Giáo trình thủy khí-Chương 8 doc

93

Chương 8
THIẾT BỊ CHẤP HÀNH THỦY LỰC
8.1. Cơ cấu truyền động tịnh tiến (xy lanh thuỷ lực)
8.1.1. Nhiệm vụ
Xylanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện
chuyển động thẳng.
8.1.2. Phân loại
Xylanh thủy lực được chia làm hai loại: xylanh lực và xylanh quay (hay còn gọi là xylanh
mômen).
Trong xylanh lực, chuyển động tương đối giữa pittông với xylanh là chuyển động tịnh tiến.
Trong xylanh quay, chuyển động tương đối giữa pittông với xylanh là chuyển động quay (với góc
quay thường nhỏ hơn 360
0
)
Pittông bắt đầu chuyển động khi lực tác động lên một trong hai phía của nó (lực đó thể là lực áp
suất, lực lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược lại chiều chuyển động (lực ma sát,
thủy động, phụ tải, lò xo, ).
Ngoài ra, xylanh truyền động còn được phân theo:
a Theo cấu tạo
+ Xylanh đơn
Lùi về nhờ ngoại lực

Hình 8.1 Ký hiệu xylanh đơn lùi về nhờ ngoại lực
Lùi về nhờ lò xo

Hình 8.2 Ký hiệu xylanh đơn lùi về nhờ lò xo
+ Xylanh kép
Lùi về bằng thủy lực

Hình 8.3 Ký hiệu xylanh kép lùi về bằng thủy lực
94

Lùi về bằng thủy lực có giảm chấn

Hình 8.4 Ký hiệu xylanh kép lùi về bằng thủy lực có giảm chấn
Tác dụng cả hai phía


Hình 8.5 Ký hiệu xylanh kép tác dụng cả hai phía

Tác dụng quay

Hình 8.6 Ký hiệu xylanh quay

+ Xylanh vi sai
Tác dụng đơn

Hình 8.7 Ký hiệu xylanh vi sai

Tác dụng kép

Hình 8.8 Ký hiệu xylanh vi sai tác dụng kép

b. Theo kiểu lắp ráp
+ Lắp chặt thân
95

+ Lắp chặt mặt bích
+ Lắp xoay được

+ Lắp gá ở 1 đầu xylanh
8.1.3. Cấu tạo xylanh


1. Thân; 2. Mặt bích hông; 3.Mặt bích hông;
4. Cần pittông; 5. Pittông; 6. ổ trượt;
7. Vòng chắn dầu; 8. Vòng đệm; 9. Tấm nối;
10. Vòng chắn hình O; 11. Vòng chắn pittông; 12. ống nối;
13. Tấm dẫn hướng; 14. Vòng chắn hình O; 15. Đai ốc;
16. Vít vặn; 17. ống nối.
Hình 8.9 Cấu tạo xylanh tác dụng kép có cần pittông một phía
Ở hình 8.9 là ví dụ xylanh tác dụng kép có cần pittông một phía. Xylanh có các bộ phận chính là
thân (gọi là xylanh), pittông, cần pittông và một số vòng làm kín.
8.1.4. Một số xylanh thông dụng
a. Xylanh tác dụng đơn
Chất lỏng làm việc chỉ tác động một phía của pittông và tạo nên chuyển động một chiều. Chiều
chuyển động ngược lại được thực hiện nhờ lực lò xo.

Hình 8.10 Xylanh tác dụng đơn và ký hiệu
b. Xylanh tác dụng kép
96

Chất lỏng làm việc tác động vào hai phía của pittông và tạo nên chuyển động hai
chiều.

a. Xylanh tác dụng kép không có giảm chấn cuối hành trình và ký hiệu;
b. Xylanh tác dụng kép có giảm chấn cuối hành trình và ký hiệu.
Hình 8.11 Xylanh tác dụng kép
8.2. Cơ cấu truyền động quay (động cơ thuỷ lực)
Là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ.

Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác của động cơ. Dưới tác dụng
của áp suất, các phần tử của động cơ quay.
Về nguyên tắc kết cấu của động cơ thủy lực giống bơm thủy lực dovậy tất cả các loại bơm đều có
thể làm động cơ dầu và ngược lại.
So với động cơ điện, động cơ dầu có kích thước, trọng lượng và mômen quán tính nhỏ hơn nhiều,
có thể thực hiện truyên động vô cấp dễ dàng
Tùy thuộc kết cấu, động cơ thủy lực có thể là động cơ bánh răng, cánh gạt, pitton, có kết cấu
tương tự như bơm thủy lực nên ở đây không xét lại.
Động cơ bánh răng ít được dùng vì hiệu suất quá thấp.
Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở đường
vào và đường ra.
8.3. Đặc tính cơ cấu chấp hành
8.3.1. Tính toán xylanh truyền lực
a. Diện tích A, lực F, và áp suất p
- Diện tích pittông
4
)(
;
4
.
22
2
2
1
dD
A
D
A




(8.1)
97


Hình 8.12 Áp suất p, lực F trong xylanh
- Lực
F
t
= p.A (8.2)
- Áp suất
A
F
p
t
 (8.3)
Trong đó:
A - diện tích tiết diện pittông [cm
2
]
D - đường kính của xylanh [cm];
d - đường kính của cần [cm];
p - áp suất [bar];
F
t
- lực [kN].
Nếu tính đến tổn thất thể tích ở xylanh, để tính toán đơn giản, ta chọn:
Áp suất:
4
10

.

A
F
p
t
 (8.4)
Diện tích pittông
2
2
10
4
.


d
A

(8.5)
d - đường kính của pittông [mm];
- hiệu suất, lấy theo bảng sau:
Bảng 8.1 Hiệu suất xylanh thủy lực
p (bar)

20 120 160
 (%) 85 90 95

Như vậy pittông bắt đầu chuyển động được, khi lực F
t
> F

G
+ F
A
+ F
R
Trong đó:
F
G
- trọng lực;
F
A
- lực gia tốc;
F
R
- lực ma sát.
b. Quan hệ giữa lưu lượng Q, vận tốc v và diện tích A
98

Lưu lượng chảy vào xylanh tính theo công thức sau:
Q = A.v (8.6)
Để tính toán đơn giản, ta chọn:
Q = A.v.10
-1
(8.7)
2
2
10
4
.



D
A

(8.8)
Trong đó:
D - đường kính [mm];
A - diện tích của xylanh [cm
2
]
Q - lưu lượng [lít/phút];
v - vận tốc [m/phút].

Hình 8.13 Quan hệ giữa Q, v và A
8.3.2. Công thức tính toán bơm và động cơ dầu
a, Lưu lượng Q, số vòng quay n và thể tích dầu trong một vòng quay V
Ta có: Q
v
= n.V (8.14)
- Lưu lượng bơm:
Q
v
= n.V.
v
.10
-3
(8.15)
- Động cơ dầu:

3

10.
.


v
v
Vn
Q

(8.16)
Trong đó:
Q
v
- lưu lượng [lít/phút];
n - số vòng quay [vòng/phút];
V - thể tích dầu/vòng [cm
3
/vòng]
 - hiệu suất [%].

Hình 8.14 Lưu lượng, số vòng quay, thể tích
99


b. Áp suất, mômen xoắn, thể tích dầu trong một vòng quay V
Theo định luật Pascal, ta có:
V
M
p
x


(8.17)
Áp suất của bơm:
10.
.
V
M
p
hmx

 (8.18)
Áp suất động cơ dầu:
10.
.
hm
x
V
M
p

 (8.19)
Trong đó:
p [bar];
M
x
[N.m];
V [cm
3
/vòng];


hm
[%].

Hình 8.15 Áp suất, thể tích, mômen xoắn
c. Công suất, áp suất, lưu lượng
Công suất của bơm tính theo công thức tổng quát là:
N = p.Q
v
(8.20)
- Công suất để truyền động bơm:
2
10.
.6
.


t
v
Qp
N

(8.21)
- Công suất truyền động động cơ dầu:
2
10.
6



tv

Qp
N

(8.22)
Trong đó:
N [W], [kW];
p [bar], [N/m
2
]
Q
v
[lít/phút], [m
3
/s];

t
[%].
100

Lưu lượng của bơm về lý thuyết không phụ thuộc và áp suất (trừ bơm ly tâm), mà chỉ phụ thuộc
vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó. Nhưng trong thực tế do sự rò rỉ qua khe hở giữa các
khoang hút và khoang đẩy, nên lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết và giảm dần khi áp suất
tăng.
Một yếu tố gây mất mát năng lượng nữa là hiện tượng hỏng. Hiện tượng này thường xuất hiện, khi
ống hút quá nhỏ hoặc dầu có độ nhớt cao.
Khi bộ lọc đặt trên đường hút bị bẩn, cùng với sự tăng sức cản của dòng chảy, lưu lượng của bơm
giảm dần, bơm làm việc ngày một ồn và cuối cùng tắc hẳn. Bởi vậy cần phải lưu ý trong lúc lắp ráp làm
sao để ống hút to, ngắn và thẳng.