thiết kế hệ thống tđtl ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng 1000kn

Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
MỤC LỤC
1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 4
2. Giới thiệu chung về truyền động thủy lực 4
2.1. Khái niệm về truyền động thủy lực 4
2.2. Ưu - nhược điểm của truyền động thủy lực 4
2.3. Phân loại hệ thống truyền động thủy lực 5
2.4. Yêu cầu của chất lỏng làm việc trong hệ thống truyền động thủy lực 5
3. Truyền động thủy lực thủy tĩnh (truyền động thủy lực thể tích) 6
3.1. Giới thiệu chung 6
3.2. Nguyên lý hoạt động của truyền động thủy lực thể tích 7
3.3. Các loại sơ đồ của hệ thống truyền động thủy lực thể tích 11
4. Máy thủy lực thể tích 14
4.1 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng của các máy thủy lực thể tích 14
4.2 Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích 14
4.3 Bơm và động cơ thủy lực piston 16
4.4 Máy thủy lực rôto 26
4.4.1. Giới thiệu chung 26
4.5 Bơm và động cơ thủy lực piston rôto 42
5. Các phần thủy lực cơ bản trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích 48
5.1 Cơ cấu phân phối. 48
5.2 Cơ cấu tiết lưu 53
5.3 Các loại van 55
5.4 Các bộ phận khác 62
6. Điều khiển và ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành 71
6.1 Điều khiển vận tốc cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền động thủy lực 71
6.2 Ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành 78
7. Tính toán hệ thống truyền động thủy lực ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu
tải trọng biến thiên tới 1000kN 86
7.1 Lựa chọn sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực 86

7.2 Tính chọn xylanh thủy lực 87
7.3 Tính chọn bơm dầu 90
7.4 Động cơ dẫn động bơm dầu 94
1
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
7.5 Tính toán ống dẫn dầu 95
7.6 Tính toán van an toàn cho hệ thống 96
7.7 Tính toán bộ điều tốc 99
7.8 Chọn thể tích thùng chứa 101
8. Xây dựng mô hình thực nghiệm 101
8.1 Mục đích của mô hình thực nghiệm 101
8.2 Yêu cầu của mô hình 101
8.3 Phương án bố trí mô hình 102
8.4 Tính toán kiểm nghiệm các thông số của mô hình 102
113
9. Kết quả và hướng phát triển của đề tài 113
[12] tháng 5 năm 2010.118
2
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
LỜI NÓI ĐẦU
Sau 5 năm học tập tại trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng, sinh viên chúng
em đã hoàn thành chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Cơ Khí Động Lực. Để
kết thúc chương trình đào tạo và coi như một lần tổng duyệt giúp sinh viên vận
dụng kiến thức đã học tại nhà trường để áp dụng giải quyết cho một nhiệm vụ kỹ
thuật cụ thể, vận dụng các vấn đề về lý thuyết cũng như thực tế để làm quen với
công việc mà sau này để bước vào đời sau khi rời ghế nhà trường. Được sự cho
phép của ban lãnh đạo khoa Cơ Khí Giao Thông và các thầy cô trong bộ môn Thủy
Khí Và Máy Thủy Khí, chúng em gồm hai sinh viên Hoàng Thế An và Nguyễn

Văn Linh cùng nhau thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình ổn định vận
tốc cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền động thủy lực” đây là đề tài mang
tính lý thuyết và thực tế cao, sinh viên được nghiên cứu lý thuyết về truyền động
thủy lực, tìm hiểu quá trình điều khiển vận tốc cơ cấu chấp hành trong hệ thống
truyền động thủy lực, các phương án nâng cao độ ổn định trong điều khiển thủy lực
khi tải trọng tác dụng lên cơ cấu chấp hành thay đổi, sau đó sinh viên được vận
dụng những kiến thức về truyền động thủy lực cũng như về cơ khí nói chung để chế
tạo mô hình thực nghiệm minh họa cho những cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu tìm
hiểu.
Khi thực hiện đồ án này, bản thân chúng em cũng đã cố gắng tìm tòi, nghiên
cứu các tài liệu một cách nghiêm túc và mong muốn là đồ án đạt kết quả tốt nhất.
Tuy nhiên vì bản thân còn ít kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Một lần nữa Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tụy truyền
đạt các kiến thức quý báu cho chúng Em. Đặc biệt, chúng em xin gởi lời biết ơn
đến thầy Lê Minh Đức, đã quan tâm giúp đỡ trong suốt quá trình làm việc, chúng
em xin cảm ơn tất cả các thầy trong bộ môn thủy khí và máy thủy khí đã đóng góp ý
kiến để tạo điều kiện thuận lợi cho bản thân chúng em hoàn thành đề tài.
Đà Nẵng, ngày 1 tháng 06 năm 2010
Sinh viên thực hiện:
Hoàng Thế An Nguyễn Văn Linh
3
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài
Với những ưu điểm cơ bản, truyền động thủy lực ngày càng được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Ở nước ta hiện nay trong nhiều máy
công cụ, máy nông nghiệp, máy vận chuyển, máy xây dựng, khai thác mỏ, địa chất,
vận tải,.v.v. đã có nhiều bộ phận dùng đến truyền động thủy lực. truyền động thủy
lực có nhiều ưu điểm, dễ dàng điều khiển tự động hóa vận tốc cơ cấu chấp hành,
quá trình điều khiển yêu cầu độ chính xác cao như trong các máy công cụ, các cơ

cấu cấp phôi, các thiết bị nâng hạ chi tiết, những cơ cấu chịu tải trọng thay đổi, chất
lượng sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp bởi tính chính xác về điều chỉnh và ổn định
vận tốc cơ cấu chấp hành.
Đây là đề tài mang tính lý thuyết và thực tế cao, sinh viên được nghiên cứu lý
thuyết về truyền động thủy lực, tìm hiểu quá trình điều khiển vận tốc cơ cấu chấp
hành trong hệ thống truyền động thủy lực, tìm hiểu các phương án nâng cao độ ổn
định trong điều khiển thủy lực khi tải trọng tác dụng lên cơ cấu chấp hành thay đổi,
sau đó sinh viên được vận dụng những kiến thức về truyền động thủy lực cũng như
về cơ khí nói chung để chế tạo mô hình thực nghiệm minh họa cho những cơ sở lý
thuyết đã nghiên cứu tìm hiểu.
2. Giới thiệu chung về truyền động thủy lực
2.1. Khái niệm về truyền động thủy lực
Truyền động thủy lực (truyền động thủy khí) là tổ hợp các cơ cấu thủy lực và
máy thủy lực, dùng môi trường chất lỏng làm không gian để truyền năng lượng từ
bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác, trong đó có thể biến đổi vận tốc, mômen và
biến đổi dạng theo quy luật chuyển động.
2.2. Ưu - nhược điểm của truyền động thủy lực
Truyền động thủy lực có ưu điểm chung là:
- Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động trong điều chỉnh vận tốc
chuyển động của bộ phận làm việc, thực hiện ngay khi máy đang làm việc.
- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với
nhau, các bộ phận nối thường là những đường ống dễ đổi chỗ.
- Đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải
trọng ngoài.
- Do chất lỏng làm việc trong truyền động thủy lực chủ yếu là dầu nên có điều
kiện bôi trơn rất tốt các chi tiết.
- Truyền động êm dịu.
4
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN

- Cho phép đảo chiều chuyển động của bộ phận làm việc dễ dàng.
- Có thể phòng sự cố khi máy quá tải.
- Có thể thực hiện việc truyền động xa dễ dàng.
- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ, được dùng nhiều trong hệ thống tự động.
- Truyền động công suất làm việc lớn.
Tuy nhiên truyền động thủy lực cũng có những nhược điểm hạn chế phạm vi
sử dụng của nó:
- Vận tốc chuyển động bị hạn chế vì phải đề phòng sự va đập thủy lực khi thao
tác với các thiết bị, tổn thất cột áp, công suất và ngăn ngừa hiện tượng xâm thực.
- Khó khăn làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng dễ bị rò rỉ, hay bị không
khí bên ngoài lọt vào làm giảm hiệu suất và tính chất ổn định của truyền động.
Muốn khắc phục nhược điểm này cần có các kết cấu phức tạp và chế tạo khó khăn.
- Yêu cầu chất lỏng làm việc rất phức tạp: độ nhớt phải thích hợp (để tránh rò
rỉ nhiều và tổn thất năng lượng) và ít thay đổi khi nhiệt độ, áp suất thay đổi; hệ số
chịu nén nhỏ; ổn dịnh và bền vững về mặt tính chất hóa học; khó bị ôxy hóa, khó
cháy; ít hòa tan khí và hơi nước;.v.v.
2.3. Phân loại hệ thống truyền động thủy lực
Dựa vào nguyên lý làm việc, truyền động thủy lực được chia thành:
- Truyền động thủy lực thủy động: truyền năng lượng chủ yếu dựa vào vận tốc
của dòng chất lỏng.
- Truyền động thủy lực thủy tĩnh (truyền động thể tích): truyền năng lượng chủ
yếu dựa vào áp năng của dòng chất lỏng.
2.4. Yêu cầu của chất lỏng làm việc trong hệ thống truyền động thủy lực
Chất lỏng làm việc trong hệ thống truyền động thủy lực có nhiều loại khác
nhau: nước lã, dầu khoáng, dầu tổng hợp, các hỗn hợp cồn, glixêrin và các hóa chất
khác,.v.v.
Về nguyên lý thì các máy thủy lực đều có thể làm việc được với mọi chất lỏng
bởi vì các loại chất lỏng đều có thể truyền năng lượng trong phạm vi áp suất lơn.
Tuy nhiên không phải chất lỏng nào cũng phù hợp với điều kiện làm việc của các
máy thủy lực.

Chất lỏng làm việc trong các truyền động thủy lực cần phải hoàn thành chức
năng cơ bản là môi trường trung gian để truyền động, đồng thời cũng làm chất bôi
5
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
trơn các bộ phận làm việc. Vì vậy việc chọn chất lỏng làm việc trong các truyền
động thủy lực nhiều khi đòi hỏi phải giải quyết hợp lý các yêu cầu mâu thuẫn nhau:
để giảm bớt sự rò rỉ qua các bộ phận làm kín, cần chọn chất lỏng có độ nhớt lớn,
nhưng để giảm bớt ma sát của chất lỏng và tổn thất thủy lực lại cần chọn chất lỏng
có độ nhớt nhỏ,.v.v.
Tính chất của chất lỏng làm việc có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả, khả năng làm
việc và tuổi thọ của các bộ phận trong hệ thống truyền động thủy lực. Vì thế khi
chọn chất lỏng làm việc cần phải chú ý nhiều mặt để đáp ứng được các yêu cầu kỹ
thuật cơ bản. Chất lỏng làm việc trong hệ thống truyền động thủy lực phải đảm bảo
các yêu cầu sau:
- Có tính chống rỉ và ít bị phân hủy trong quá trình làm việc.
- Tính chịu nhiệt tốt và độ nhớt tương đối nhỏ để tăng độ nhạy và độ chính xác
các bộ phận điều khiển.
- Tính đồng nhất và tinh khiết.
- Không ăn mòn, không làm biến dạng các đệm lót kín.
- Tính ổn định môdun đàn hồi và khối lượng riêng, không được bốc hơi và tiêu
hao nhiều trong điều kiện làm việc.
- Có khả năng tạo màng dầu bền vững cho bề mặt kim loại.
- Hàm lượng không khí ít. Áp suất bay hơi bão hòa thấp, nhiệt độ sôi cao.
- Có tính dẫn nhiệt tốt, hệ số dãn nở nhiệt thấp.
- Không hút ẩm và không hòa tan trong nước, dễ dàng tách nước khi bị lẫn
vào.
- Không có mùi, không độc hại, không dễ cháy, dễ sản xuất, giá thành rẻ.
3. Truyền động thủy lực thủy tĩnh (truyền động thủy lực thể tích)
3.1. Giới thiệu chung

Như chúng ta đã biết truyền động thủy lực thể tích chủ yếu dựa vào tính chất
không nén được của chất lỏng để truyền áp năng, nhờ đó có thể truyền động được
xa mà ít tổn thất năng lượng. Để tạo được áp năng lớn, nâng cao công suất truyền,
trong truyền động thủy lực thể tích người ta sử dụng các máy thủy lực thể tích.
Hệ thống truyền động thủy lực thể tích gồm có ba phần:
- Nguồn cung cấp năng lượng (bơm).
- Cơ cấu chấp hành (động cơ thủy lực)
6
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
- Cơ cấu trung gian (biến đổi và điều chỉnh).
*) Nguyên lý biến đổi năng lượng chung:
Ban đầu, cơ năng của bộ phận cung cấp năng lượng được biến thành áp năng
của chất lỏng. Ở bộ phận chấp hành, áp năng của chất lỏng được biến thành cơ năng
của động cơ thủy lực làm chuyển động bộ phận chấp hành. Cơ cấu trung gian dùng
để điều chỉnh và điều khiển năng lượng dòng chất lỏng phù hợp với yêu cầu của
động cơ thủy lực.
*) Phân loại truyền động thủy lực thể tích:
Dựa vào dạng chuyển động của cơ cấu chấp hành có thể chia truyền động thủy
lực thể tích thành:
- Loại có chuyển động tịnh tiến.
- Loại có chuyển động quay.
- Loại có chuyển động tùy động.
3.2. Nguyên lý hoạt động của truyền động thủy lực thể tích
3.2.1. Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến
*) Sơ đồ và nguyên lý hoạt động:
Nhờ dẫn động cơ khí, piston của bơm 1 chuyển động tịnh tiến lên xuống. Khi
piston chuyển động lên, chất lỏng từ thùng chứa được hút qua van 3 vào xilanh của
bơm. Khi piston di chuyển xuống, van 3 bị đóng lại, chất lỏng trong xilanh bị nén
và đẩy qua van 2 đến cơ cấu phân phối sau đó đi vào khoang bên phải hoặc bên trái

của xilanh 6 (phụ thuộc vào vị trí của cơ cấu phân phối). Dưới áp lực cao của chất
lỏng trong khoang trái của xilanh lực (như hình vẽ), piston bị đẩy qua phải. Chất
lỏng trong khoang bên phải bị đẩy về lại thùng chứa. Muốn đảo chiều chuyển động
của piston ta chỉ cần xoay cơ cấu phân phối 90
0
.
Khi bị quá tải, piston sẽ dừng lại, áp suất ngăn trái tăng lên nén lò xo mở van
an toàn cho chất lỏng tháo về thùng chứa.
7
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
a
p
1
3
2
5
7
6
8 4
F
d
p
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến.
1- Bơm piston; 2- Van đẩy; 3- Van hút; 4- Thùng chứa dầu;
5- Cơ cấu phân phối; 6- Xilanh lực; 7- Van an toàn; 8- Lọc dầu.
*) Các tính toán:
- Vận tốc cơ cấu chấp hành:
Nếu coi chất lỏng là tuyệt đối không nén được và bỏ qua sự rò rỉ của chất lỏng
trong hệ thống thì lượng chất lỏng được bơm đẩy ra chính bằng lường chất lỏng vào

xilanh lực. x
B
.S
B
= x
Đ
.S
Đ
Trong đó: x
B
và x
Đ
- đoạn di chuyển của piston trong bơm và trong xilanh lực.
S
B
và S
Đ
- diện tích mặt làm việc của piston trong bơm và trong xilanh
lực.
Vận tốc của piston trong bơm và trong xilanh lực là: v =
dt
dx
+ Lưu lượng do bơm cấp:
BBB
SvQ .
=
+ Lưu lượng nạp vào xilanh lực:
DCDCDC
SvQ .
=

Trong đó: v
B
và v
DC
- vận tốc di chuyển của piston trong bơm và trong xilanh lực.
Nếu bỏ qua rò rỉ:
DCDCBB
DCB
SvSv
QQ
.
=
=
; Do đó:
B
B
DC
DC
DC
S
Q
S
Q
v
==
Nếu bỏ qua tổn thất cột áp:
8
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
+ Áp suất trong xialnh của bơm

B
B
S
F
p
=
được truyền đến xialnh lực và gây ra
lực làm cho piston chuyển động: F
DC
= p.S
DC
+ Công suất của bơm là: N
B
= p.Q
B
= F
B
.v
B
+ Công suất của xilanh lực: N
DC
= p.Q
DC
= F
DC
.v
DC
Ta có: N
B
= N

DC
(truyền công suất không mất mát).
Nếu trong sơ đồ truyền động trên ta dùng bơm rôto thì:
- Lưu lượng của bơm là: Q
B
= q
B
.n
B
Với: q
B
– là lưu lượng riêng của bơm.
n
B
– là số vòng quay của bơm trong một đơn vị thời gian.
- Ta có vận tốc của piston trong xilanh lực là :
DC
DC
B
B
BDC
S
Q
S
n
qv
==
- Công suất của bơm là : N
B
= p.Q

B
= p.q
B
.n
B
3.2.2. Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động quay
a
p
3
2
1
4
Hình 3-2 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực thể tích có chuyển động quay.
1-Bơm rôto; 2- Van an toàn; 3- Cơ cấu phân phối; 4- Động cơ thủy lực.
Chất lỏng từ thùng chứa vào bơm, qua cơ cấu phân và đi vào động cơ thủy lực
sau đó về lại thùng chứa. Van an toàn được lắp sau bơm để tháo chất lỏng về thùng
chứa khi có quá tải.
- Lưu lượng tiêu thụ của động cơ rôto là : Q
DC
= q
DC
.n
DC
9
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Trong đó : q
DC
– lưu lượng riêng của động cơ thủy lực.
n

DC
- số vòng quay của động cơ.
Vận tốc quay của động cơ thủy lực là : n
DC
= n
B
DC
B
q
q
- Mômen quay của động cơ thủy lực : M
DC
=
DC
DC
n
N
2
π
Do N
DC
= p.q
DC
.n
DC
nên: M
DC
=
π
.2

.
DC
qp
*) Nhận xét:
- Nếu bỏ qua tổn thất lưu lượng, áp suất thì vận tốc của động cơ thủy lực (có
chuyển động tịnh tiến hay quay vòng) phụ thuộc vào lưu lượng của bơm và động cơ
thủy lực. Khi thay đổi một trong hai yếu tố đó thì có thể thay đổi được vận tốc của
cơ cấu chấp hành.
Thực tế không thể tránh khỏi sự rò rỉ nên lưu lượng vào động cơ thủy lực nhỏ
hơn lưu lượng mà bơm cung cấp:Q
DC
= Q
B
– ΔQ
Với ΔQ là tổn thất lưu lượng.
Mà tổn thất lưu lượng tỷ lệ với áp suất của chất lỏng trong hệ thống: ΔQ = k.p
Do đó: Q
DC
= Q
B
– k.p; Với: k – là hệ số rò rỉ.
Vậy nếu động cơ thủy lực là xilanh lực thì vận tốc của piston là:
p
S
k
S
Q
v
DCB
B

DC
.
−=
Như vậy, ta thấy vận tốc của động cơ thủy lực trong thực tế không phải chỉ
phụ thuộc vào lượng của bơm mà còn phụ thuộc áp suất làm việc của hệ thống. Mặc
dù lượng bơm không đổi, nhưng nếu áp suất trong hệ thống càng tăng thì vận tốc
của động cơ thủy lực càng giảm. Nếu áp suất trong hệ thống tăng cho đến khi lưu
lượng rò rỉ bằng lưu lượng của bơm thì vận tốc của động cơ thủy lực bằng không.
Trường hợp này xảy ra khi động cơ thủy lực bị quá tải. Khi đó chất lỏng trong hệ
thống bị tháo hoàn toàn về thùng chứa qua van an toàn và khe hở trong hệ thống.
- Lực và mômen quay do động cơ tạo nên phụ thuộc vào áp suất trong động cơ
thủy lực và các thông số hình học của nó. Nếu các thông số hình học đó không đổi,
thì khi p = const lực hoặc mômen quay cũng không đổi. Nếu trong quá trình làm
việc của truyền động thủy lực ta thay đổi S
DC
hoặc q
DC
thì sẽ thay đổi được lực hoặc
mômen quay. Ngược lại, nếu giữ nguyên các thông số hình học thì bằng cách thay
10
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
đổi áp suất chất lỏng trong hệ thống ta cũng có thể thay đổi được lực và mômen của
động cơ thủy lực.
Tóm lại: trong việc điều chỉnh vận tốc, lực và mômen quay của động cơ thủy
lực về trị số và ngay cả phương chiều, ngoài cách dùng các bơm, động cơ thủy lực
điều chỉnh được, còn có thể dùng các cơ cấu thủy lực gọi chung là các phần tử thủy
lực.
3.3. Các loại sơ đồ của hệ thống truyền động thủy lực thể tích
Để thực hiện truyền động theo nguyên lý đã nói như trên, các máy thủy lực và

các phần tử thủy lực được nối với nhau bằng hệ thống đường ống. Tùy theo đặc
điểm của các máy thủy lực cũng như các phần tử thủy lực, tùy theo yêu cầu làm
việc của truyền động thủy lực mà chúng ta có thể ghép mạch thủy lực theo ba loại
sơ đồ sau.
3.3.1. Sơ đồ hở (hình 3-1 và 3-2 )
Chất lỏng từ động cơ thủy lực sau khi làm việc xong được chuyển về thùng
chứa mà không vào ngay bơm.
a) Ưu điểm :
- Sơ đồ hở có kết cấu đơn giản, việc bổ sung chất lỏng dễ dàng hơn, không cần
thiết bị gì đặc biệt, chỉ cần rót thêm chất lỏng vào thùng chứa.
- Chất lỏng được lọc tạp chất trước khi vào bơm.
- Nhiệt độ chất lỏng làm việc thấp vì sau khi làm việc nó được đưa về thùng
chứa nên có thời gian để nguội, vì thế mà rò rỉ trong hệ thống hở cũng ít hơn.
b) Nhược điểm :
- Hệ thống có kết cấu cồng kềnh.
- Áp suất làm việc của hệ thống hở cũng không cao, công suất thấp.
- Khó đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành khi phụ tải lớn.
3.3.2. Sơ đồ kín
a) Nguyên lý làm việc
Chất lỏng từ bơm 1 qua tiết lưu 3, van một chiều, cơ cấu phân phối 4 vào động
cơ thủy lực 5. Sau khi làm việc chất lỏng trở về khoang hút của bơm.
Bơm phụ 6 dùng để bổ sung chất lỏng mất mát trong hệ thống do rò rỉ qua các
khe hở và van an toàn 2.
11
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
a
p
5
4

3
2
1
9
5
6
1
7
8
10 11
a) b)
Hình 3-3 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực thể tích kín.
1- Bơm; 2- Van an toàn của bơm; 3- Tiết lưu; 4- Van một chiều; 5- Cơ cấu
phân phối; 6- Động cơ thủy lực; 7- Bơm phụ; 8- Van an toàn của bơm phụ;
9- Xilanh lực; 10- Van một chiều bình chứa phụ; 11- Bình chứa phụ.
Cũng có khi người ta thay tác dụng của bơm phụ bằng thùng chứa phụ để bổ
sung chất lỏng (hình 3.3.b).
Nguyên tắc là phải lắp bình bù ở nơi có áp suất thấp.
b) Ưu điểm:
- Hệ thống kín có kết cấu gọn nhẹ hơn, không có can thiệp từ bên ngoài.
- Áp suất làm việc của hệ thống cao (do tăng được áp suất trong khoang hút của
bơm), do đó cung cấp công suất lớn.
- Có thể đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành dễ dàng khi phụ tải lớn.
c) Nhược điểm:
- Chất lỏng làm việc không được lọc tạp chất.
- Chất lỏng làm việc có nhiệt độ cao, làm tăng rò rỉ.
- Sơ đồ bố trí phức tạp vì phải có bơm phụ hoặc bình chứa phụ để bổ sung chất
lỏng.
3.3.3. Sơ đồ vi sai
Trong trường hợp truyền động thủy lực thể tích dùng xilanh lực cần một phía,

lưu lượng của chất lỏng đi vào và ra động cơ thủy lực khác nhau. Khi đó nếu ghép
mạch truyền động theo sơ đồ kín thì lưu lượng chất lỏng qua ống đẩy và vào ống
12
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
hút của bơm sẽ khác nhau. Để khắc phục hiện tượng đó người ta phải bố trí thêm
thùng chứa phụ và ghép mạch truyền động theo sơ đồ vi sai.
a) Sơ đồ và nguyên lý làm việc
Bơm rôto đẩy chất lỏng qua cơ cấu phân phối vào khoang bên phải của xilanh
lực, làm piston chuyển động sang trái. Chất lỏng từ khoang trái xilanh lực qua cơ
cấu phân phối về ống hút của bơm.
Ta thấy khi piston di chuyển, lưu lượng vào và ra khỏi xilanh lực sẽ khác nhau.
1
2
3
5
4
6
Hình 3-4 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực thể tích vi sai.
1- Bơm; 2- Cơ cấu phân phối; 3- Xilanh lực;
4- Bình chứa phụ; 5- Van một chiều; 6- Van điều khiển.
- Khi piston sang phải, lưu lượng đi ra nhỏ hơn lưu lượng vào xilanh lực, do đó cần
bổ sung chất lỏng vào ống hút của bơm.
- Ngược lại, khi piston di chuyển sang trái lưu lượng ra lớn hơn lưu lượng vào, nên
cần phải tháo bớt chất lỏng ra khỏi ống hút.
Để làm các công việc trên ta dùng bình phụ 4 bố trí trên sơ đồ (hình vẽ). Khi
piston di chuyển sang trái chất lỏng từ khoang trái của xilanh lực sẽ chảy vào ống
hút của bơm, nhưng một phần qua van 6 vào thùng 4. Khi đó dưới áp lực cao van 5
đóng lại.
Khi piston sang phải, chất lỏng từ thùng 4 sẽ bổ sung vào ống hút qua van 5,

khi đó van 6 đóng lại.
Sơ đồ vi sai có ưu điểm: giúp điều hòa chuyển động của hệ thống và bổ sung
lưu lượng rò rỉ cho hệ thống.
13
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
4. Máy thủy lực thể tích
Máy thủy lực thể tích được dùng trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích.
Chúng đóng vai trò là các cơ cấu biến đổi năng lượng trong hệ thống.
4.1 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng của các máy thủy lực thể tích
Máy thủy lực thể tích bao gồm các loại bơm và động cơ thủy lực thể tích. Bơm
thể tích đẩy chất lỏng bằng áp suất thủy tĩnh, còn động cơ thủy lực thể tích thì biến
áp năng của chất lỏng thành cơ năng của nó.
a) Bơm: là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng
lượng của dòng chất lỏng. Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích, tức
là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các
buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu
kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ đẩy chất
lỏng.
b) Động cơ thủy lực: là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng
thành động năng làm di chuyển bộ phận công tác của 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 chuyển động.
Máy thủy lực thể tích gồm nhiều loại. Theo công dụng, máy thủy lực thể tích
có thể chia ra:
- Bơm nước và các loại chất lỏng khác.
- Bơm và động cơ dầu dùng trong các hệ thống truyền động.
Theo kết cấu và dạng chuyển động có thể chia ra:
- Loại piston (có chuyển động tịnh tiến).
- Loại piston rôto (vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay).

- Loại rôto (có chuyển động quay).
Theo lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc chia ra:
- Bơm có lưu lượng không thay đổi gọi tắt là bơm không điều chỉnh.
- Bơm có lưu lượng thay đổi gọi là bơm điều chỉnh.
4.2 Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích
a) Lưu lượng:
- Lưu lượng trung bình lý thuyết Q
l
(chưa kể đến sự rò rỉ) của máy thủy lực thể
tích bằng tổng của thể tích làm việc trong một đơn vị thời gian: Q
l
= q
l
.n
14
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Trong đó: - q
l
là lưu lượng riêng của máy hay cũng là thể tích làm việc của
máy trong một chu kỳ.
- n là số vòng quay của trục máy.
- Lưu lượng trung bình thực tế của máy Q thường nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết
vì máy luôn có sự rò rỉ chất lỏng khi làm việc. Q = η
Q
.Q
l
Với: η
Q
là hiệu suất lưu lượng của bơm.

- Lưu lượng tức thời của máy thủy lực thể tích luôn thay đổi theo thời gian kể
cả khi máy làm việc ổn định.
b) Áp suất:
Trong máy thủy lực thể tích áp suất được dùng để biểu thị khả năng tải của
máy. Cột áp H và áp suất p liên hệ với nhau theo công thức: H =
γ
p
Trong đó: γ là trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc.
Áp suất buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng hoặc mômen quay của
máy. Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác
dụng lên piston tạo nên áp lực F: F = p.S
Trong đó: S là diện tích làm việc của piston.
Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác
dụng lên rôto tạo nên mômen quay M: M = k
M
.p
Với k
M
là một hằng số đối với một máy nhất định phụ thuộc vào kết cấu và
kích thước máy gọi là hệ số mômen.
Hệ số mômen lý thuyết k
M
có thể suy ra từ công thức tính công suất lý thuyết:
N
lt
= γ.Q
l
.H Hay: N
lt
= Q

l
.p
Mặt khác: N
lt
= ω.Μ Nên: M =
p
Q
l
.
ω
Do đó: k
M
=
πω
2
ll
qQ
=
Hệ số mômen thực tế của máy nhỏ hơn hệ số mômen lý thuyết và phụ thuộc
hiệu suất toàn phần η của máy.
Khi kể tới tổn thất thì công thức tính mômen quay của trục bơm và động cơ
thủy lực phải viết riêng:
15
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
- Đối với bơm: p.Q = η
B
.M.ω
- Đối với động cơ: η
DC

.p.Q = M.ω
Vậy công thức tính mômen quay của trục bơm và động cơ thể tích là:
- Đối với bơm:

p
k
p
Q
M
M
B
B

ηωη
==
- Đối với động cơ:
pkp
Q
M
MDC

DC
ηη
ω
==
c) Hiệu suất và công suất:
Hiệu suất toàn phần của máy thủy lực xác định theo công thức chung: η =
η
Q
.η

C
.η
H
Đối với máy thủy lực thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ (vì động năng
của phần tử chất lỏng nhỏ) nên thường cho η
H
= 1.
Công suất của bơm thường được xác định bằng các thông số thủy lực:
ηη
ρ
QpHQg
N
B

==
Công suất làm việc của động cơ thường được xác định theo các thông số cơ
khí:
- Đối với động cơ có chuyển động tịnh tiến:
.FN
DC
=
v
Với: F là lực tác dụng lên piston
v là vận tốc của piston.
- Đối với động cơ có chuyển động quay: N
DC
= M.ω
Với: M là mômen trên trục.
ω là vận tốc góc.
4.3 Bơm và động cơ thủy lực piston.

4.3.1. Bơm piston.
a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston.
Khi bơm hoạt động thì chuyển động quay của trục động cơ được biến đổi
thành chuyển động tịnh tiến của piston 1 trong xilanh 2 nhờ hệ thống thanh truyền
tay quay với hành trình L = 2.R
T
(R
T
là chiều dài tay quay).
16
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
8
7
6
5
4
9 10 3
21
T
ϕ
C
1
C
2 1
2
a
B
B
p

x
L = 2R
Hình 4-1: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston tác dụng đơn.
1- Piston; 2- Xilanh; 3- Ống đẩy; 4- Van đẩy; 5- Buồng làm việc;
6- Van hút; 7- Ống hút; 8- Bình chứa dầu; 9- Tay quay; 10- Thanh truyền.
Bơm piston có thể tạo được áp suất lớn, nhưng chuyển động của chất lỏng qua
bơm không đều, lưu lượng của bơm dao động. Kết cấu của bơm tương đối cồng
kềnh. Khi cần áp suất cao 20 MPa trở lên và lưu lượng tương đối nhỏ thì nên dùng
bơm piston.
b) Phân loại bơm piston.
*) Theo phương pháp dẫn động có:
- Bơm tay: dẫn động bằng tay.
- Bơm dẫn động bằng cơ cấu tay quay – thanh truyền.
*) Theo kết cấu piston có:
- Piston dạng đĩa: mặt bên piston tiếp xúc với thành xilanh, lót kín bằng các
secmăng đặt trên piston, cả piston và lòng xilanh phải được chế tạo chính xác.
- Piston dạng trụ: đường kính piston nhỏ, mặt tiếp xúc là piston và cổ xilanh,
do đó lòng xilanh không cần chế tạo với độ chính xác cao.
*) Theo số lần tác dụng:
- Bơm piston tác dụng đơn: trong 1 vòng quay của tay quay chỉ thực hiện một
lần hút - đẩy chất lỏng qua bơm. Với loại bơm này chất lỏng làm việc ở 1 phía của
piston.
- Bơm piston tác dụng kép (bơm tác dụng 2 chiều) (hình 4.2):
17
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Khi piston qua phải, buồng A là buồng đẩy, buồng B là buồng hút, khi piston
qua trái thì ngược lại; a và b là ống hút chung và ống đẩy chung.
B
A

D
d
2
1 4
3
Hình 4-2: Bơm piston tác dụng kép.
1, 4- Các van hút; 2, 3- Các van đẩy.
- Bơm piston kiểu vi sai.
- Bơm piston tác dụng ba:
1
2
3
4
5
Hình 4-3: Bơm piston tác dụng ba.
1- Trục dẫn động bơm; 2- Phớt làm kín;
2- Cần piston (thanh truyền); 4- Piston; 5- Xilanh.
Đây chính là ba bơm tác dụng đơn ghép lại, trục của ba bơm được dẫn động
bằng một trục khuỷu với góc lệch cổ khuỷu là 120
o
, chất lỏng được đưa vào và ra
các xilanh bằng một đường ống hút chung và một ống đẩy chung.
- Bơm piston tác dụng bốn:
18
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Là hai bơm tác dụng kép ghép với nhau, trục của hai bơm được dẫn động bằng
một trục khuỷu với góc lệch cổ khuỷu là 90
0
, chất lỏng được đưa vào và ra các

xilanh bằng một đường ống hút chung và một đường ống đẩy chung.
*) Theo áp suất làm việc có:
- Bơm áp suất thấp: p < 1MPa
- Bơm áp suất trung bình: p = (1 ÷ 2) MPa
- Bơm áp suất cao: p > 2 MPa
*) Theo lưu lượng có:
- Bơm lưu lượng nhỏ: Q < 15 m
3
/h
- Bơm lưu lượng trung bình: Q = (15 ÷ 60) m
3
/h
- Bơm lưu lượng lớn: Q > 60 m
3
/h
Chất lỏng qua các bơm piston có tính chất không ổn định (không đều). Tính
chất dao động lưu lượng là nhược điểm cơ bản trong máy thể tích. Nhược điểm này
dẫn đến dòng chảy trong bơm không ổn định do đó trong các truyền động thủy lực
và các hệ thống điều khiển tự động có độ chính xác cao bơm piston thường bị hạn
chế sử dụng. Vấn đề đặt ra cho bơm thể tích là phải khắc phục hiện tượng dao động
lưu lượng. Trong thực tế, bơm piston là loại bơm không điều chỉnh được. Việc thay
đổi các thông số kết cấu của bơm là không thể khi bơm đang hoạt động. Còn số
vòng quay bị giới hạn trong một phạm vi nhất định. Khi bơm piston làm việc, lưu
lượng và áp suất trong hệ thống bơm và đường ống bị dao động gây ra nhiều tác hại
làm tăng tổn thất thủy lực, gây chấn động và nếu bơm làm việc trong đường ống dài
có thể xuất hiện va đập thủy lực làm hỏng các chi tiết của bơm và hệ thống.
Trong trường hợp nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống thì biên độ dao
động của áp suất có thể tăng lên rất lớn do cộng hưởng.
Khi bơm hoạt động trong hệ thống truyền động thủy lực, hiện tượng dao động
lưu lượng và áp suất còn ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của hệ thống.

Vì các lý do như vậy nên cần phải có các biện pháp hạn chế tính chất không ổn
định của dòng chảy trong bơm piston. Có các biện pháp sau:
- Dùng bơm tác dụng kép hoặc bơm ghép ( tác dụng ba, tác dụng bốn), hệ số
không đều của lưu lượng sẽ nhỏ hơn bơm tác dụng đơn rất nhiều.
- Dùng bình không khí để điều hòa lưu lượng và áp suất trong hệ thống (bình
điều hòa). Đó là những bình chứa kín, có kích thước đủ lớn, đặt trên đường ống hút
hoặc đường ống đẩy và ngay sát cửa vào (cửa ra) của van hút (van đẩy).
19
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
c) Đường đặc tính của bơm piston.
Đường đặc tính thể hiện đặc điểm và khả năng làm việc của máy. Đường đặc
tính cơ bản của bơm piston thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng và cột áp ứng với
một số vòng quay nào đó H = f(Q).
H
Q
C
A
L
G
0
n
n
>
n
B
D
1 2 1
H
0

η
Q
N
n =
co
ns
t
Q
N
η
Hình 4-4 Các loại đường đặc tính của bơm piston.
Theo lý thuyết của máy thủy lực thể tích, cột áp của máy không phụ thuộc vào
lưu lượng. Vì vậy đường đặc tính lý thuyết của bơm piston (bỏ qua các tổn thất)
biểu diễn mối quan hệ H = f(Q) ở các số vòng quay khác nhau sẽ là các đường
thẳng đứng song song với trục tung (các đường nét đứt). Nhưng đường đặc tính
thực nghiệm của bơm piston thì hoàn toàn khác (các đường nét liền), khi cột áp tăng
lên thì lưu lượng có giảm đi. Bởi vì áp suất tăng thì tổn thất lưu lượng (do chất lỏng
rò rỉ qua bộ phần làm kín) tăng, làm giảm lưu lượng thực tế của bơm.
Nếu áp suất làm việc quá lớn thì lưu lượng có thể mất hoàn toàn vì rò rỉ hoặc
van an toàn mở để xả hết chất lỏng về bể hút. Áp suất và lưu lượng lúc này được
biểu diễn bằng đoạn GL, điểm G ứng với điểm van an toàn được mở.
Sự chênh lệch giữa đường đặc tính lý thuyết và thực tế càng nhiều khi số vòng
quay làm việc n càng lớn, vì khi đó ngoài tổn thất lưu lượng do rò rỉ mà còn có sự
tổn thất do sự đóng mở các van đẩy và van hút không kịp thời.
Hình trên biểu diễn các đường đặc tính làm việc Q = f(H), N = f(H), η
Q
= f(H)
ứng với số vòng quay n = const. Đối với máy thủy lực thể tích có n = const, thường
biểu diễn các thông số làm việc theo H vì lúc đó việc điều chỉnh chế độ làm việc
của máy được thực hiện bằng cách thay đổi áp suất làm việc.

20
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
n
0
K
0
Q
η
Q
N
η
Q
N
ck
Q
Q
1
2
2
K
K
1
n
= c
on
st
n
= c
on

st
1
2
Hìn 4-5 Các đường đặc tính theo tốc độ và
đường đặc tính xâm thực của bơm piston.
Khi áp suất làm việc của bơm không đổi (H = const), nếu số vòng quay n tăng thì:
- Q tăng khi n tăng vì Q = q.n
- N = γ.Q.Η do đó N tăng khi Q tăng.
- η
Q
tăng khi n tăng vì Q tăng còn H = const nên ΔQ coi như không đổi.
Tuy nhiên khi n tăng quá lớn, η
Q
sẽ giảm do mất mát qua van và ảnh hưởng
đến khả năng điền đầy của buồng piston.
Đường đặc tính xâm thực của bơm piston cho ta biết khả năng làm việc bình
thường (không xảy ra xâm thực) của bơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt
độ làm việc nhất định phụ thuộc vào độ chân không. Các điểm K
1
, K
2
là điểm giới
hạn phạm vi làm việc an toàn của bơm ứng với các trị số áp suất chân không giới
hạn ΔH = H
ck(gh)
. Nếu độ chân không trong bơm vượt quá các trị số giới hạn thì bơm
sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực.
4.3.2. Động cơ thủy lực piston (xilanh thủy lực).
Động cơ thủy lực piston hay còn gọi là xilanh thủy lực là một dạng động cơ
thủy lực, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng chất lỏng (chủ yếu là áp năng) thành cơ

năng.
Cấu tạo của động cơ thủy lực piston bao gồm piston chuyển động trong xilanh
và ống dẫn chất lỏng vào và ra khỏi xilanh.
Nguyên lý làm việc của động cơ thủy lực piston là đưa vào xilanh một dòng
chất lỏng có áp, dưới tác dụng của áp suất chất lỏng, piston sẽ chuyển động trong
xilanh, tạo ra chuyển động của cơ cấu chấp hành của truyền động thủy lực.
Động cơ thủy lực piston có hai loại là xilanh lực và xialnh mômen. Xilanh lực
có chuyển động tương đối giữa piston với xialnh là chuyển động tịnh tiến thẳng,
21
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
còn xilanh mômen thì chuyển động tương đối giữa piston và xilanh là chuyển động
quay với góc quay nhỏ hơn 360
0
.
1 2
3
4
5 6
a)
b)
Hình 4-6 Xilanh lực và xilanh mômen. a) Xilanh lực; b) Xilanh mômen.
1- Piston; 2, 4- Xilanh; 3- Cần piston ; 5- Trục quay ; 6- Cánh gạt.
a) Xilanh lực.
*) Phân loại:
- Theo kết cấu ta có:
+ Xilanh lực có cần một phía (hình 4-7: a, c, d): cần piston bố trí về một phía
của xilanh.
a) b)
d)

c)
d
D
d
d
D
D
d
a) b)
d)
c)
d
D
d
d
D
D
d
Hình 4-7 Các loại xilanh lực.
+ Xilanh lực có cần hai phía (hình 4-7:b): loại này có ưu điểm là vận tốc và
lực tác dụng khi đưa chất lỏng vào một trong hai phía đều như nhau do diện tích
mặt làm việc của piston ở cả hai phía đều là S – S
c
.
22
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Nhưng loại này có nhược điểm là kích thước của máy tăng do hai phía đều có
cần và công nghệ chế tạo phức tạp hơn, khó đảm bảo độ đồng tâm của lòng xilanh
và hai lỗ cần.

- Theo chiều tác dụng chia ra:
+ Xilanh lực tác dụng một phía (hình 4-7: a, c): chất lỏng đi vào từ một phía,
chuyển động ngược lại được thực hiện nhờ lò xo.
+ Xilanh lực tác dụng hai phía (hình 4-7: b, d): chất lỏng tác dụng tạo chuyển
động cho piston có thể đi vào từ phía này hoặc phía kia của piston.
*) Xilanh lồng:
4
B
A
C
D
I
II
III
1
2
3
Hình 4-8 Xilanh lồng.
1- Piston thứ nhất; 2- Piston thứ hai; 3- Piston thứ ba; 4- Các vòng làm kín.
Để có hành trình làm việc của piston lớn (lớn hơn chiều dài kết cấu máy),
người ta dùng xialnh lồng bao gồm nhiều xilanh lồng với nhau qua một kết cấu
chung.
Xialnh lồng gồm có piston 1 chuyển động trong xilanh 2, xialnh 2 còn làm
nhiệm vụ piston chuyển động trong xialnh 3. Chất lỏng được đưa vào và ra xilanh
theo ba đường :
- Đường I, II trên xialnh 3.
- Đường III trên piston 1.
Xilanh làm việc như sau:
+ Khi dẫn chất lỏng vào I, xilanh 2 di chuyển một hành trình L
2

, đồng thời chất
lỏng từ buồng A đi vào buồng B làm piston 1 di chuyển một đoạn L
1
. Như vậy
piston 1 chuyển động từ phải sang trái một hành trình tổng cộng là L
1
+ L
2
.
+ Để có hành trình ngược lại, ta dẫn chất lỏng đồng thời vào II và III, piston 2
di chuyển một hành trình L
2
và piston 1 di chuyển một đoạn L
1
. Như vậy piston 1
chuyển động từ phải sang trái một hành trình tổng cộng là L
1
+ L
2
.
23
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Loại xilanh này có chuyển động từ từ, điều hòa, dùng trong các máy cần trục
và bốc dỡ hàng hóa, có thể dùng xilanh lồng tác dụng kép với số xilanh là 4 hay 6.
Dòng chất lỏng đưa vào và đưa ra có thể khống chế, điều chỉnh theo ý đồ của người
điều khiển.
*) Xilanh bậc:
3
2

1
d
D
D
1
Hình 4-9 Xilanh có piston bậc.
Xilanh bậc dùng trong trường hợp cần nhiều vận tốc và lực đẩy khác nhau.
Gồm có xilanh A và piston lồng vào nhau, xilanh A có bậc còn piston B là rỗng.
Trên xilanh A có ba đường dẫn chất lỏng: 1, 2, 3.
- Các đường 1, 2 để piston B đi từ bên phải sang trái.
- Đường 3 để piston B đi từ trái sang phải.
Để có được các vận tốc và lực tác dụng lên cơ cấu chấp hành khác nhau, ta
phân phối chất lỏng theo các đường dẫn khác nhau.
*) Hiệu suất của xilanh lực:
Các công thức tính toán vận tốc làm việc và lực đẩy piston ở phần trên được
xác định trong trường hợp lý tưởng. Trong thực tế, phải xét đến tổn thất do ma sát
cơ khí và rò rỉ lưu lượng.
- Hiệu suất cơ khí: nếu bỏ qua lực quán tính của piston thì lực tác dụng lên
piston sẽ là: F
thực
= F. η
c
= p.S. η
c
Với: η
c
= 0,85 ÷ 0,97 là hiệu cơ khí do ma sát giữa piston và xilanh, phụ thuộc
vào các yếu tố: kết cấu của hệ thống, độ chính xác gia công, áp suất làm việc và vận
tốc chuyển động.
- Hiệu suất lưu lượng η

Q
: trong thực tế do có rò rỉ chất lỏng nên vận tốc thực
của piston là:
S
Q
v
Q
thuc
η
⋅
=
Nếu giữa piston và xilanh lực được lót kín bằng đệm hay cao su thì khe hở rất
nhỏ, có thể bỏ qua sự rò rỉ chất lỏng và do đó η
Q
= 1.
24
Thiết kế hệ thống TĐTL ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành chịu tải trọng
1000kN
Nếu làm kín bằng các vòng kim loại mềm thì η
Q
= 0,98 ÷ 0,99
Đệm lót kín được chọn như sau:
+
D
L
< 15: loại xilanh ngắn, có thể đảm bảo gia công chính xác bề mặt xilanh
do đó dùng secmăng kim loại.
+
D
L

> 15: loại xilanh dài, dùng vòng đệm mềm để từ điều chỉnh.
Khi chất lỏng làm việc là nước hoặc có nền là nước thì phải làm kín tốt hơn
bằng vòng đệm da chữ V hoặc chữ U.
Khi làm việc không cho pháp tải trọng ngang tác dụng lên piston vì như thế dễ
làm hỏng đệm, hỏng bề mặt piston và xilanh, do đó hướng của piston phải thật
chuẩn xác. Nếu đã có tải trọng ngang thì phải khắc phục bằng cách tăng chiều dài
ngàm l
ng
trong xilanh, chiều dài ngàm là chiều dài mà piston còn nằm trong xilanh
khi piston đã ở vị trí cuối hành trình.
L < D: l
ng
> 10%L
L > 10D: l
ng
> 20%L
Trong thực tế do khả năng công nghệ nên
D
L
không thể tùy ý được mà hạn chế
D
L
< 20. Với xilanh chịu tải hai phía thường
D
L
< 4 ÷ 6.
b) Xilanh mômen.
Để thực hiện các chuyển động quay với góc quay nhỏ hơn 360
0
của các khâu

truyền động, người ta thường dùng xilanh mômen.
Kết cấu của xilanh mômen gồm trục 1 gắn liền với cánh gạt 2, vỏ xilanh hình
trụ 3. Khi nạp chất lỏng vào khoang A, dưới tác dụng của áp suất chất lỏng lên cánh
gạt, trục quay tương đối với vỏ xilanh.
Theo kết cấu xilanh mômen được chia thành:
- Xilanh mômen một cánh gạt.
- Xilanh mômen hai hoặc nhiều cánh gạt
25