ®iÖn. Nh»m trang bÞ cho b¹n ®äc nÒn kiÕn thøc tèt nhÊt ®Ó tiÕp cËn nhanh chãng víi c¸c thiÕt bÞ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn dÇu Ðp vµ khÝ nÐn trong thùc tÕ. B»ng nh÷ng kinh nghiÖm t¸c gi¶ ®óc kÕt ®îc cña nhiÒu n¨m lµm viÖc thùc tiÔn trªn c¸c m¸y, c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn sè hiÖn ®¹i t¸c gi¶ ®· biªn so¹n ra cuèn s¸ch nµy. Bµi gi¶ng “TruyÒn ®éng dÇu Ðp vµ khÝ nÐn” ®îc tæng hîp tõ nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n cña c¸c lÜnh vùc liªn quan. Hy väng qua néi dung nµy b¹n ®äc cã thÓ tÝnh to¸n, thiÕt kÕ, l¾p ®Æt vµ ®iÒu khiÓn ®îc mét hÖ thèng TruyÒn ®éng dÇu Ðp vµ khÝ nÐn theo c¸c yªu cÇu kh¸c nhau. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. T¸c gi¶ rÊt mong nhËn ®îc sù ®ãng gãp ý kiÕn. T¸c gi¶ 1
Môc lôc Lêi nãi ®Çu ..................................................................................................................... 1 PhÇn 1. HÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp....................................................... 5 Ch¬ng 1: §¹i c¬ng vÒ hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ............................................. 5 1.1. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ......................................... 5 1.2. ¦u nhîc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ............................................... 6 1.2.1. ¦u ®iÓm ........................................................................................................ 6 1.2.2. Nhîc ®iÓm ................................................................................................... 6 1.3. C¸c ph¬ng tr×nh c¬ b¶n cña lu chÊt ................................................................. 6 1.3.1. ¸p suÊt thñy tÜnh ........................................................................................... 6 1.3.2. Ph¬ng tr×nh dßng ch¶y liªn tôc ................................................................... 7 1.3.3. Ph¬ng tr×nh Bernulli .................................................................................... 8 1.4. TÝnh chÊt vµ ®Æc ®iÓm cña dÇu ............................................................................. 8 1.4.1. §Æc ®iÓm cña dÇu dïng trong hÖ thèng dÇu Ðp............................................. 8 1.4.2. C¸c ®¬n vÞ ®o lêng cña dÇu ....................................................................... 10 1.5 Tæn thÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp ........................................................................... 11 1.5.1. Tæn thÊt thÓ tÝch .......................................................................................... 11 1.5.2. Tæn thÊt c¬ khÝ ............................................................................................ 11 1.5.3. Tæn thÊt ¸p suÊt ........................................................................................... 12 1.5.4. ¶nh hëng c¸c th«ng sè h×nh häc ®Õn tæn thÊt ¸p suÊt .............................. 12 1. TiÕt diÖn d¹ng trßn ............................................................................................ 12 C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 1 ...................................................................................... 17 Ch¬ng 2: C¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn dÇu Ðp ...................................... 18 2.1. C¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng lîng ................................................................................ 18 2.1.1. B¬m dÇu ...................................................................................................... 18 2.1.2. B¬m b¸nh r¨ng ............................................................................................ 19 2.1.3. B¬m c¸nh g¹t .............................................................................................. 22 2.1.4. B¬m pitt«ng................................................................................................. 24 2.1.5. §éng c¬ dÇu Ðp ........................................................................................... 27 2.1.6. C«ng thøc tÝnh to¸n b¬m vµ ®éng c¬ dÇu ................................................... 29 2.1.7. Xi lanh truyÒn lùc ....................................................................................... 31 2.1.8. Xi lanh chuyÓn ®éng th¼ng: ®¬n, kÐp ......................................................... 33 2.1.9. Xi lanh m«men ........................................................................................... 34 2.1.10. TÝnh to¸n xilanh truyÒn lùc ....................................................................... 35 2.2. C¬ cÊu ®iÒu khiÓn, ®iÒu chØnh ............................................................................ 37 2
92.2.1. C¬ cÊu chØnh ¸p (Van ¸p suÊt) ..................................................................37 2.2.2. C¬ cÊu chØnh lu lîng ...............................................................................41 2.2.3. C¬ cÊu chØnh híng.....................................................................................49 2.2.4 C¬ cÊu ®iÒu khiÓn b»ng dÇu Ðp ....................................................................59 2.3. ThiÕt bÞ phô trî ...................................................................................................60 2.3.1. BÓ dÇu ..........................................................................................................60 2.3.2. Bé läc dÇu ..................................................................................................62 2.3.3. èng dÉn, èng nèi ........................................................................................65 C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 2 .......................................................................................68 Ch¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng dÇu Ðp ..............................................69 3.1. §iÒu chØnh vµ æn ®Þnh vËn tèc ............................................................................69 3.1.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt lu ..............................................................................69 3.1.2. §iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch .............................................................................72 3.1.3. æn ®Þnh vËn tèc ...........................................................................................73 3.2. ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn 1 xi lanh ...............................................................76 3.2.1 Môc ®Ých ......................................................................................................76 3.2.2 ThiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ..........................................................76 3.3. HÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÒu xi lanh .....................................................................80 C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 3 .......................................................................................82 PhÇn 2. HÖ thèng truyÒn ®éng khÝ nÐn ..................................................84 Ch¬ng 4: §¹i c¬ng vÒ truyÒn ®éng khÝ nÐn ...........................................................84 4.1. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn vµ kh¶ n¨ng øng dông cña khÝ nÐn.....................................84 4.2. CÊu tróc vµ ®Æc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng khÝ nÐn ...................................85 4.2.1 CÊu tróc cña hÖ thèng truyÒn ®éng khÝ nÐn .................................................85 4.2.2 §Æc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn .......................................86 4.3. TÝnh chÊt cña khÝ nÐn vµ ®¬n vÞ ®o lêng ..........................................................87 4.3.1 TÝnh chÊt cña khÝ nÐn ...................................................................................87 4.3.2 §¬n vÞ ®o lêng cña khÝ nÐn ........................................................................88 4.4. C¸c ®Þnh luËt c¬ b¶n cña khÝ nÐn........................................................................88 4.4.1. §Þnh luËt Boyle - Mariotte ..........................................................................89 4.4.2. §Þnh luËt Gay - Lussac ...............................................................................88 4.4.3. C¸c ph¬ng tr×nh c¬ b¶n cña khÝ lý tëng ..................................................88 4.4.4. C¸c tæn thÊt trong hÖ thèng khÝ nÐn ............................................................90 C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 4.......................................................................................95 Ch¬ng 5: C¸c phÇn tö trong hÖ thèng truyÒn ®éng khÝ nÐn ..................................91 5.1. M¸y nÐn khÝ vµ thiÕt bÞ xö lý..............................................................................92 3
5.1.1. HÖ thèng t¹o nguån khÝ nÐn ........................................................................ 92 5.1.2. M¸y nÐn khÝ c«ng nghiÖp ........................................................................... 92 5.1.3. ThiÕt bÞ xö lý khÝ nÐn .................................................................................. 95 5.1.4. ThiÕt bÞ ph©n phèi khÝ nÐn .......................................................................... 97 5.2. C¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn ............................................................ 101 5.2.1. CÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn .................................................................... 101 5.2.2. Van ............................................................................................................ 101 5.2.3. PhÇn tö c¶m biÕn ....................................................................................... 110 5.2.4. C¬ cÊu chÊp hµnh ...................................................................................... 113 C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 5 ..................................................................................... 116 Ch¬ng 6. ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn khÝ nÐn .................................. 117 6.1. C¬ së lý thuyÕt cña ®¹i sè Boole ...................................................................... 117 6.1.1. Caùc pheùp bieán ñoåi haøm moät bieán ........................................................... 117 6.1.2. Caùc luaät cô baûn cuûa ñaïi soá Boole ........................................................... 117 6.2. C¸ch biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ................................................................ 120 6.2.1. BiÓu ®å chøc n¨ng ..................................................................................... 120 6.2.2. BiÓu ®å tr¹ng th¸i ...................................................................................... 121 6.2.3. Lu ®å tiÕn tr×nh ....................................................................................... 122 6.3. Ph©n lo¹i ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ................................................................... 122 6.4. ThiÕt kÕ m¹ch khÝ nÐn ...................................................................................... 129 6.5. øng dông PLC vµo ®iÒu khiÓn hÖ thèng dÇu Ðp, khÝ nÐn ................................. 136 6.5.1. Phần mềm Simatic S7 -300 ...................................................................... 138 6.5.2. Khai báo phần cứng thiết bị điều khiển lập trình PLC ............................. 141 6.5.3. Các bước thiết kế chương trình điều khiển............................................... 145 6.5.4. Viết chương trình điều khiển .................................................................... 146 6.5.5. Ví dụ ......................................................................................................... 149 6.5.6. Bµi tËp: ...................................................................................................... 152 C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 6 ..................................................................................... 159 Tµi liÖu tham kh¶o ..................................................................................................... 166 4
PhÇn 1 HÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp Ch¬ng 1: §¹i c¬ng vÒ HÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp 1.1. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp Vµo ®Çu thÕ kû XX, hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ®· ph¸t triÓn vµ chia thµnh nhiÒu ngµnh chuyªn s©u, øng víi nh÷ng kü thuËt kh¸c nhau, nh: DÇu Ðp trong c¸c c«ng tr×nh x©y dùng, dÇu Ðp cña c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y, dÇu Ðp cña c«ng nghÖ ®ãng tµu, dÇu Ðp cña c«ng nghÖ hãa häc. Ngoµi ra, hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ngµy cµng g¾n bã víi c¬ häc chÊt láng, ph¬ng ph¸p nghiªn cøu thÝ nghiÖm vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu lý luËn ngµy cµng kÕt hîp chÆt chÏ víi nhau. §ång thêi còng h×nh thµnh mét hÖ thèng ph¬ng ph¸p nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ò dÇu Ðp, nh: Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu b»ng c¸c phÇn tö chÊt láng; Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu b»ng c¸c trÞ sè trung b×nh; Ph¬ng ph¸p t¬ng tù; Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch thø nguyªn; Ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm v.v... Nh÷ng thµnh tùu chÝnh cña c¬ häc chÊt láng thóc ®Èy viÖc nghiªn cøu øng dông truyÒn ®éng dÇu Ðp. §ã lµ: Lý thuyÕt nöa thùc nghiÖm vÒ rèi víi P¬ranl¬, Taylo, C¸cman; Sù ph©n bè vËn tèc vµ søc c¶n cña dßng rèi trong èng cña C¸cman. Víi sù th¾ng lîi cña C¸ch m¹ng x· héi chñ nghÜa Th¸ng 10 Nga vÜ ®¹i ®· gi¶i phãng søc s¶n xuÊt vµ ®Èy m¹nh c«ng cuéc x©y dùng kinh tÕ ë Céng hßa Liªn bang Nga, lµm cho khoa häc kü thuËt ë níc nµy cã nh÷ng bíc tiÕn vît bËc. TruyÒn ®éng dÇu Ðp cña Nga ®· ph¸t triÓn hÕt søc nhanh vµ nhiÒu mÆt ®· ®øng hµng ®Çu thÕ giíi. ë ViÖt Nam, sau khi C¸ch m¹ng th¸ng T¸m n¨m 1945 thµnh c«ng, hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ®· ®îc øng dông trong c¸c lÜnh vùc, nh: C«ng tr×nh thñy ®iÖn (Th¸c Bµ, Nahan, suèi Cñn, CÊm S¬n), c«ng tr×nh thñy lîi, c¸c ngµnh c«ng nghiÖp, giao th«ng vËn t¶i v.v… Néi dung “TruyÒn ®éng dÇu Ðp vµ khÝ nÐn” ®· ®îc ®a vµo gi¶ng d¹y, lµ néi dung c¬ së kü thuËt cho ®µo t¹o c¸c ngµnh kü thuËt ë níc ta. Tõ n¨m 1960 ®Õn nay, hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp ®· ®îc øng dông trong thiÕt bÞ, d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng hãa víi tr×nh ®é cao, cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp víi c«ng suÊt lín. 5
1.2. ¦u nhîc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng dÇu Ðp 1.2.1. ¦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 nhng ®ßi hái Ýt vÒ ch¨m sãc, b¶o dìng). §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 lîng vµ kÝch thíc 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¸. 1.2.2. Nhîc ®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 cha æn ®Þnh, vËn tèc lµm viÖc thay ®æi do ®é nhít cña chÊt láng. 1.3. C¸c ph¬ng tr×nh c¬ b¶n cña lu chÊt 1.3.1. ¸p suÊt thñy tÜnh Trong chÊt láng, ¸p suÊt (do träng lîng vµ ngo¹i lùc) t¸c dông lªn mçi phÇn tö chÊt láng kh«ng phô thuéc vµo h×nh d¹ng thïng chøa thay ®æi. a) b) c) H×nh 1.1. ¸p suÊt thñy tÜnh 6
ρ- Khèi lîng riªng cña chÊt láng; h- ChiÒu cao cña cét níc; g- Gia tèc träng trêng; pS- ¸p suÊt do lùc träng trêng; 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. 1.3.2. Ph¬ng tr×nh dßng ch¶y liªn tôc Lu lîng (Q) ch¶y trong ®êng èng tõ vÞ trÝ (1) ®Õn vÞ trÝ (2) lµ kh«ng ®æi (const). Lu lîng Q cña chÊt láng qua mÆt c¾t A cña èng b»ng nhau trong toµn èng (®iÒu kiÖn liªn tôc). H×nh 1.2. Lu lîng ch¶y trong ®êng èng 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: Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 (1.5) VËn tèc ch¶y t¹i vÞ trÝ 2: 7
(1.6) Trong ®ã: Q1[m3 /s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lÇn lît lµ lu lîng 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 lît lµ lu lîng dßng ch¶y, vËn tèc dßng ch¶y, tiÕt diÖn dßng ch¶y vµ ®êng kÝnh èng t¹i vÞ trÝ 2. 1.3.3. Ph¬ng tr×nh Bernulli Theo h×nh 1.3 ta cã ¸p suÊt t¹i mét ®iÓm chÊt láng ®ang ch¶y: (1.7) H×nh 1.3. ¸p suÊt t¹i mét ®iÓm chÊt láng ®ang ch¶y 1.4. TÝnh chÊt vµ ®Æc ®iÓm cña dÇu 1.4.1. §Æc ®iÓm cña dÇu dïng trong hÖ thèng dÇu Ðp 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 trît hoÆc biÕn d¹ng c¾t cña chÊt láng. Cã hai lo¹i ®é nhít: a. §é nhít ®éng lùc 8
§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, ngêi 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 thêng sè quy trßn: 1P = 0,0102kG.s/m b. §é nhít ®éng §é nhít ®éng lµ tû sè gi÷a hÖ sè nhít ®éng lùc η víi khèi lîng riªng ρ cña chÊt láng: ν= η/ρ (1.8) §¬n vÞ ®é nhít ®éng lµ [m2/s]. Ngoµi ra, ngêi 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 níc cÊt ë nhiÖt ®é 200C qua èng dÉn cã cïng ®êng kÝnh, ký hiÖu: E0 = t/tn §é nhít Engler thêng ®îc ®o khi ®Çu ë nhiÖt ®é 20, 50, 1000C vµ ký hiÖu t¬ng øng víi nã: E020, E050, E0100. 2. Yªu cÇu ®èi víi dÇu thñy lùc Nh÷ng chØ tiªu c¬ b¶n ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng 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; 9
+ Cã tÝnh trung hoµ (tÝnh tr¬) víi c¸c bÒ mÆt kim lo¹i, h¹n chÕ ®îc kh¶ n¨ng x©m nhËp cña khÝ, nhng 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 trît, 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 níc vµ kh«ng khÝ, dÉn nhiÖt tèt, cã m«®un ®µn håi, hÖ sè në nhiÖt vµ khèi lîng riªng nhá. Trong nh÷ng yªu cÇu trªn, dÇu kho¸ng chÊt tho¶ m·n ®îc ®Çy ®ñ nhÊt. 1.4.2. C¸c ®¬n vÞ ®o lêng cña dÇu 1. ¸p suÊt (p) Theo ®¬n vÞ ®o lêng SI lµ Pascal (pa) 1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2 §¬n vÞ nµy kh¸ nhá, nªn ngêi ta thêng dïng ®¬n vÞ: N/mm2, N/cm2 vµ so víi ®¬n vÞ ¸p suÊt cò 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; nhng ®Ó dÔ dµng tÝnh to¸n, ta lÊy 1kg/cm2 = 10N/cm2). Ngoµi ra ta cßn dïng: bar = 105N/m2 = 1kg/cm21at = 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). 2. VËn tèc (v) §¬n vÞ cña vËn tèc lµ m/s (cm/s). 3. ThÓ tÝch vµ lu lîng a. ThÓ tÝch (V): m3 hoÆc lÝt(l) b. Lu lîng (Q): m3/phót hoÆc l/phót. Trong c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng lîng dÇu Ðp (b¬m dÇu, ®éng c¬ dÇu) còng cã thÓ dïng ®¬n vÞ lµ m3/vßng hoÆc l/vßng. 4. Lùc (F) §¬n vÞ lùc lµ Newton (N) 1N = 1kg.m/s2 5. C«ng suÊt (N) §¬n vÞ c«ng suÊt lµ Watt (W) 10
1W = 1Nm/s = 1m2.kg/s3 1.5 Tæn thÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp Trong hÖ thèng thñy lùc cã c¸c lo¹i tæn thÊt sau: 1.5.1. 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 lîng (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 (1.9) Q- Lu lîng thùc tÕ cña b¬m dÇu; Q0- Lu lîng danh nghÜa cña b¬m. NÕu lu lîng ch¶y qua ®éng c¬ dÇu lµ Q0® vµ lu lîng thùc tÕ Q® = q®.η® th× hiÖu suÊt cña ®«ng c¬ dÇu lµ: ηt® = Q0®/Q® (1.10) NÕu nh kh«ng kÓ ®Õn lîng 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® (1.11) 1.5.2. 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 (1.12) 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 lu lîng Q vµ ¸p suÊt p cña dÇu, do ®ã: (1.13) 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 (1.14) Do ®ã: ηc® = N®/N0® (1.15) 11
Tõ ®ã, tæn thÊt c¬ khÝ cña hÖ thèng thñy lùc lµ: ηc = ηcb. ηc® (1.16) 1.5.3. 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 híng chuyÓn ®éng + Träng lîng 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: (1.17) 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: (1.18) Trong ®ã: ρ- khèi lîng riªng cña dÇu (914kg/m3); g- gia tèc träng trêng (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. 1.5.4. ¶nh hëng c¸c th«ng sè h×nh häc ®Õn tæn thÊt ¸p suÊt 1. TiÕt diÖn d¹ng trßn NÕu ta gäi: ∆p- Tæn thÊt ¸p suÊt; 12
l- ChiÒu dµi èng dÉn; ρ- Khèi lîng riªng cña chÊt láng; Q- Lu lîng; D- §êng kÝnh; ν- §é nhít ®éng häc; λ- HÖ sè ma s¸t cña èng; H×nh 1.4. D¹ng tiÕt diÖn trßn λLAM - HÖ sè ma s¸t ®èi víi ch¶y tÇng λTURB - HÖ sè ma s¸t ®èi víi ch¶y rèi. H×nh 1.5. ¶nh hëng c¸c th«ng sè h×nh häc ®Õn tæn thÊt ¸p suÊt 2. TiÕt diÖn thay ®æi lín ®ét ngét 13
Trong ®ã: D1- ®êng kÝnh èng dÉn vµo; D2- ®êng kÝnh èng dÉn ra. H×nh 1.6. TiÕt diÖn thay ®æi lín ®ét ngét 3. TiÕt diÖn nhá ®ét ngét H×nh 1.7. TiÕt diÖn nhá ®ét ngét 4. TiÕt diÖn thay ®æi lín tõ tõ H×nh 1.8. TiÕt diÖn thay ®æi lín tõ tõ 14
5. TiÕt diÖn nhá tõ tõ Tæn thÊt: ∆p = 0 H×nh 1.9. TiÕt diÖn nhá tõ tõ 6. Vµo èng dÉn Tæn thÊt ¸p suÊt ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: H×nh 1.10. DÇu vµo èng dÉn 7. Ra èng dÉn Tæn thÊt ¸p suÊt ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 15
H×nh 1.11. DÇu ra èng dÉn 8. èng dÉn g·y khóc R/D ≈ 4 H×nh 1.12. èng dÉn g·y khóc 16
C©u hái vµ bµi tËp ch¬ng 1 1. Lèi vµo cña b¬m thñy lùc c¸ch bÒ mÆt cña bÓ chøa dÇu lµ 0.6m. Träng lîng riªng cña dÇu 0.86 g/cm3. X¸c ®Þnh ¸p suÊt tÜnh t¹i lèi vµo cña b¬m. 2. TÝnh to¸n ®êng kÝnh trong cña èng hót vµ èng ®Èy cña b¬m cã lu lîng lµ 40 l/min lµm viÖc víi vËn tèc lín nhÊt ë èng hót lµ 1.2m/s vµ ë èng ®Èy lµ 3.5m/s. 3. Mét b¬m thñy lùc cã th«ng sè lu lîng 12 l/min vµ ¸p suÊt lµm viÖc lµ 200 bar. Yªu cÇu: - TÝnh c«ng suÊt thñy lùc b¬m. - NÕu hiÖu suÊt lµm viÖc cña b¬m lµ 60% th× c«ng suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn cÇn thiÕt truyÒn ®éng b¬m lµ bao nhiªu. 4. Nªu c¸c th«ng sè h×nh häc ¶nh hëng ®Õn tæn thÊt ¸p suÊt. 5. C¸ch tÝnh to¸n tæn thÊt trong hÖ thèng dÇu Ðp. 6. C¸c ®Þnh luËt c¬ b¶n cña lu chÊt. 7. H·y nªu tÝnh chÊt vµ ®Æc ®iÓm cña dÇu. 17
Ch¬ng 2: C¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn dÇu Ðp 2.1. C¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng lîng 2.1.1. B¬m dÇu 1. Chøc n¨ng, nhiÖm vô B¬m ®Çu lμ mét c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng lîng, dïng ®Ó biÕn c¬ n¨ng thμnh n¨ng lîng cña dÇu (dßng chÊt láng). Trong hÖ thèng dÇu Ðp thêng chØ dïng b¬m thÓ tÝch, tøc lμ lo¹i b¬m thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi n¨ng lîng 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. 2. Ph©n lo¹i a. B¬m víi lu lîng cè ®Þnh + B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi; + B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp trong; + B¬m pitt«ng híng 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 lu lîng thay ®æi + B¬m pitt«ng híng t©m; + B¬m pitt«ng híng trôc (truyÒn b»ng ®Üa nghiªng); + B¬m pitt«ng híng trôc (truyÒn b»ng khíp cÇu); + B¬m c¸nh g¹t ®¬n. 18
2.1.2. B¬m b¸nh r¨ng 1. Nguyªn lý lµm viÖc H×nh 2.1. S¬ ®å mÆt c¾t 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 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. 2. 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, nhng b¸nh r¨ng ¨n khíp trong th× cã kÝch thíc gän nhÑ h¬n. 19
H.c H.b H.a H×nh 2.2. 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. 3. Lu lîng b¬m b¸nh r¨ng Khi tÝnh lu lîng 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 thíc nh nhau. (Lu lîng 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× lîng dÇu do hai b¸nh r¨ng chuyÓn ®i khi nã quay mét vßng: Qv = 2.π.d.m.b [cm3/vßng] hoÆc [l/ph] 2.1) NÕu gäi Z lµ sè r¨ng, tÝnh ®Õn hiÖu suÊt thÓ tÝch ηt cña b¬m vµ sè vßng quay n, th× lu lîng cña b¬m b¸nh r¨ng sÏ lµ: Qb = 2.π.Z.m2.b.n. ηt[cm3/phót] hoÆc [l/ph] (2.2) ηt = 0,76 ÷ 0,88 hiÖu suÊt cña b¬m b¸nh r¨ng 4. KÕt cÊu b¬m b¸nh r¨ng KÕt cÊu cña b¬m b¸nh r¨ng ®îc thÓ hiÖn nh ë h×nh 2.3. 20