intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tăng nhiệt độ dầu thủy lực đến tổn thất lưu lượng và công suất trong bơm piston rotor hướng trục

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

10
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu, mô phỏng mối quan hệ giữa sự tăng nhiệt độ của dầu thủy lực đến sự tăng lưu lượng rò rỉ và tổn thất công suất trong máy piston rotor hướng trục được sử dụng trong các máy khai thác mỏ lộ thiên.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tăng nhiệt độ dầu thủy lực đến tổn thất lưu lượng và công suất trong bơm piston rotor hướng trục

  1. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tăng nhiệt độ dầu thủy lực đến tổn thất lưu lượng và công suất trong bơm piston rotor hướng trục Giang Quốc Khánh(1), Krivenko Alexander Evgenievich(2) (1) NCS tại Liên bang Nga, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh (2) Khoa Thiết bị mỏ, Vận tải và Chế tạo máy, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia "MISiS" Email: quockhanh@edu.misis.ru Mobile: +8968.085.21.15 Tóm tắt Từ khóa: Dầu thủy lực trong hệ trong các hệ thống truyền động thủy Máy bơm piston hướng trục, Nhiệt lực nói chung và trong máy khai thác mỏ nói riêng có vai trò vô dầu thủy lực, Rò rỉ dầu thủy lực, cùng quan trọng: là môi trường trung gian truyền năng lượng, bôi Truyền động thủy lực thể tích, Tổn trơn, giảm ma sát, hấp thụ và tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình vận thất lưu lượng, Tổn thất công suất hành hệ thống... Những thay đổi của môi trường làm việc như: thủy lực. nhiệt độ, độ ẩm, độ bụi, bức xạ mặt trời… có thể phá vỡ sự cân bằng nhiệt độ của hệ thống, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của chất lỏng làm việc. Sự gia tăng nhiệt độ của chất lỏng làm việc dẫn đến giảm độ nhớt của dầu, dẫn đến sự gia tăng rò rỉ, giảm lưu lượng, công suất, hiệu suất và tuổi thọ của bơm piston hướng trục, cũng như giảm độ cứng và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống truyền động thủy lực. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, mô phỏng mối quan hệ giữa sự tăng nhiệt độ của dầu thủy lực đến sự tăng lưu lượng rò rỉ và tổn thất công suất trong máy piston rotor hướng trục được sử dụng trong các máy khai thác mỏ lộ thiên. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ nói chung trong hình 1. Trong quá trình làm việc, Bơm piston hướng trục có nhiều ưu điểm chuyển động quay từ động cơ được truyền đến nổi bật so với các máy bơm thủy lực khác, như: khối xilanh thông qua trục truyền động, làm cho kích thước nhỏ gọn, áp suất làm việc cao, độ tin các piston vừa quay quanh trục bơm vừa chuyển cậy cao, độ ồn thấp, v.v. Vì vậy, máy bơm piston động tịnh tiến trong xilanh. Một đầu hình cầu của rotor hướng trục được sử dụng rộng rãi trong nhiều piston được nối với guốc trượt hãm và được nén hệ thống truyền động thủy lực của các máy mỏ, trên một đĩa nghiêng. Do đó, khi piston di chuyển máy công trình. từ phía đáy đến miệng của xilanh cùng với khối xilanh quay theo chiều kim đồng hồ, chất lỏng làm việc sẽ được hút vào buồng xilanh thông qua rãnh nạp của đĩa phân phối; ngược lại khi piston di chuyển từ phía miệng xuống phía đáy xilanh cùng với khối xylanh theo chiều kim đồng hồ, dầu thủy lực trong buồng xilanh sẽ thoát qua rãnh xả của đĩa phân phối vào đường cao áp. Khi khối xilanh quay được một chu kỳ (1 vòng quay quanh trục bơm), mỗi piston thực hiện một quá trình hút và một quá trình xả. Rò rỉ chất lỏng trong bơm piston rotor Hình 1. Cấu trúc cơ bản của máy bơm piston rotor hướng trục với đĩa nghiêng hướng trục xảy ra tại ba bề mặt tiếp xúc trong Cấu trúc cơ bản của máy bơm piston rotor bơm: giữa piston và xilanh ( ), giữa khối hướng trục với một đĩa nghiêng thường được sử xilanh và đĩa phân phối ( ) và trong bản lề dụng trong hệ thống thủy lực của máy xúc thủy hình cầu giữa guốc trượt hãm và piston ( ). lực lộ thiên nói riêng và máy mỏ, máy công trình 265 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020
  2. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Lưu lượng rò rỉ và là không đổi, do lò xo luôn ép các bề mặt ma sát tiếp xúc với nhau. Tổng lưu lượng rò rỉ dầu thủy lực qua các bề mặt trong đó: – đường kính piston (m), – độ ma sát này thường không lớn và chiếm khoảng rộng lớn nhất của khe hình khuyên giữa piston và 3% lưu lượng của máy bơm [2, 5]. Do đó, trong xilanh (m), – áp suất nén trong khoang xialnh bài viết này, các tác giả chỉ nghiên cứu cường độ (Па), – áp suất trong các-te (Pа), – độ nhớt và bản chất của sự rò rỉ chất lỏng làm việc thông qua bề mặt ma sát giữa piston và xilanh. động lực của dầu thủy lực (Pаs), – chiều dài 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MỐI tiếp xúc giữa piston và xilanh (m), – độ lệch QUAN HỆ GIỮA NHIỆT ĐỘ DẦU THỦY tâm tương đối giữa piston và xilanh, – vận tốc LỰC VỚI TỔN THẤT LƯU LƯỢNG VÀ chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh CÔNG SUẤT TRONG BƠM PISTON (m/s). ROTOR HƯỚNG TRỤC Độ lệch tâm tương đối giữa piston và Khi bơm piston rotor hướng trục hoạt động, xilanh được xác định qua công thức sau [2,3]: khối xilanh quay xung quanh trục bơm, tạo ra lực ly tâm, làm cho piston có xu hướng bị văng ra xa tâm và ép chặt vào bên cạnh lỗ xilanh, tạo thành một trong đó: e – khoảng cách lệch tâm giữa piston và khẩu độ hình khuyên lệch tâm e giữa piston và lỗ xilanh (m) xilanh (Hình 2). Do chênh lệch áp suất, một lượng Sự thay đổi độ nhớt của dầu thủy lực phụ chất lỏng làm việc nhất định luôn chảy qua khe hở thuộc vào sự thay đổi áp suất và nhiệt độ được giữa piston và xilanh trở lại các-te. Lưu lượng của xác định thông qua công thức sau [3]: rò rỉ này phụ thuộc vào sức cản thủy lực của kênh hình khuyên, thay đổi tùy thuộc vào vị trí của piston trong buồng làm việc của khối xi lanh. trong đó: – độ nhớt động lực của dầu thủy lực khi nhiệt độ của nó là ở áp suất 105 (Pа); a, b – hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại dầu thủy lực; – nhiệt độ của dầu thủy lực tại các thời điểm khác nhau . Chiều dài tiếp xúc giữa piston và xilanh khi làm việc thay đổi theo chu kỳ quay của khối xilanh, phụ thuộc vào góc nghiêng của đĩa Hình 2. Sơ đồ tính toán rò rỉ qua khe hẹp giữa piston và xilanh trong bơm piston rotor hướng trục nghiêng và tốc độ góc của khối xilanh [1, 4]: Để xác định lưu lượng rò rỉ chất lỏng qua khe hở giữa piston và xilanh, nhóm tác giả sử dụng trong đó: – góc nghiêng của đĩa nghiêng so với phương trình Reynolds tổng quát cho dòng chất phương thẳng đứng; – tốc độ góc của khối lỏng chảy qua khe hẹp với các giả thiết sau: xilanh ( ); – thời gian (s); – bán kính + Màng dầu trong khe hở giữa pít tông và xi quay, là khoảng cách từ đường tâm khối xilanh lanh rất mỏng và có khối lượng không đáng kể (bỏ qua tác dụng của trọng lực lên màng dầu); đến đường tâm của các xilanh (m); – là chiều + Màng dầu mỏng, áp suất được giả định là dài đường tiếp xúc giữa piston và xilanh khi góc không đổi theo chiều cao của màng dầu; nghiêng , (m). + Không có trượt ở ranh giới (chất lỏng làm Vận tốc chuyển động tịnh tiến của piston trong việc là chất lỏng Newton); xilanh được xác định qua công thức sau [1, 4]: + Dòng dầu chảy qua khe hở ở chế độ chảy tầng (số Reynold thấp); Lưu lượng thể tích thực tế của máy bơm + Các lực quán tính và sức căng bề mặt bằng lưu lượng lý thuyết trừ đi lưu lượng tổn thất không đáng kể so với lực nhớt; sinh ra do các rò rỉ: + Độ nhớt của dầu thủy lực là không đổi trong màng dầu. Sau khi thực hiện lấy đạo hàm phương trình trong đó – lưu lượng lý thuyết của bơm. Reynolds tổng quát với các giả thiết đưa ra, Công suất thực tế của máy bơm thủy lực phương trình xác định cường độ rò rỉ của chất lỏng được xác định thông qua lưu lượng và áp suất làm việc trong khe hở giữa piston và xilanh như làm việc thực tế của nó như sau [5]: sau [1,2,4]: * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 266
  3. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH trong đó: – hiệu suất thể tích và hiệu suất cơ khí của máy bơm. 3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG TỔN THẤT LƯU LƯỢNG VÀ ÁP SUẤT CỦA MÁY BƠM PISTON ROTOR HƯỚNG TRỤC BẰNG PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK 7.04 Mô hình toán học sử dụng cho mô phỏng bằng phần mềm Matlab-simulink 7.04 được xây Hình 4. Lưu lượng thực tế của máy bơm ở những dựng từ các biểu thức 1 6, kết hợp với các số nhiệt độ khác nhau của dầu thủy lực liệu về kích thước thực tế loại máy bơm piston rotor hướng trục với đĩa nghiêng HPV95 được sử dụng trong các loại máy xúc mỏ lộ thiên Komatsu, dầu thủy lực Shell Tellus 46 như sau: 0 = 0,1 (Pаs) (Shell Tellus 46); nhiệt độ dầu thủy lực được chọn để mô phỏng: , , , , ; 16( ); 1,3Pа; mm; ; n = 1800 v/ph;  =190; Q = 160 l/ph=2,7.10-3m3/s; số xilanh trong bơm m = 9; = 16mm; ; . Hình 5. Tổn thất công suất của máy bơm ΔN = Các kết quả của quá trình mô phỏng được ở những nhiệt độ khác nhau của dầu thủy lực trình bày trong các hình - từ hình 3 đến hình 8 sau đây: Hình 3. Tổng tổn thất lưu lượng của máy bơm ở các Hình 6. Công suất lý thuyết N (W) và công suất thực nhiệt độ khác nhau của dầu thủy lực tế của máy bơm (W) ở những nhiệt độ khác nhau của dầu thủy lực 267 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020
  4. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH đó dẫn đến xung áp lực và tăng độ rung trong hệ thống truyền động thủy lực. - Từ các hình 5, 6 cho thấy cường độ và bản chất của sự thay đổi công suất thực tế của máy bơm so với giá trị lý thuyết, khi nhiệt độ của dầu thủy lực thay đổi trong phạm vi khảo sát - tổn thất công suất tăng 2,04 lần khi nhiệt độ dầu thủy lực tăng từ 80 đến 110 (Hình 5). Sự giảm công suất của máy bơm dẫn đến giảm công suất của toàn bộ hệ thống truyền động thủy lực nói chung. Công suất giảm, xung áp lực, độ rung tăng lên dẫn đến giảm độ chính xác và tin cậy của Hình 7. Mối quan hệ giữa nhiệt độ của dầu thủy lực hệ thống thủy lực. với tổn thất lưu lượng trong bơm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Xingjian Wang, Siru Lin, Shaoping Wang, Zhaomin He, Chao Zhang (December 2015), ≪Remaining useful life prediction based on the Wiener process for an aviation axial piston pump≫, Chinese Journal of Aeronautics; [2]. Jonathan Mark Haynes (November 2007), ≪Axial piston pump leakage modelling and measurement≫, A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, The University of Cardiff.; Hình 8. Lưu lượng lý thuyết Q và tổng tổng thất lưu [3]. WANG Wei (2014) ≪Analysis on the side lượng ở những nhiệt độ khác nhau leakage amount of the friction between piston của dầu TL and cylinder block in axial piston pump≫, Từ các kết quả mô phỏng trên chúng ta Journal Applied Mechanics and Materials, nhận thấy rằng: Khi nhiệt độ của dầu thủy lực Switzerland; càng cao, thì tổn thất lưu lượng và công suất của [4]. S.L. Nie, G.H. Huang, Y.P. Li (01 December máy bơm thủy lực càng lớn. Cụ thể như sau: 2005) ≪Tribological study on hydrostatic slipper - Khi nhiệt độ khảo sát của dầu thủy lực bearing with annular orifice damper for water tăng lên (Hình 3,7) T = hydraulic axial piston motor≫, ScienceDirect, [ , thì tương ứng với Elsevier; đó tổng tổn thất lưu lượng trong máy bơm cũng [5]. Jonathan Mark Haynes (November 2007) tăng theo 0,1.10-4; 0,72.10-4; 1,03.10-4; ≪Axial Piston Pump Leakage Modelling and 1,47.10-4; 2,1.10-4], (m3/s). Measurement≫, The University of Cardiff.; - Khi nhiệt độ của dầu thủy lực tăng lên [6]. Н.Г. Полюшкин (2013) ≪Основы теории 1,375 lần (Hình 3,7) (từ 80 đến 110 ), thì трения, износа и смазки≫, Красноярск; tổng tổn thất lưu lượng của máy bơm cũng tăng [7]. Тамбов (2010) “Гидравлический расчёт объёмного гидропривода с возвратно- lên 2,92 lần (từ m3/s đến 3 поступательным движением выходного m /s). звена”, Издательство ГОУ ВПО ТГТУ. - Từ hình 3, 8 thấy rằng: khi nhiệt độ dầu thủy lực tăng lên, biên độ của xung rò rỉ tăng lên. Trong phạm vi nhiệt độ đang xem xét (80 110 ), biên độ của xung rò rỉ tăng 2,85 lần. Điều này dẫn đến biên độ thay đổi lưu lượng của máy bơm tăng lên, từ * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 268
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2