1
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯNG CAO ĐNG ĐẠI VIỆT SÀI GÒN
GIO TRNH
MÔN HC: CÔNG NGHỆ KÝ NÉN - THỦY LỰC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
TRNH Đ: CAO ĐNG
(Ban hành kèm theo Quyết định: 123/QĐ-ĐVSG ngày 15 tháng 11 năm 2021
của Trường Cao đẳng Đại Việt Sài Gòn)
Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2021
(Lưu hành nội bộ)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén…..……………….1
Mở ñầu
Trong ngành cơ khí, truyền ñộng thuỷ lực và khí nén ñược xếp vào chuyên ngành kỹ
thuật truyền lực. Nhiệm vụ của kỹ thuật truyền lực là xây dựng hệ thống truyền lực của máy
hay thiết bị sao cho nhiệm cụ công nghệ của chúng ñược thực hiện tối ưu. Thí dụ hệ thống
truyền lực của một xe hơi, hệ thống truyền lực của một máy ép,…
Hình 1. Sơ ñồ nguyên lý của một hệ thống truyền lực
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền lực ñược trình bày trên hình 1. Công suất
truyền lực ñược cung cấp từ ñộng cơ ñiện hay ñộng cơ ñốt trong. Các thông số ra M
e
và ω
e
của ñộng cơ cần ñược chuyển ñổi thành các thông số vào yêu cầu của một máy hay thiết bị
chuyển ñộng quay M
a
, ω
a
, hoặc là các thông số vào của máy hay thiết bị chuyển ñộng tịnh
tiến F
a
, v
a
nhờ một bộ chuyển ñổi. Nhiệm vụ chuyển ñổi năng lượng này ñược các hệ thống
truyền ñộng ñảm nhận. ðối với các máy công tác khác nhau, các nhà thiết kế có rất nhiều
dạng truyền ñộng khác nhau ñể lựa chọn ra phương án phù hợp với ñiều kiện cụ thể.
Các hệ thống truyền ñộng có thể ñược phân loại theo loại phần tử ñể chuyển ñổi các
thông số vào thành các thông số ra:
* Truyền ñộng cơ học: Các phần tử truyền năng lượng là các bộ truyền cơ học (bánh
răng, ñai, xích, v.v.). Trong loại truyền ñộng này việc thay ñổi tỷ số truyền vô cấp chỉ có thể
thực hiện trong khoảng giới hạn. Truyền ñộng cơ học yêu cầu một không gian lắp ñặt cố ñịnh
giữa ñộng cơ truyền lực và máy công tác.
* Truyền ñộng ñiện: Tần số quay của ñộng cơ ñiện hiện nay có thể thay ñổi trong
một khoảng rộng. Nhờ ñó một phần chức năng truyền ñộng từ ñộng cơ và ñiều khiển truyền
ñộng ñã ñược thực hiện ngay trên ñộng cơ ñiện. Trong ña số các trường hợp, hệ thống truyền
ñộng ñiện cần có một bộ truyền cơ học với tỷ số truyền không ñổi ñể làm thích ứng mô men
quay và tần số quay với các thông số yêu cầu của thiết bị cần dẫn ñộng. Hệ thống truyền ñộng
ñiện cũng yêu cầu một không gian lắp ñặt xác ñịnh giữa ñộng cơ và máy công tác.
* Truyền ñộng thuỷ lực: Trong truyền ñộng thuỷ lực việc truyền công suất trong hệ
thống do chất lỏng ñảm nhận. Tuỳ theo việc sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng là thế
năng hay ñộng năng mà hệ thống ñược gọi là truyền ñộng thuỷ tĩnh hay truyền ñộng thuỷ
ñộng.
+ Truyền ñộng thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ. Trong trường hợp ñơn
giản nhất, hệ thống gồm một bơm ñược truyền ñộng cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng
ñể làm chuyển ñộng một xy lanh hay một ñộng cơ thuỷ lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trên
ñộng cơ hay xi lanh lực cùng với lưu lượng ñưa ñến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền
ñến các máy công tác. ðặc tính của truyền lực thuỷ tĩnh có tính chất: tần số quay cũng như
vận tốc của máy công tác trong thực tế không phụ thuộc vào tải trọng. Do có khả năng tách
bơm và ñộng cơ theo không gian và sử dụng các ñường ống rất linh ñộng nên không cần một
không gian lắp ñặt xác ñịnh giữa ñộng cơ và máy công tác. Trên hệ thống truyền ñộng thuỷ
tĩnh có thể thay ñổi tỷ số truyền vô cấp trong một khoảng rộng. Chất lỏng thuỷ lực hiện nay
ðộng
cơ
Hệ thống
truyền ñộng Máy hay thiết bị
cần dẫn ñộng
M
e
,
ω
e
M
a
,
ω
a
, (F
a
, v
a
)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén…..……………….2
có thể ñược sử dụng là dầu từ dầu mỏ, chất lỏng khó cháy, dầu có nguồn gốc thực vật hoặc
nước.
+ Truyền ñộng thuỷ ñộng ñược cấu tạo từ một phần bơm và một phần ñộng cơ (tua
bin). Việc chuyển ñổi mô men và tần số quay ñược thực hiện nhờ ñộng năng của khối chất
lỏng. ðường ñặc tính của truyền ñộng thuỷ ñộng có tính chất: tần số quay của phần bị ñộng
giảm khi mô men quay tăng. Trong sử dụng, truyền ñộng thuỷ ñộng có cấu trúc gọn nhưng
yêu cầu có một không gian xác ñịnh giữa ñộng cơ và thiết bị cần dẫn ñộng.
* Truyền ñộng khí nén: Cấu trúc tổng quát của truyền ñộng khí nén cũng tương tự
như cấu trúc của truyền ñộng thuỷ tĩnh. ðiều khác biệt cơ bản dẫn ñến sự khác biệt về tính
chất hoạt ñộng và cấu trúc của các chi tiết là môi chất truyền năng lượng. Trong các hệ thống
truyền ñộng khí nén môi chất là không khí nén – một chất “lỏng” chịu nén. Như vậy có thể
lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt ñộng các ñộng cơ khí nén hoặc xy
lanh khí nén và lại thải ra môi trường.
Ngoài ra ñể thiết kế một hệ thống truyền lực còn có các giải pháp kết hợp: thuỷ lực –
khí nén; ñiện – khí nén; ñiện – thuỷ lực, …
Giải pháp tối ưu cho một nhiệm vụ ñiều khiển và truyền lực luôn phụ thuộc vào mức
ñộ thực hiện các yêu cầu công nghệ, kỹ thuật và kinh tế. Trong kỹ thuật có hàng loạt các
trường hợp ứng dụng và các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu. Khi ñó việc lựa chọn sử dụng loại
truyền lực và truyền ñộng nào là dựa vào các lợi thế ñặc biệt của một loại. Các bộ truyền lực
tịnh tiến ñể khắc phục lực tải lớn với vận tốc nhỏ thường ñược thực hiện bằng thuỷ lực. Thí
dụ cho các trường hợp này là các máy nén ép trong công nghiệp ô tô và công nghiệp chế tạo
vật liệu nhân tạo, bộ phận nâng hạ trong các máy nâng hàng, máy xúc và cần cẩu tự hành,…
Cả truyền ñộng của các máy công tác hạng nặng và các máy công nghiệp cũng ñược thực hiện
bằng thuỷ lực. Trong các máy công cụ, trong kỹ thuật rô bốt và chế tạo máy, trong chế tạo tàu
biển, hàng không, trên các xe vận tải cũng luôn gặp các ứng dụng của kỹ thuật thuỷ lực và khí
nén. Trong kỹ thuật truyền lực, ñiều khiển và ñiều chỉnh ngoài thuỷ lực và khí nén còn ứng
dụng cả các giải pháp cơ học, ñiện - ñiện tử hoặc liên hợp các giải pháp. ðặc biệt các bộ
truyển thuỷ lực - ñiện và khí nén - ñiện ngày càng ñược phát triển rộng rãi do ñược kết nối
với máy tính và ứng dụng kỹ thuật ñiều khiển số. Các hệ thống thuỷ lực và khí nén ñiều khiển
số ngày càng có ý nghĩa lớn trong sản xuất.
Những cơ sở vật lý, những kiến thức về cấu trúc, các nguyên lý hoạt ñộng của các
thiết bị cũng như các mạch thuỷ lực và khí nén ñược trình bày trong cuốn sách sẽ giúp cho
sinh viên và các kỹ sư cơ khí có thể thiết kế ñược các hệ thống truyền lực thuỷ lực và khí nén
hoạt ñộng có hiệu quả và chính xác. Từ ñó tạo ra khả năng mở rộng phạm vi ứng dụng của kỹ
thuật thuỷ khí.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén…..……………….3
Phần A
Truyền ñộng thuỷ lực
Chương I
Cơ sở kỹ thuật truyền ñộng thuỷ lực
1.1. Cấu trúc và hoạt ñộng của một bộ truyền ñộng thuỷ lực
Cấu trúc và tác ñộng lẫn nhau của các nhóm cấu trúc truyền ñộng thuỷ lực ñược trình
bày trên hình 1.1. Phần thuỷ lực bao gồm bơm thuỷ lực ñể tạo dòng dầu có áp suất, xy lanh
thuỷ lực hoặc ñộng cơ thuỷ lực là phụ tải. Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các
van ñiều khiển và các bộ phận phụ trợ thuỷ lực ñặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bộ tích áp
và các bộ phận khác.
Hình 1.1. Sơ ñồ truyền công suất trong một thiết bị thuỷ lực
Máy ñộng lực thường ñược sử dụng là ñộng cơ ñiện hoặc ñộng cơ ñốt trong, truyền
cho bơm mô men quay M
1
và tần số quay n
1
(v/s) và cung cấp một công suất cơ học:
P
ch.
=2 πM
1
n
1
Công suất này ñược chuyển ñổi thành công suất thuỷ lực trong bơm:
P
rl.
= pQ,
trong ñó: p là áp suất dầu yêu cầu từ máy công tác; Q- lưu lưu lượng ñược tính từ tần
số quay và kích thước của bơm.
Dòng dầu có áp suất trong thiết bị thuỷ lực ñược dẫn qua các ñường ống và các van
ñiều khiển ñến xy lanh lực hoặc ñộng cơ thuỷ lực, tại ñó công suất thuỷ lực lại ñược biến ñổi
thành công suất cơ học cần thiết của máy công tác. ðối với các xy lanh thuỷ lực công suất cần
thiết ñược tính theo lực yêu cầu trên cần pít tông và vận tốc pít tông:
P
ch.
= Fv
ðối với ñộng cơ thuỷ lực công suất yêu cầu ñược tính theo số liệu của máy công tác:
Máy ñ
ộng
lực
(ñộng cơ
ñiện hoặc
ñộng cơ
ñốt trong)
Máy công
tác (máy nén
ép hoặc
truyền lực
chuy
ển ñộng
của xe hơi)
Bơm
thuỷ lực
ðường ống
Phụ kiện
Phần tử
ñiều khiển
Xy lanh
thuỷ lực
hoặc ñộng
cơ thuỷ lực
Chuy
ển ñổi
công suất
cơ học
11ch
MP
ω
=
Công su
ất
thuỷ lực
P
rl
= p.Q
M
1
n
1
p
Q
F v
M
2
n
2
Chuyển ñổi công
suất cơ học
P
ch
= F.v
hoặc
22ch
MP
ω
=
Công suất
thuỷ lực
P
rl
= pQ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén…..……………….4
P
mech.
= 2 πM
2
n
2
Sơ ñồ kỹ thuật biểu diễn bộ truyền theo ký hiệu mạch xy lanh thuỷ lực ñược trình bày
trên hình 1.2. Hình trên cùng (1.2a) mô tả hoạt ñộng chung của bơm thuỷ lực, xy lanh thuỷ lực
và thùng dầu. Trong sơ ñồ này sử dụng bơm có thể tích làm việc không ñổi và một xy lanh tác
ñộng kép. Bơm thuỷ lực hút dầu từ bình và cung cấp lưu lượng dầu Q với áp suất p ñến xy
lanh. Lưu lượng Q tỷ lệ thuận với tần số quay của bơm dầu và xác ñịnh vận tốc của pít tông.
Mô men truyền lực tỷ lệ thuận với áp suất ñược tạo ra ứng với tải trọng tác ñộng lên pít tông.
Hình 1.2. Truyền ñộng cho một xy lanh thuỷ lực
a- Cấu trúc cơ bản; b- Hành tình tiến; c- Hành trình trả về.
Do bơm chỉ cung cấp một phía, trong khi ñó xy lanh lại cần chuyển ñộng ñược cả hai
chiều, cho nên cần bố trí một van phân phối ñể hướng dẫn dòng dầu ñến mỗi phía mong muốn
của pít tông. Van phân phối xác ñịnh việc khởi hành, dừng lại và chiều chuyển ñộng (nghĩa là
toàn bộ quá trình chuyển ñộng) của pít tông. Trên hình 1.2b van phân phối ñang ở vị trí ñiều
khiển hành trình tiến của pít tông. Lúc ñó dòng dầu từ bơm chuyển ñộng qua van ñến phần bên
trái của xy lanh và ñẩy pít tông chuyển ñộng sang phải, ñồng thời phần dầu ở ngăn bên phải
pít tông ñược chảy qua van trở về thùng. Hành trình trả về ñược thực hiện khi van phân phối ở
vị trí ñối diện (hình 1.2c). Tại vị trí trung gian của van phân phối cả hai ñường dầu ñến xy lanh
ñều bị chặn lại và dòng dầu từ bơm có thể chảy gần như không có áp suất về thùng.
ðể ñảm bảo an toàn cho thiết bị thuỷ lực hoặc hạn chế áp suất cực ñại người ta sử
dụng các van giới hạn áp suất (hình 1.2b,c). Khi áp suất dầu tạo ra áp lực lớn hơn lực lò xo,
a)
b)
c)