Lý thuyết cơ bản về thủy lực

093281 EN

Thuyỷ lửùc
Giaựo trỡnh trỡnh ủoọ cụ baỷn







P
A
T
T
1Z1
0M10P1
50 l
1V3
1V2
0Z2
0Z1
3
T
P
P
1V1
M
1A
m

Số đặt hàng: 093281
Mô tả: HYDRAUL.LEHRB
Mã hàng: D:LB-TP501-1-GB
Xuất bản: 11/2003
Tác giả: D. Merkle, B.Schrader, M. Thomes

Đồ hoạ: D. Schwarzenberger
Trình bầy: 25.11.2003, M. Gưttfert, G. Heigl, W. Schreiner
Biên dòch: Phan Thanh Minh, Provina HCM



© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf/Germany, 2003
Internet: www.festo.com/didactic
e-mail:

Sao chép, phân phối và sử dụng tài liệu này cũng như liên hệ nội dung của tài
liệu này sang tài liệu khác không được sự đồng ý của tác giả bò ngăn cấm. Người
sai phạm sẽ phải chòu hoàn toàn trách nhiệm pháp lý về bồi thường thiệt hại.
Bản quyền đã được đăng ký, đặc biệt quyền về các quy đònh liên quan đến
bằng phát minh, thiết kế và kiểu dáng.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
3

1 Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực __________________________________ 7
1.1 Thuỷ tónh _____________________________________________________ 8
1.2 Thuỷ lực trên xe máy__________________________________________ 10
1.3 So sánh thuỷ lực với các môi trường điều khiển khác_______________ 11


2 Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực ________________________ 13
2.1 Áp suất______________________________________________________ 13
2.2 Sự truyền áp suất _____________________________________________ 18
2.3 Sự truyền năng lượng __________________________________________ 19
2.4 Sự truyền dòch chuyển_________________________________________ 21

2.5 Chuyển đổi áp suất ___________________________________________ 23
2.6 Lưu tốc ______________________________________________________ 25
2.7 Phương trình liên tục __________________________________________ 26
2.8 Đo áp suất___________________________________________________ 30
2.9 Đo nhiệt đo __________________________________________________ 31
2.10 Đo Lưu tốc___________________________________________________ 31
2.11 Kiểu dòng chảy_______________________________________________ 31
2.12 Ma sát, tổn thất nhiệt độ, áp suất _______________________________ 35
2.13 Năng lượng và động lực _______________________________________ 41
2.14 Xâm thực ____________________________________________________ 51
2.15 Những điểm tiết lưu___________________________________________ 53


3 Dầu thuỷ lực_________________________________________________ 57
3.1 Nhiệm vụ của dầu thuỷ lực_____________________________________ 57
3.2 Các chủng loại dầu thuỷ lực____________________________________ 58
3.3 Các đặc tính và yêu cầu _______________________________________ 59
3.4 Độ nhớt _____________________________________________________ 60


4 Các phần tử của hệ thống thuỷ lực______________________________ 67
4.1 Phần nguồn động lực__________________________________________ 67
4.2 Dầu thuỷ lực _________________________________________________ 67
4.3 Các van _____________________________________________________ 68
4.4 Xy lanh (cơ cấu chấp hành tònh tiến) ____________________________ 70
4.5 Động cơ (cơ cấu chấp hành quay) _______________________________ 71

Mục lục

Table of contents

4
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
5 Những ký hiệu đồ họa và mạch_________________________________ 73
5.1 Bơm và động cơ ______________________________________________ 73
5.2 Những van điều khiển hướng ___________________________________ 74
5.3 Các phương pháp điều khiển van _______________________________ 75
5.4 Van áp suất __________________________________________________ 76
5.5 Van tiết lưu __________________________________________________ 78
5.6 Van một chiều________________________________________________ 79
5.7 Xy lanh______________________________________________________ 80
5.8 Sự truyền năng lượng và điều kiện của môi trường áp suất __________ 82
5.9 Thiết bò đo___________________________________________________ 83
5.10 Tổ hợp các thiết bò____________________________________________ 83


6 Thiết kế và trình bày hệ thống thuỷ lực__________________________ 85
6.1 Phần điều khiển tín hiệu_______________________________________ 86
6.2 Phần nguồn thuỷ lực __________________________________________ 87
6.3 Phác thảo vò trí _______________________________________________ 90
6.4 Sơ đồ mạch __________________________________________________ 91
6.5 Các phần tử cùng thông số kỹ thuật _____________________________ 92
6.6 Sơ đồ chức năng______________________________________________ 94
6.7 Biểu đồ chức năng ____________________________________________ 95


7 Các phần tử của phần nguồn thuỷ lực ___________________________ 97
7.1 Động cơ_____________________________________________________ 97
7.2 Bơm ________________________________________________________ 99
7.3 Khớp nối ___________________________________________________ 107
7.4 Thùng dầu __________________________________________________ 107

7.5 Bộ lọc______________________________________________________ 109
7.6 Bộ làm mát _________________________________________________ 120
7.7 Bộ gia nhiệt_________________________________________________ 122


8 Các van ____________________________________________________ 123
8.1 Kích thước đònh mức _________________________________________ 123
8.2 Thiết kế ____________________________________________________ 125
8.3 Van đóa ____________________________________________________ 126
8.4 Van con trượt________________________________________________ 127
8.5 Bù khe piston _______________________________________________ 129
8.6 Sườn điều khiển _____________________________________________ 134


© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
5

9 Van áp suất_________________________________________________ 137
9.1 Van an toàn_________________________________________________ 137
9.2 Van điều chỉnh áp suất _______________________________________ 144


10 Những van điều khiển hướng__________________________________ 149
10.1 Van 2/2 ____________________________________________________ 153
10.2 Van 3/2 ____________________________________________________ 157
10.3 Van 4/2 ____________________________________________________ 159
10.4 Van 2/2 ____________________________________________________ 162


11 Van một chiều ______________________________________________ 167

11.1 Van một chiều_______________________________________________ 168
11.2 Van trợ lực điều khiển một chiều_______________________________ 172
11.3 Van trợ lực điều khiển hai chiều _______________________________ 175


12 Van tiết lưu _________________________________________________ 179
12.1 Van tiết lưu trụ và côn ________________________________________ 180
12.2 Van tiết lưu một chiều ________________________________________ 184
12.3 Van một chiều điều khiển phụ trợ ______________________________ 185


13 Xy lanh thuỷ lực_____________________________________________ 193
13.1 Xy lanh tác động đơn_________________________________________ 194
13.2 Xy lanh tác động kép_________________________________________ 196
13.3 Giảm chấn cuối hành trình____________________________________ 199
13.4 Làm kín ____________________________________________________ 200
13.5 Kiều gá lắp _________________________________________________ 202
13.6 Xả khí______________________________________________________ 202
13.7 Đặc tính____________________________________________________ 203
13.8 Trở kháng __________________________________________________ 205
13.9 Chọn xy lanh________________________________________________ 207


14 Động cơ thuỷ lực ____________________________________________ 211


6
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
15 Phụ kiện____________________________________________________ 215
15.1 Ống mềm___________________________________________________ 217

15.2 Đường ống cứng _____________________________________________ 223
15.3 Đế van _____________________________________________________ 226
15.4 Van xả khí__________________________________________________ 228
15.5 Áp kế ______________________________________________________ 229
15.6 Cảm biến áp suất ____________________________________________ 230
15.7 Thiết bò đo lưu tốc ___________________________________________ 231


16 Phụ lục_____________________________________________________ 233

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
7


Các hệ thống thủy lực được sử dụng trong các nhà máy sản xuất hiện đại và các
dây chuyền chế tạo.

Nói đến thủy lực, chúng ta đề cập đến việc tạo lực và chuyển động bằng dầu
thủy lực. Dầu thủy lực tượng trưng cho môi chất của sự truyền năng lượng.

Nội dung của quyển sách này trình bày về môn thủy lực và các lónh vực ứng
dụng của nó. Chúng ta bắt đầu với danh mục các lónh vực áp dụng chính của
thủy lực.

Vò trí của thủy lực trong công nghệ tự động hóa hiện đại cho thấy phạm vi rộng
của các ứng dụng mà chúng ta có thể sử dụng. Khác biệt cơ bản giữa:
• Thuỷ tónh

• và thuỷ lực cơ động

Ví dụ, các hệ thống thủy lực cơ động được đặt trên trên bánh xe di chuyển hay
đường ray, không giống như các hệ thống thủy lực cố đònh, trong đó phần lớn
được đặt cố đònh tại một vò trí. Các đặc trưng của thủy lực cơ động là các van
được thường xuyên vận hành bằng tay. Trong khi đó, đối với thủy tónh phần lớn
van điện từ được sử dụng.

Các lónh vực ứng dụng khác bao gồm hàng hải, hầm mỏ và hàng không. Thủy
lực trong hàng không giữ một vai trò đặc biệt do các biện pháp an toàn là một
yếu tố quan trọng. Trong các trang kế tiếp, một số các ứng dụng tiêu biểu sẽ
được làm rõ về các nhiệm vụ có thể thực hiện với các hệ thống thủy lực.

1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
Thuỷ lực có nghóa là gi?
1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
8
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Các lónh vực ứng dụng dưới đây đặc biệt phù hợp cho thủy tónh:
• Sản xuất và lắp ráp máy móc các loại
• Các băng chuyền chuyển tải
• Thiết bò nâng và chuyên chở
• Máy ép
• Máy dập khuôn mẫu
• Băng chuyền
• Thiết bò nâng

Thiết kế máy công cụ là một lónh vực ứng dụng tiêu biểu

Máy tiện
Trong các máy công cụ CNC hiện đại, dụng cụ và phôi được kẹp lại với nhau
bằng thủy lực. Chuyển động của trục quay và ăn dao được thực hiện bằng thủy
lực.
1.1
Thuỷ tónh
1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
9


Máy ép với thùng dầu trên cao


1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
10
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Các lónh vực ứng dụng tiêu biểu của thủy lực cơ động gồm:
• Thiết kế máy
• Xe ben, xe máy đào, bệ nâng
• Thiết bò nâng và băng chuyền
• Máy nông nghiệp

Thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy. Ví dụ trên máy
đào không phải tất cả các thao tác (như các chuyển động nâng, kẹp và quay)
được tạo ra bằng thủy lực, nhưng cơ chế truyền động được điều khiển bằng thủy
lực. Các chuyển động thẳng được tạo ra bởi cơ cấu chấp hành tònh tiến (xy lanh)
và chuyển động quay bằng cơ cấu chấp hành quay (Động cơ, động cơ quay).

Thuỷ lực cơ động

1.2
Thuỷ lực cơ động
15. Các phụ kiện
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
11

Những công nghệ khác kế với thủy lực cũng có thể được sử dụng trong công
nghệ điều khiển để tạo lực, chuyển động và tín hiệu:
• Cơ khí
• Điện
• Khí nén

Một điều rất quan trọng cần nhớ ở đây là mỗi công nghệ có một lónh vực ứng
dụng phù hợp riêng. Bảng liệt kê trong trang kế tiếp mô tả và so sánh các số liệu
tiêu biểu cho ba công nghệ thông dụng nhất – điện, khí nén và thủy lực. Sự so
sánh làm hiện rõ những ưu điểm quan trọng của thủy lực là:

• Truyền lực lớn với các cơ phận nhỏ; có nghóa cường độ năng suất lớn
• Đònh vò chính xác
• Khởi động với tải lớn
• Chuyển động độc lập với tải trọng, do chất lỏng rất khó nén và có thể sử
dụng van tiết lưu
• Vận hành êm và có cơ cấu đảo chiều
• Điều khiển và điều chỉnh dễ dàng
• Thải nhiệt tốt

So với các công nghệ khác, thủy lực có khuyết điểm sau:
• Dầu bẩn gây ô nhiễm môi trường (nguy cơ gây cháy và tai nạn)
• Dễ nhiễm bẩn
• Áp suất thừa gây nguy hiểm
• Nhiệt độ tùy thuộc vào sự thay đổi của độ nhớt
• Hệ số hiệu suất không thuận lợi


















1.3
So sánh thuỷ lực với các
môi trường điều khiển
khác
1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
12

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501


Điện Thủy lực Khí nén
Rò rỉ
Chất bẩn Không khuyết điểm ngoại trừ mất
năng lượng
Tác động môi trường
Nguy cơ gây nổ trong một số khu
vực nhất đònh, không nhạy với
thay đổi với nhiệt độ.
Nhạy thay đổi trong trường hợp
nhiệt độ giao động, nguy cơ gây
cháy do rò rỉ.
Không nổ, không nhạy thay đổi
với nhiệt độ.
Trữ năng lượng
Khó, chỉ một lượng nhỏ bằng ắc
quy.
Giới hạn, với các chất khí. Dễ dàng
Truyền năng lượng
Tổn thất năng lượng không giới
hạn
Đến khoảng 100m,
vận tốc dòng chảy v = 2 – 6 m/s,
tốc độ tín hiệu đến 1000 m/s.
Đến khoảng 1000 m,
vận tốc dòng chảy v = 20 – 40
m/s,
Vận tốc tín hiệu 20 – 40 m/s.

Vận tốc làm việc
v = 0.5 m/s v = 1.5 m/s
Thấp Cao Rất cao
Chi phí cung cấp
năng lượng
0.25 : 1 : 2.5
Chuyển động thẳng
Khó và đắt tiền, lực nhỏ, chỉ có
thể điều chỉnh vận tốc với chi phí
cao
Sử dụng xy lanh đơn giản, dễ
dàng điều khiển vận tốc, lực rất
lớn.
Sử dụng xy lanh đơn giản, lực giới
hạn, vận tốc nhanh, tùy thuộc vào
tải.
Chuyển động quay
Đơn giản và mạnh Đơn giản, mô men quay lớn, vận
tốc thấp.
Đơn giản, không hiệu quả, vận
tốc cao.
Đònh vò chính xác
Chính xác đến ±1 µm và dễ thực
hiện
Chính xác đến ±1 µm có thể đạt
tùy theo phí tổn.
Không tải có thể đạt độ chính xác
1/10 mm.
Tính ổn đònh
Có thể đạt được các giá trò cao

nhờ các kết nối cơ học.
Cao, bởi dầu gần như không thể
nén đước, thêm vào đó, áp suất
cao hơn rõ rệt so với khí nén.
Thấp, không khí có thể nén được.
Lực
Không xảy ra quá tải. Hiệu suất
thấp vì các bộ phận cơ khí trên
đường ống. Có thể đạt được lực
rất cao.
Bảo vệ chống quá tải, áp suất có
thể lên đến 600 bar, có thể đạt
được lực rất lớn F
<
3000 kN.
Bảo vệ chống quá tải, lực giới
hạn bởi áp suất và đường kính xy
lanh F
<
30 kN at 6 bar.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
13


Thủy lực là ngành khoa học về lực và mô men được truyền bằng chất lỏng. Thủy
lực thuộc về cơ học chất lỏng. Một sự khác biệt giữa thủy tónh – hiệu ứng động
học được tạo ra bởi áp suất nhân với tiết diện – và thủy động học – hiệu ứng
động học được tạo ra bởi khối lượng nhân với gia tốc.



Cơ học chất lỏng
Áp suất thủy tónh là áp suất tăng trên một mức nhất đònh trong một chất lỏng có
trọng lượng là khối lượng của chất lỏng.

p
s
= h ⋅ ρ ⋅ g

p
s
= áp suất thủy tónh (Áp suất trọng trường) [Pa]
h = chiều cao cột chất lỏng [m]
ρ = mật độ chất lỏng [kg/m
3
]
g = gia tốc trọng trường [m/s
2

]

Theo Hệ thống đơn vò quốc tế SI, áp suất được biểu diễn bằng cả hai đơn vò
Pascal và bar. Mực chất lỏng được biểu diễn bằng đơn vò “mét”, mật độ chất
lỏng “kilograms trên mét khối” và gia tốc trọng trường “mét trên giây bình
phương”.
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
2.1
Áp suất
Áp suất thủy tónh
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
14
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Áp suất thủy tónh, hay gọi một cách đơn giản “Áp suất”, không tùy thuộc vào
kiểu bình chứa được sử dụng. Nó hoàn toàn tùy thuộc vào chiều cao và mật độ
của cột chất lỏng.



Áp suất thủy tónh
Cột: h = 300 m
ρ = 1000 kg/m
3

g = 9.81 m/s
2
= 10 m/s
2

p
S
= h ⋅ ρ ⋅ g = 300 m ⋅ 1000
3
m
kg
⋅ 10
2
s
m
= 3 000 000
23
sm
mkgm
⋅
⋅⋅
= 3 000 000
2
m
N

p
S
= 3 000 000 Pa = 30 bar

Thùng dầu: h = 15 m
ρ = 1000 kg/m
3

g = 9.81 m/s

2
= 10 m/s
2


p
S
= h ⋅ ρ ⋅ g = 15 m ⋅ 1000
3
m
kg
⋅ 10
2
s
m
= 150 000
23
sm
mkgm
⋅
⋅⋅
= 150 000
2
m
N

p
S
= 150 000 Pa = 1,5 bar

Thùng dầu trên: h = 5 m
ρ = 1000 kg/m
3

g = 9.81 m/s
2
= 10 m/s
2


p
S
= h ⋅ ρ ⋅ g = 5 m ⋅ 1000
3
m
kg
⋅ 10
2
s
m
= 50 000
23
sm
mkgm
⋅
⋅⋅
= 50 000
2
m
N

p
S
= 50 000 Pa = 0,5 bar

2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
15

Mỗi người tác động một áp suất riêng p lên đôi chân của mình. Giá trò của áp
suất này tùy thuộc vào lực tác động bởi trọng lượng F và kích thước của tiết diện
A mà trọng lượng tác động lên đó.

A
1
A
2
F
F

Lực, tiết diện
Hình vẽ trên cho thấy hai vật thể có đế khác nhau (A
1
and A
2
). Tuy hai vật thể
có cùng khối lượng giống nhau, một lực giống nhau được tạo ra bởi trọng lượng
(F) tác động lên đế. Tuy nhiên, áp suất tác động khác nhau bởi kích thước đế
khác nhau. Khi lực tác động do trọng lượng tạo ra giống nhau, một áp suất cao
hơn được tạo ra trong trường hợp một đế nhỏ hơn một đế khác có kích thước lớn

hơn (“bút chì” hoặc hiệu ứng “tập trung”).

Hiện tượng trên được mô tả qua công thức dưới đây:

A
F
p =

Đơn vò: 1 Pa = 1
2
m
N

1 bar = 100 000
2
m
N
= 10
5
Pa

p = Áp suất Pascal [Pa]
F = Lực Newton [N] 1 N = 1
2
s
mkg⋅

A = Tiết diện mét bình phương [m
2
]

Chuyển đổi công thức để thành công thức tính lực và tiết diện:

2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
16
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Một xy lanh được cấp một áp suất 100 bar, bề mặt tác động của pit tông tương
đương 7.85 cm
2
. Hãy tìm lực tác động tối đa.

Cho p = 100 bar = 1000 N/cm
2

A = 7.85 cm
2


F = p ⋅ A =
2
2
cm
cm85.7N1000 ⋅
= 7850 N


Một bàn nâng nâng một tải trọng 15 000 N và có áp suất 75 bar.

Bề mặt của pit tông A phải lớn bao nhiêu?

Cho: F = 15 000 N
P = 75 bar = 75 ⋅ 10
5
Pa

N
mN
002.0
Pa1075
N00015
p
F
A
2
5
⋅
=
⋅
== = 0.002 m
2
= 20 cm
2



Thay vì giải các phép tính, người ta có thể sử dụng một sơ đồ. Không cần quan
tâm đến cần pit tông.

Cho: Lực F = 100 kN
Áp suất làm việc p = 350 bar.

Đường kính pit tông lớn bao nhiêu?
Đọc được: d = 60 mm
Ví dụ
Ví dụ
Ví dụ
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
17

2.5
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150

200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1500
2000
3000
kN
Force
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
150
200
250
mm

400
Piston diamete
r
350 bar
300 bar
200 bar
160 bar
125 bar
100 bar
80 bar
50 bar
(5000 kPa)

Đường kính pit tông, lực và áp suất

2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
18
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Nếu một lực F
1
tác động lên thiết diện A
1
trên một chất lỏng đóng kín, một áp
suất p được tạo ra và lan rộng ra toàn bộ chất lỏng (đònh luật Pascal). Áp suất tác
động lên mỗi điểm trong hệ thống kín (xem sơ đồ).



Sự truyền áp suất
Trên thực tế các hệ thống thủy lực hoạt động với áp suất rất cao, do đó có thể

loại bỏ áp lực thủy tónh (xem ví dụ). Do đó, khi tính áp lực của chất lỏng, các
phép tính chỉ thuần dựa trên áp suất được tạo ra do các lực bên ngoài. Vì thế áp
suất giống nhau tác động lên các bề mặt A
2
, A
3
cũng giống như A
1
. Đối với các
vật rắn, hiện tượng này được diễn tả theo công thức sau:

A
F
p =


Cho: A
1
= 10 cm
2
= 0.001 m
2

F = 10 000 N

22
m
N
00000010
m001.0

N00010
A
F
p ===
= 100 ⋅ 10
5
Pa (100 bar)

2.2
Sự truyền áp suất
Ví dụ
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
19

Cho: P = 100 ⋅ 10
5
Pa
A
2
= 1 cm
2
= 0.0001 m
2


N1000
m
mN
1000m0001.0Pa10100ApF

2
2
25
=
⋅
=⋅⋅=⋅=



Áp suất giống nhau tác động lên mỗi điểm của hệ thống kín. Vì thế, hình dạng
của bình chứa không quan trọng.



Sự truyền năng lượng
Khi một bình chứa được tạo ra như trong hình vẽ, có thể truyền lực. Áp suất chất
lỏng có thể được mô tả dựa theo các đẳng thức sau:

1
1
1
A
F
p =
và
2
2
2
A
F

p =


Các đẳng thức dưới đây được áp dụng khi hệ thống cân bằng:

p
1
= p
2


Khi hai đẳng thức bằng nhau sẽ cho công thức dưới đây:

2
2
1
1
A
F
A
F
=

Các giá trò F
1
và F
2
và
A
1

và A
2
có thể được tính bằng công thức này.

Ví dụ
2.3
Sự truyền năng lượng
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
20
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Ví dụ, F
1
và A
2
được tính như sau:

2
21
1
A
FA
F
⋅
= và
1
21
2
F
FA
A

⋅
=

Các lực nhỏ từ pit tông có thể tạo ra các lực lớn hơn bằng cách mở rộng bề mặt
làm việc của pit tông. Đó là nguyên lý cơ bản được ứng dụng trong mỗi hệ
thống thủy lực từ kích cho đến bệ nâng. Lực F
1
phải đủ lớn để áp suất của chất
lỏng vượt qua ma sát do tải trọng (xem ví dụ).


Một xe cơ giới được nâng bởi một kích thủy lực. Trọng khối m bằng 1500 kg.
Lực F
1
đòi hỏi tại pit tông là bao nhiêu?



Sự truyền năng lượng
Cho: Tải trọng m = 1500 kg

Lực tạo ra do trọng lượng F
2
= m. g =
N00015
s
m
10kg1500
2
=⋅

Cho: A
1
= 40 cm
2
= 0.004 m
2

A
2
= 1200 cm
2
= 0.12 m
2


N500
m12.0
N00015m004.0
A
FA
F
2
2
2
21
1
=
⋅
=

⋅
=

Ví dụ
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
21

Có thể chứng minh là lực F
1
bằng 100 N quá lớn để tác động bằng tay. Kích
thước bề mặt pit tông A
2
phải lớn như thế nào khi chỉ có một lực pit tông F
1
=
100 N tác động?

2
2
1
21
2
2
21
1
m6.0
N100
N00015m004.0
F

FA
A
A
FA
F
=
⋅
=
⋅
=
⋅
=



Nếu một tải trọng F
2
được nâng ở khoảng cách s
2
theo nguyên lý được mô tả ở
trên, pit tông P
1
phải dòch chuyển một lượng chất lỏng nhất đònh để nâng pit
tông P
2
ở khoảng cách s
2
.

Sự dòch chuyển
Thể tích dòch chuyển cần thiết được tính như sau:

V
1
= s
1
. A
1
và V
2
= s
2
. A
2


Bởi thể tích dòch chuyển tương tự nhau (V
1
= V
2
), phương trình dưới đây được sử
dụng:

s
1
. A
1
= s

2
. A
2


Do đó chúng ta có thể thấy khoảng cách s
1
phải lớn hơn khoảng cách s
2
bởi
thiết diện A
1
nhỏ hơn thiết diện A
2
.

Ví dụ
2.4
Sự dòch chuyển

2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
22
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Sự dòch chuyển của pit tông theo tỷ lệ nghòch với thiết diện của nó. Đònh luật
này có thể sử dụng để tính các giá trò s
1
và s
2
. Ví dụ, cho s
2

và A
1
.

2
11
2
A
As
s
⋅
= và
1
22
1
s
As
A
⋅
=



Ví dụ
Cho: A
1
= 40 cm
2

A

2
= 1200 cm
2

s
1
= 15 cm

2
2
2
2
11
2
cm5.0
cm
cmcm
1200
4015
A
As
s =
⋅⋅
=
⋅
=


Cho: A
2

= 1200 cm
2

s
1
= 30 cm
s
2
= 0.3 cm

2
2
2
22
1
cm12
cm
cmcm
30
12003.0
A
As
A =
⋅⋅
=
⋅
=


2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
23


Áp suất truyền động
Áp suất thủy tónh p
1
sinh ra một lực F
1
trên thiết diện A
1
được truyền qua cần pit
tông đến pit tông nhỏ. Như thế, lực F
1
tác động lên thiết diện A
2
và tạo ra áp
suất thủy tónh p
2
. Bởi thiết diện A
2
nhỏ hơn thiết diện A
1
, áp suất p
2
lớn hơn áp
suất p
1
. Có thể áp dụng đònh luật sau:

A
F
p =

Từ đây có thể lập các đẳng thức sau cho các lực F
1
và F
2
:

F
1
= p
1
⋅ A
1
và F
2
= p
2
⋅ A
2


Bởi hai lực bằng nhau (F
1
= F
2
), các đẳng thức tương ứng:

P
1
⋅ A
1
= p
2
⋅ A
2


Các giá trò p
1
, A
1
và A
2
có thể dẫn ra từ công thức này để tính.

Ví dụ, các đẳng thức dưới đây cho kết quả p
2
và A
2
:

2
11
2
A
Ap
p

⋅
=
và
2
11
2
p
Ap
A
⋅
=



2.5
Áp suất truyền động
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
24
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Trong trường hợp xy lanh tác động kép, có thể tạo ra áp suất cao khi dòng chảy
từ thiết diện của cần pit tông bò chặn.



Áp suất truyền động bởi xy lanh tác động kép
Cho: P
1
= 10 ⋅ 10
5
Pa

A
1
= 8 cm
2
= 0.0008 m
2

A
2
= 4.2 cm
2
= 0.00042 m
2


)bar19(Pa1019
mm
mN
00042.0
0008.01010
A
Ap
p
5
22
25
2
11
2
⋅=

⋅
⋅⋅⋅
=
⋅
=



Cho: p
1
= 20 ⋅ 10
5
Pa
p
2
= 100 ⋅ 10
5
Pa
A
1
= 8 cm
2
= 0.0008 m
2


22
2
5
5

2
11
2
cm6.1m00016.0
Pa
mPa
10100
0008.01020
p
Ap
A ==
⋅
⋅
⋅⋅
=
⋅
=




2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
25

Lưu tốc là một khái niệm để mô tả thể tích của chất lỏng chảy qua một ống dẫn
trong một chu kỳ thời gian riêng. Ví dụ, cần một khoảng thời gian chừng 1 phút
để nước chảy đầy một xô nước 10 lít. Như thế, lưu tốc khoảng chừng 10 l/min.

Lưu tốc
Trong thủy lực, lưu tốc được gọi là Q. Có thể ứng dụng đẳng thức dưới đây:

t
V
Q
=


Q = Lưu tốc [m
3
/s]
V = Thể tích [m
3
]
t = Thời gian [s]


Các đẳng thức cho thể tích (V) và thời gian (t) có thể dẫn ra từ công thức tính lưu
tốc. Theo đẳng thức dưới đây:

V = Q. t

2.6
Lưu tốc