Đồ án Thiết kế máy bơm thủy lực cánh gạt

ĐẠI HỌC TỔNG HỢP KỸ THUẬT QUỐC GIA BAUMAN
PHÂN HIỆU KALUGA


KHOA КМК
Bộ Môn К2—КF




ĐỒ ÁN MÔN HỌC

«Máy Thủy Lực Dạng Thể Tích»


Chủ đề: Máy bơm thể tích trong hệ thống máy mài



Thực hiện: Nguyễn Trung Dũng Lớp GPA—81
Hướng dẫn: Савельев А.И.


[BẢN DỊCH]

Kаluga, 2010
Thiết kế máy bơm cánh gạt
2

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


Mục lục
Lời dẫn
3
1. Tính toán thủy lực

4
1.1. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý máy bơm

4
1.2. Xác định các thông số năng lượng và đường kính trục quay máy bơm 5
2. Tính toán Stato…………………………………………………………. 9
3. Xác định ứng suất tiếp xúc và kích thước hình học đầu mút cánh gạt… 11
4. Tính toán lực tác dụng lên cánh gạt…………………………………… 12
5. Tính toán đĩa phân phối………………………………………………… 14
6. Tính toán đường kính ống dẫn hút và ống dẫn đẩy……………………. 16
7. Tính toán lực ép lên Stato của đĩa phân phối. Tính toán lò xo………… 17
7.1. Tính toán lực ép lên Stato của đĩa phân phối………………………… 17
7.2.

Tính toán lò xo…………………………………………………………. 18
8. Lựa chọn ổ trục quay…………………………………………………… 20
9. Tính toán độ bền……………………………………………………… 21
9.1. Tính toán liên kết then dưới tác dụng nén……………………………… 21
9.2. Tính toán liên kết then dưới tác dụng cắt………………………………. 21
10. Tính toán hiệu suất máy bơm……………………………………………

22
10.1.

Xác định hiệu suất cơ học và hao phí cơ học……………………………

22
10.2.

Xác định hiệu suất thủy lực và hao phí thủy lực……………………… 24
10.3.

Xác định hiệu suất thể tích và hao phí thể tích…………………………. 24
10.4.

Xác định hiệu suất toàn phần của máy bơm……………………………. 26
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 27

Thiết kế máy bơm cánh gạt
3

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


Lời dẫn
Các máy bơm cánh gạt kiểu Г là các máy bơm không thể điều chỉnh với
hướng dòng chất lỏng công tác cố định. Các máy bơm này có công dụng để cung
cấp dòng chất lỏng công tác dưới áp suất cao vào các hệ thống thủy lực trên các
máy công cụ.
<KHÔNG DỊCH>
Thiết kế máy bơm cánh gạt
4

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


1. TÍNH TOÁN THỦY LỰC
1.1. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý máy bơm.
Sơ đồ nguyên lý máy bơm được lựa chọn có giá trị áp suất là р
2b
. Khi р
2b
< 7
MPа (р
2b
=6,3МPа (theo yêu cầu bài toán)) máy bơm được chế tạo theo sơ đồ thể hiện

ở hình.1.

Hình.1. Sơ đồ nguyên lý
Trên roto 1 chế tạo các rãnh để đặt vào đó các cánh gạt 2 (dạng tấm hình
chữ nhật). Sự tiếp xúc của cánh gạt với biên dạng stato 3 được thực hiện bằng cách:
khi khởi động máy – lực ly tâm ép các cánh gạt vào bề mặt trong của stato; khi làm
việc – lực ly tâm và áp suất nén (áp suất nén của quá trình đẩy) của chất lỏng, được
dẫn vào cách rãnh theo kênh tròn 4. Stato định hướng 3 được chế tạo sao cho, thể
tích làm việc của khoang 5 trong một vòng quay thực hiện 2 lần tăng và 2 lần
giảm, có nghĩa là 2 lần diễn ra quá trình hút và đẩy chất lỏng làm việc, bởi vậy
máy bơm dạng 2 được gọi là tác động kép. Tóm lại, máy bơm được thiết kế có 2
khoang hút và 2 khoang đẩy, trong đó khoang hút nối thông với đường ống 6,
khoang đẩy được nối thông với đường ống 7. Để giảm bợt lực hướng tâm tác động
lên roto nên thiết kế số khoang làm việc chẵn, tức là số cánh gạt cũng phải là chẵn.
Áp suất nén (đẩy) của chất lỏng làm việc, được dẫn vào kênh tròn 4, đối với các
cánh gạt được phân bố trong vùng nén (đẩy), dù lớn hay nhỏ được cân bằng bởi áp
suất màng dầu tại vị trí tiếp xúc của các cánh gạt với biên dạng stato. Bởi vậy sự mài
mòn lớn stato tại các đoạn trong vùng nén không được tính đến. Trên các cánh gạt,
nằm trong vùng hút, được tác dụng bởi lực.
P=p
2b
Bb,
Thiết kế máy bơm cánh gạt
5

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


Ở đó В — chiều rộng roto ; b — chiều dày của các cánh gạt. Khi áp suất
quá trình nén (đẩy) cao lực này làm xuất hiện sự mài mòn stato định hướng và

cánh gạt, làm giảm tuổi thọ của máy bơm.

1.2 Xác định các thông số năng lượng và đường kính trục quay
1. Xác định thể tích làm việc của máy bơm.
а) theo yêu cầu thiết kế, máy bơm có lưu lượng
3 3
53,8 10 / min
b
Q cm 
, số
vòng quay
970n 
vòng/phút, ta có giá trị thể tích làm việc:
3
3
0
53,8 10
55,46
970
b
Q
V
сm
n


  

b) theo các dữ liệu thống kê lấy các giá trị hiệu suất thể tích và hiệu suất toàn phần:
0,85 ; 0,7

о
 
 

c) xác định giá trị lưu lượng lý tưởng và thể tích công tác của máy bơm:
0
53,8
63,3 / min
0,85
b
b
о
Q
Q l

  

3 3
3
0
0
63,3 10 / min
65,26
970 / min
b
Q
сm
V
сm
n vong


  


2. Xác định công suất yêu cầu
b b
yc
Q p
N


,
Ở đó
b
p
- áp suất máy bơm;
2 1b b b
p p p 
; Lấy
1
0,01
b
p МPа
- áp suất tại
đầu hút.
Biết
6,3
b
p МPа
;

2 1
6,3 0,01 6,31
b b b
p p p МPа    

3 6
3
53,8 10 6,3 10
/ 8070 8,07
60 0,7
yc
Pа
N m s W kW

 
   


3. Xác định đường kính trục
Trong máy bơm cánh gạt tác động kép có thể bỏ qua momen uốn cong, tức là
coi momen cong đủ nhỏ khi so sánh với moomen xoắn. Giá trị moomen xoắn có
thể lấy giá trị hằng. Trục quay của các máy bơm dạng này thường làm từ thép 45,
có độ bền
600 700
tr
МPа

 
.
2

3
10
0,2
x
М
d m


 
 
 
 
 


ở đó
30 49
МPа

 
 
 
– ứng suất tiếp định mức đối với thép 45.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
6

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


8,07

9555 9555 79,5
970
x
N
M Nm
n
  

2 2
3
79,5
10 2,07 10 20,7
0,2 45
d m mm
 
    


Chọn
21d мм

Để đảm bảo khả năng lắp ráp của roto trong khoang giữa các đĩa phân phối
người ta sử dụng liên kết then hoa, định tâm theo đường kính ngoài.
Đối với sự thay đổi chiều quay lựa chọn then hoa với biên dạng răng hình.
Lựa chọn liên kết then hoa theo tiêu chuẩn ГОСТ 1139-58
6 21 25
D
 
.
Bán kính ngoài của trục

25D mm
.

4. Xác định kích thước cơ bản của stato và roto
.

Lưu lượng lý tưởng của máy bơm
0b
Q
được xác định bởi các kích thước
hình học của chính nó, kí hiệu theo hình.2.
   
0 0
0
2
cos
b
b z
Q Bn R r R r
 
 
 

     

(*),
ở đó R и r
0
– bán kính lớn nhất và nhỏ nhất của đường cong stato.
В – bề dày roto;

b=2 mm – bề dày cánh gạt;
z=12 – số cánh gạt;
=0 – góc nghiêng của cánh gạt với phương hương tâm.

Để đảm bảo tốt nhất lấp đầy khoang công tác:
а) bán kính roto r

được chon nhỏ hơn r
0
. Biểu thức r = r
0
– r, ở đó
r = 1,52 мм.
b) bề dày roto В xác định từ điều kiện:
0
2 4
( )
B B
R r R r r
  
  

khi
2
B
R r


– rò rỉ lớn theo đầu mút khoang;
khi

4
B
R r


– khoang thu được sâu và không kịp hút đầy chất lỏng vào
khoang. Bởi vậy khi
4
B
R r


cần phải dẫn chất lỏng vào khoang công tác
theo 2 hướng.
Khi xác định các thông số hình học cần phải kiểm tra điều kiện:
r= r
0
–rr
min

Bán kính nhỏ nhất của roto r
min
xác theo công thức sau:
Thiết kế máy bơm cánh gạt
7

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


 

5
( ) 12,5 1 3 2 17 ,
2 2 2
min
D c
r a a l r l l mm
             

Ở đó D – đường kích ngoài của then hoa;
а – khe hở giữa trục quay và đầu mút phần tử phân phối (а1mm), lấy
а =1mm;
а – chiều rộng vành để bít kín (а
=
35 mm), lấy а
=
3mm;
с – chiều rộng kênh để dẫn chất lỏng vào dưới cánh gạt (с
=
5 mm);
l – chiều dài cánh gạt, l =l
1
+l
2
.
Để các cánh gạt không bị kẹt trong rãnh, cần phải đảm bảo các điều:
1
2
0,74 0,9
l
l

 
.
Lấy
1
2
0,85
l
l


l
1
– Chiều dài lớn nhất của các cánh gạt vươn ra khỏi roto;
l
2
– Chiều dài nhỏ nhất phần cánh gạt nằm trong rãnh của roto.
Các cánh gạt phân bố hương tâm, bởi vậy
1
l R r 

1
1
2,17( )
0,85
l
l l R r   

17 2,17( ),
min
r R r mm  

Hình. 2 Sơ đồ cấu trúc máy bơm cánh gạt.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
8

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


Để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên cần phải đưa ra một vài lần tính gần
đúng, tính toán được thể hiện ở bảng 1.
Để xác định kích thức B – chiều rộng roto, theo biểu thức (*), tính gần đúng
lần 1 với bề dày cánh gạt b, b=0.
Ta có
6 3
0
2 2 2 2 2 2
0 0 0
63,3 10 10,4 10
,
2 ( ) 2 970( )
b
Q
B mm
n R r R r R r
 
 
  
   

Bảng 1.
№

п/
п
0
r

mm
0
1,17R r


mm
2 2
0
R r

mm
2

r

mm
R r

mm
3
2 2

0
10,4 10
( )
B
R r




mm
B
R r

min
r

mm
1 37 43,29 505,02 35 8,29 20,56 2,5 36,15
2 40 46,8 590,24 38 8,8 17,62 2,0 37,3
3 42 49,14 650,74 40 9,14 16,0 1,75 38,06

Tốt hơn hết chọn phương án 2.
Từ đó chọn các giá trị :
0
37 mm
43 mm
35 mm
2 mm
r
R

r
r



 

Xác định giá trị chính xác chiều dài của roto:
   
   
6
0 0
63,3 10
23,9
2 970 43 37 3,14 43 37 2 12
2
cos
24
u
Q
B mm
b z
n R r R r
В mm

  
         

 
    

 

 
 

Kiểm tra điều kiện:
24
3
43 35
B
R r
 
 
- thỏa mãn.
17 2,17(43 35) 34,36 35
min
r mm r mm     
- thỏa mãn.

Thiết kế máy bơm cánh gạt
9

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


2. TÍNH TOÁN STATO ĐỊNH HƯỚNG
2.1 Lựa chọn biên dạng cong của stato


Biên dạng của stato cần phải loại bỏ được sự thay đổi hữu hạn và tức thời vận

tốc các cánh gạt so với roto. Bởi vì sự thay đổi vận tốc tức thời hữu hạn đó dẫn tới
lực ly tâm theo lý thuyết sẽ tăng tới vô cùng. Và nó sẽ làm cho các cánh gạt tách rời
khỏi biên dạng stato, dẫn tới làm tăng nhanh quá trình mài mòn cánh gạt và stato.
Vậy lựa chọn đường cong stato cần phải đáp ứng các điều kiện sau:
1. Vận tốc các cánh gạt so với rôt cần phải thay đổi êm đều từ 0 với giá trị cực
đại, sau đó lại giảm êm đều tới 0.
2. Vận tốc ly tâm cần phải vượt qua vận tốc tương đối một giá trị, sao cho
tích giá trị đó với khối lượng cánh gạt lớn hơn giá trị lực ma sát cánh gạt với rãnh
của roto.
Từ thực nghiệm người ta có kết luận: Các phương trình đường cong biên
dạng stato sẽ thỏa mãn được các yêu cầu trên khi sự thay đổi gia tốc cánh gạt có
dạng đồ thị hình sin.
Lấy số cánh gạt z=12. Khi đó lưu lượng các cánh gạt hút vào và đẩy ra là
như nhau tại mọi vị trí bất kỳ của roto. Hiệu quả của việc này làm loại bỏ đi
trường hợp lưu lượng của máy bơm có dạng mạch động.
Trong máy bơm các cánh gạt được phân bố hướng tâm (phân bố đều dạng
tròn), bởi vậy lực hướng tâm tác dụng lên roto coi như không tính đến.
Theo bảng ( xem trong метод. указ.) lựa chọn tương ứng với số cánh gạt tỉ
số (R/r
0
)
max
=1,17, =/3. Lấy góc cắt
  
, ở đó
360° 360°
30°
z 12
   
, =0 –

ứng với máy bơm thuận nghịch.

2.2 Xác định tọa độ đường cong Stato

Phụ thuộc vào qui luật thay đổi gia tốc các cánh gạt theo góc quay của roto
mà tọa độ đường cong biên dạng được tính toán theo các công thức sau:
Khi qui luật thay đổi có dạng hình sin – hình.3, ta có:
0
0
2
2
2
2
sin ; ;
2
2
cos ;
2
sin .
R r
a
r a a
d
a a
dt
d
a
d t
 
  

  
 
  

 
 


   
 


Tính toán các giá trị trên theo bảng 2.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
10

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


Trong các phương trình trên: ,  - các tọa độ của các điểm của đường cong
stato;
d
dt

– vận tốc tương đối của các cánh gạt so với roto;
2
2
d
dt


– gia tốc tương
đối của các cánh gạt;
3,14 970
101,6 /
30 30
n
rad s



  
- vận tốc góc của trục quay
máy bơm;

=60
0
– góc cong stato.
0
60
10
6 6
o


   

0
2
2
2

43 37
5,73 [ / ]
/ 3
37 5,73 0,955sin6 [mm ]
0,58 (1 cos6 ) [ / ]
59,15sin6 [ / ]
R r
a mm rad
d
m s
dt
d
m s
d t
 
  






  
  
  



Hình.3. Sự thay đổi gia tốc tương đối của các cánh gạt
so với góc quay roto theo dạng hình sin

Bảng 2
,N

Điểm

0


,
rad


,mm


, /
d
m s
dt


2
2
2
, /
d
m s
d t


0 0 0 37 0 0
1 10

0,174

37,173

0,29 51,225
2 20

0,349

38,173

0,87 51,225
3 30

0,523

40,000

1,16 0
4 40

0,698

41,827

0,87 -51,225
5 50

0,872

42,827

0,29 -51,225
6 60

1,047

43,000

0 0

Thiết kế máy bơm cánh gạt
11

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


3. XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT TIẾP XÚC VÀ KÍCH THƯỚC HÌNH
HỌC ĐẦU MÚT CÁNH GẠT

Trong phần này chúng ta xác định hình dáng đầu mút cánh gạt tiếp xúc với
biên dạng stato. Hình dáng đầu mút phụ thuộc vào lực hướng tâm tạo bởi áp suất
chất lỏng.
Trong các máy bơm, được thiết kế theo sơ đồ 1, các cánh gạt được ép vào
stato bởi lực ly tâm và áp suất nén chất lỏng được dẫn vào vành tròn phía dưới các
cánh. Tại vị trí tiếp xúc của cánh gạt với stato xuất hiện ứng suất tiếp xúc, ứng suất
này được xác định theo công thức sau:

1
2
max
1
( )
0,04
b
p b E R R
R R

 

, МPа
Ở đó:
R
1
– bán kính cung tròn đầu mút cánh gạt;
R=0,043 m – bán kính cực đại bề mặt trong stato;
b=0,002 m – bề dày cánh gạt;
р
2b
=
6
6,31 10
Pа
Е – modun đàn hồi , МPа;
Е
1
=Е
2

=2
5
10
МPа

5 5
1 2
5
5
1 2
2 2 2 10 2 10
2 10
4 10
E E
E
E E
   
   
 
МPа
Giới hạn cực đại của R
1max
được xác định theo công thức sau:
 
1max
0 0
max
0,002
0,003
2sin

2sin 17,44 1,43 0
2sin
2
b b
R m
 
 
 
   


 
  

ở đó
0 
, các cánh gạt phân bố đều theo vòng tròn.
0
0
max
0
4 4 3,14 0,043 0,037
arctg arctg 17,44
3 0,043 0,037
R r
R r
 
 
 
 

 
 
  
    
  

0 0
0
0
180 180 0,002
1,43
2 3,14 0,043 0,037
b
R r

   
  

Bán kính thực R
1
thường xác định theo công thức R
1
= R
1max
– R, ở đó
R =1,32 mm.
1 1max
0,00133 0,003 0,0013 0,0017R R m    

6 5 6

max
6,31 10 0,002 2 10 10 (0,043 0,0017)
0,04 47,77
0,043 0,0017
     
  

МPа
Ứng suất tiếp xúc giới hạn thường được lấy là [] =2500 МPа.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
12

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


max
47,77 [ ]=2500    
– thỏa mãn.

Hình. 4. Sơ đồ để tính toán bán kính cung tròn
đầu mút cánh gạt tiếp xúc với stato

4. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÁNH GẠT

Chiều dài các cánh gạt
l
có thể viết ở dạng tổng như sau:
1 2
l l l 
,

Ở đó
1
l
- chiều dài lớn nhất của phần cánh gạt vươn ra khỏi roto;

2
l
- chiều dài nhỏ nhất của phần cánh gạt nằm trong rãnh roto.
Trong tính toán thiết kế thường lấy tỉ lệ
1
2
0,85
l
l

;
Mặt khác các cánh gạt phân bố đều hướng tâm, nên ta có:
1
43 35 8 mml R r    

Suy ra
2 1
1,17 1,17 8 9,36 mml l   

8 9,36 17,36 mm
l
  

Lấy
1 2

17,5 ; 8 ; 9,5 mml mm l mm l  

Lực
1
P
là lực tác dụng của thành rãnh trên roto lên cánh gạt theo phương
vuông góc với phương chuyển động. Tại điểm cánh gạt tỳ lên mép roto, cánh gạt
chịu tác dụng lực
2
P
theo phương vuông góc với cánh gạt. Dọc theo thân cánh gạt
chịu tác dụng của lực
P p B b  
, ở đó
p
- là áp suất.
Phần cánh gạt vươn ra khỏi roto chịu áp lực phân bố bởi áp suất chất lỏng
công tác, áp lực tổng hợp tác dụng trực tiếp lên đoạn cánh gạt
1
l
một lực
1
q
b
P p B l  

Các lực
1 2
P и P
tính toán theo công thức sau:

Thiết kế máy bơm cánh gạt
13

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


1
1
2
1
2
2
( cos sin )
[ ]
sin cos 2
( cos sin ) ( cos sin )
[ ] ,
sin cos sin cos 2
q
q
q
P
l
P
P
l
P
l
P P
P P

l
  
  
     
     
  
  
 
     
    
   

ở đó
35
arcsin( sin ) arcsin( sin0 ) 0
43
p
r
R
 
     
;


- góc nghiêng của cánh gạt;


- hệ số ma sát ;
0,08



.
Xác định lực tác dụng lên cánh gạt : В=24 mm
6 3 3
6,31 10 24 10 2 10 303P N
 
      

6 3 3
6,31 10 24 10 8 10 1211,5
q
P N
 
      

1
2
2
303 (0,08 cos0 sin0) 1211,5
[ ] 0,85 535,5
0,08 sin0 cos0 2
303 (0,08 cos0 sin 0) 303 (0,08 cos0 sin0) 1211,5
1211,5 [ ] 0,85
0,08 sin0 cos0 0,08 sin0 cos0 2
1771,23
P N
P
P N
  
   

 
     
    
   


Thiết kế máy bơm cánh gạt
14

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


5. TÍNH TOÁN ĐĨA PHÂN PHỐI

Cửa sổ trên đĩa phân phối được thiết kế nhằm:
1) đối với sự bít kín: đảm bảo che lấp hoàn toàn giữa các khoang áp suất cao
và áp suất thấp.
2) loại bỏ sự thay đổi thể tích chất lỏng khi chuyển chức năng giữa khoảng
hút và khoang đẩy;
3) đảm bảo chuyển động của chất lỏng vào cửa đẩy với vận tốc không vượt
quá giá trị định mức
7 /s
max
m 
.
Để đảm bảo yêu cầu 1 , máy bơm cần thỏa mãn 
1
>0 và 
2
>0 (hình.5.)

Ở đó 
1
– giá trị che lấp với đoạn stato có bán kính lớn không đổi R;

2
– giá trị che lấp với đoạn stato có bán kính nhỏ không đổi r
0
.

1
và 
2
xác định theo các công thức sau:
1
1 1
2
2 2 0
0 0
180
sin arcsin( ) ,
180
sin arcsin( )
h
h R b
R R
h
h r b
r r
 
 

 
 
 
 
 
    

    


Để đảm bảo khả năng thuận nghịch mà không cần thay đổi đĩa phân phối các
khoảng cách h
1
và h
2
– được thiết kế giống nhau.

Hình. 5. Hình dạng của đĩa phân phối.
Khoảng cách từ trục tới cửa sổ của đĩa phân phối là:
0
1 2 0
sin 0 037 22 5 0 0015 0 01566
2
h h r , sin , , , m
 
 
 

       

ở đó =1,5 mm – giá trị che lấp.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
15

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


1
1 1
0
1
1
180
sin arcsin( )
180 0 01566
0 01566 0 043 30 0 002
3 14 0 043 0 043
0 007
h
h R b
R R
,
, , sin , arcsin
, , ,
, m
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
     

     

 

1
2 2 0
0 0
0
2
2
180
sin arcsin( )
180 0 01566
0 01566 0 043 30 0 002
3 14 0 043 0 043
0 012
h
h r b
r r
,
, , sin , arcsin
, , ,
, m

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
     

    

 

Giá trị vận tốc đẩy cực đại khi chất lỏng đổ vào khoang công tác từ 2 hướng
được xác định bởi công thức sau:
0 0
2
2 2
0 0 0
p
0
2
2 2
( )( 3 )
( ) ( )

4
3 20
101 6 0 024 0 043 0 037 0 043 3 0 037

0 037 0 043 0 037 0 043 0 037
4 1 047 0 037 0 035
3 20
2 45
max
B R r R r
r R r R r
r r
, , ( , , ) ( , , )
, ( , , ) ( , , )
, , ,
, m / s
 
 
 
 
 
 
 
 
  
  
 
   
     
 

 
    


2 45 7
max
,  
– thỏa mãn điều kiện.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
16

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


6. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH ÔNG DẪN HÚT
VÀ ỐNG DẪN ĐẨY

Trong hệ thống thủy lực ở các máy công cụ vận tốc chất lỏng trong ống dẫn
ngắn thường có các khoảng giá trị:
- trường hợp ống dẫn hút:
0,5-1,5м/с
- trường hợp ống dẫn đẩy:
3-5м/с
Đường kính thành trong của ống dẫn chất lỏng được xác định bởi công thức:

*
21.22Q
d
V


,
Ở đó Q – lưu lượng của máy bơm;
V – vận tốc dòng chảy trong ống dẫn.
a) Ống dẫn hút
Q=53,8 l/min
Lấy V=1,5 м/с
*
21,22 21,22 53,8
27,6 mm
1,5
Q
d
V

  

Chọn:
0
28 ;
30 ;
32;
60 .
trong
ngoai
d mm
d mm
l








Ren: К 1 ГОСТ6111-52
*

b) Ống dẫn đẩy
Lấy V=4,5 m/s
*
21,22 21,22 53,8
15,9 mm
4,5
Q
d
V

  

Chọn:
0
16 ;
18 ;
20;
60 .
trong
ngoai
d mm
d mm
l








Ren: К
3/8"
ГОСТ6111-52
*

Thiết kế máy bơm cánh gạt
17

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


7. TÍNH TOÁN LỰC CỦA ĐĨA PHÂN PHỐI LÊN THÀNH STATO.
TÍNH TOÁN LÒ XO

7.1. Tính toán lực của đĩa phân phối lên thành Stato.

Sơ đồ đĩa nén như hình 6

Hình. 6. Đĩa phân phối.
Lực ấn của đĩa phân phối được tính theo công thức sau:
2
п п
b

P p F 
,
Ở đó
п
F
– Diện tích tiếp xúc đĩa phân phối và stato.
Lực đẩy tác dụng lên đĩa phân phối được tính theo công thức:
2
о о
b
P p F 

Ở đó
о
F
– phần diễn tích đĩa phân phối chịu tác dụng của áp suất
2b
p
.
2 2
7 7 7
8 4 4 1
2 2
3 2
2
( ) 2( ) ( )
4 16
(110 54 ) 2(110 66) (110 66) 15,66 5550
4 16
,55 10

5
п
п
п
F d d d d d d h
F mm
F m
 
 

 
 
 
 
 
 
      
      



6 3
2
6,31 10 5,55 10 350205 35
п b п
P p F N kN

       

Thiết kế máy bơm cánh gạt

18

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


2 2
1 1 1
2 2 6
1
(2 - - )
12
(2 0,033 -0,027 -0,033 0,027) 6,31 10 920
12
b
P d d d d p
P N



     

2 2 2 2 6
2 2 1
( - ) (0,043 - 0,033 ) 6,31 10 3766
4 4
b
P d d p N
 
    

2 2 2 2 6
3 4 2
( - ) (0,066 - 0,043 ) 6,31 10 6212
8 8
b
P d d p N
 
    

2 2
4 3 2 3 2
2 2 6
4
( 2 )
24
(0,066 2 0,043 0,066 0,043)6,31 10 2888
24
b
P d d d d p
P N


  
      

6
5 7 4
2 ( ) 2 0,01566(0,11 0,066) 6,31 10 8696
b
P h d d p N

       

2 2
6 7 6 6 7
2 2 6
6
(2 )
24
(2 0,11 0,086 0,086 0,11) 6,31 10 6066
24
b
P d d d d р
P N


  
       

6
1
920 3766 6212 2888 8696 6066 28548 28,548
о i
i
P P N kN

        

35
; 1,22 1,2
28,548

п
п о
о
Р
Р Р
Р
   
- làm việc bình thường.

7.2. Tính toán lò xo.

Lực nén đơn vị của đĩa phân phối ép lên bề mặt tỳ đỡ cần phải đảm bảo bít kín
tại bề mặt tiếp xúc của roto và stato, khi mà trường hợp máy bơm được lặp đặt cho
trục quay theo phương đứng. Lực nén đơn vị được tính theo công thức:
,(**)
lx
lx
P G
p
F




Ở đó
=
lx lx
P P n

- lực ép của đĩa phân phối khi sử dụng lò xo;

'
lx
P
- lực ép của 1 lò xo;
n – số lượng lò xo ép lên đĩa.
2 2
7
F= ( )
4
d d


diện tích đĩa phân phối được tỳ đỡ;
7
d
- Đường kính ngoài của đĩa phân phối;
d – Đường kính lỗ trục của đĩa phân phối;
G – trọng lượng đĩa phân phối và roto cùng với các cánh gạt.
Thiết kế máy bơm cánh gạt
19

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


3
2 2 2 2
8
2 2 2 2
3 3
,638 10

( ) ( )
0,024(0,035 0,0105 ) 0,03 (0,027 0,0135 ) 5 0,015
0,22 10 ( )
n
b
V B r r h r r F
m
  
 



     
        
 

,
b
M V

 
với
3 3
7,8 10 /
b
kg m

 
- khối lượng riêng vật liệu máy bơm
3 3

0,22 10 7,8 10 1,716М kg

    

1,716 9,81 16,8G Mg N   

2 2 3 2
(0,11 0,027 ) 8,93 10 ( )
4
F m


   

3
23 10
lx
p P
а 

Từ pt
(**) 

3 3
23 10 8,96 10 16,8 223
lx lx
P p F G N

       

Lấy n=3
Khe quán tính tương đối
0,05



Xác định lực ép khi biến dạng cực đại:
max
/
223/ 3
78,2
1 1 1 0,05
lx lx
P P n
P N
 

   
  

Xác định đường kính sợi lò xo:
3
max
6
1,29 78,2 5
1,6 1,6 1,46 10
[ ]
600 10
к
kP c

d m


 
   


Ở đó:

1.29
5
600
k
c
МPа





Chọn d=1,5 mm;
5 1,5 7,5D cd mm   

Lựa chọn lò xo theo tiêu chuẩn ГОСТ 13766-68. Lò xo số 289.

Thiết kế máy bơm cánh gạt
20

Tài Liệu của Blog Thủy Lực

8. LỰA CHỌN Ổ TRỤC QUAY

Ta chọn các ổ trục quay dạng cầu dạng hướng tâm 1 lớp №50204 и №50205
(chọn theo tiêu chuẩn ГОСТ 2893-82).
Tính toán momen xoắn:
max
9555 ;
8,07
9555 79,5 ;
970
x
x
N
М
n
М N m

   

Ở đó
max
N
- công suất yêu cầu của máy bơm, kW;
n – số vòng quay của trục trong 1 phút
M
x
– momen xoắn trục quay sinh ra, N.m

Đối với ổ trục quay №50204:

3
79,5
1691 ;
47 10
1
1691 5188,6 5,2 ;
0,326
12,7 5,2 .
x
ш
d
n
дин
M
N m
P N
d
m
f
C P N kN
f
С kN С kN


  

     
  

Đối với ổ trục quay №50205:

3
79,5
1529 ;
52 10
1
1529 4690 4,7 ;
0,326
14 4,7 .
x
ш
d
n
дин
M
N m
P N
d
m
f
C P N kN
f
С kN С kN


  

     
  

Tuổi thọ làm việc của ổ trục dạng cầu hướng tâm làm việc khoang 1000 giờ.

Mà máy bơm thiết kế làm việc khoảng 5000 giờ. Vậy ổ trục quay được chọn hoàn
toàn tin cậy.

Thiết kế máy bơm cánh gạt
21

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


9. TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN
9.1. Tính toán tính chịu nén của liên kết then

6
0
1 1
0,02 0,006 0,016 150 10
3
96 N 79,5 N
tr
a
x
d h l
К
m М m

          
    
,
Ở đó:
a

К
— hệ số an toàn của liên kết bằng then chịu ép,
3
a
К 
, đối với kết cấu lỗ;
t
d
— đường kính trục;
h — chiều cao then,
6 h мм
;
l
— chiều dài then,
16 mml 
;
0

— ứng suất giới hạn chịu ép của then,
0
150 МPа


.
Điều kiện kiểm tra thỏa mãn, liên kết then chịu nén tốt.

9.2

Tính toán tính chịu cắt của liên kết then

6
0
1 1
0,02 0,006 0,016 350 10
3
224 74,55
tr
a
x
d b l
К
N m М N m

          
    

Ở đó
o

— ứng suất cắt giới hạn của then,
0
350
МPа


.
Điều kiện kiểm tra thỏa mãn, liên kết then chịu cắt tốt.

Thiết kế máy bơm cánh gạt
22

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


10. TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT MÁY BƠM

Một phần công suất cung cấp cho máy bơm bị mất đi vô ích gọi là tổn thất
năng lượng. Tổn thất năng lượng ở máy bơm chia ra thành tổn thất cơ học, tổn thất
thể tích, tổn thất thủy lực. Một dạng đều được đánh giá bởi hiệu suất tương ứng.

10.1. Xác định hiệu suất cơ học và tổn thất cơ học.
Tổn thất cơ học – là tổn thất hiệu suất để vượt qua lực ma sát trong các chi tiết
động và trong các khâu của hệ thống thủy lực.

1
c
c
i
N
N


 

Xác định
c
N
:

1. Tổn thất của ma sát chất lỏng với mặt mút roto và ma sát các cánh gạt ở
trong đĩa phân phối
1c
N
:
 
4 4
1
2
упл
c
Т
N r r
 
 


      
,
Ở đó
6 3
20 10 830 16,6 10
kg
m s
 
 
     

– hệ số nhớt động lực đối với dầu
И-20 (với


- độ nhớt của dầu,

- khối lượng riêng của dầu );
0,025
0,001 0,0135
2 2
k
D
r a m
     
– bán kính nêm kín.
Ở đó D – đường kính ngoài then hoa,
а
- khe hở phương hướng tâm giữa
trục quay và mặt mút của đĩa phân phối.
0,035
r m
– bán kính roto.
 
2
3 4 4
1
3
3,14 101,6
2 16,6 10 0,035 0,0135 158
0,01 10
c
N W




       


2. Tổn thất trên ma sát của các cánh gạt tại stato
2c
N
:
   
 
2 0 0
6
1 1
2 2
1
6,3 10 0,02 0,024 0,002 0,043 0,037 101,6 12 295
2
тs тs
c
b
N Т R r z р f B b R r z
W
 
              
          

Ở đó
0,024B m
– chiều rộng stato;

0,002b m
– chiều rộng cánh gạtширина пластины;
0,02
тs
f

– hệ số ma sát;
6
6,3 10
b
р Pа 
– áp suất máy bơm;
12z 
– số cánh gạt.

Thiết kế máy bơm cánh gạt
23

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


3. Tổn thất trên ma sát trong các rãnh của roto
3c
N
:
Lực ma sát của các cánh trong rãnh roto trong tính toán có thể bỏ qua, nghĩa
là chúng rất nhỏ
3 2 1
&
c c c

N N N   
.
4. Tổn thất bởi ma sát tại ổ trục quay:
4
тsq
c
N М

  
,
ở đó
тs
М
– mômen quay tạo bởi lực ma sát trong ổ trục quay;
Ma sát trong ổ trục quay khi tính toán bỏ qua.
5. Tổn thất để bít kín
5c
N
:
5c
тsk
N М

  
,
2
у
тsk
d
М к F  

,
Ở đó
у
F
– diện tích bề mặt bít kín,
d – đường kích bít kín;
l – độ dài bít kín;
(0,07 0,08) 98100к Pа  
– ứng suất của lực ma sát đối với vòng bít kín
bằng cao su.
3 2
3,14 0,048 0,008 1,2 10
у
F d l m


       
,
3
0,048
0,07 98100 1,2 10 0,198
2
тsk
М N m

      
,
5
0,198 101,6 20,11
c

N W   

158 295 20,11 473,11
c
c i
N N W

     

.

Определим
i
N
:
 
и и
i i
b
N
р Q р Р Q     

где p – tổn thất áp suất để vượt qua ma sát và các kháng trở cục bộ trong
đường dẫn của máy bơm từ cửa vào qua khoang công tác tới cửa ra.
vao
к ra
р р р р      
,
 
2

.
2
vao vao пов вс окна
р

   
     

2
. .
2
к р к
р

 
   

 
2
2
ra пов ra
day
р

   
     

Ở đó

– vận tốc tròn;

3
830
kg
m


- khối lượng riêng dầu И-20;
Thiết kế máy bơm cánh gạt
24

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


0 0
2
2 2
0 0 0
p
0
2
2 2
( )( 3 )
( ) ( )
4
3 20
101 6 0 024 0 043 0 037 0 043 3 0 037

0 037 0 043 0 037 0 043 0 037
4 1 047 0 037 0 035
3 20

4 45
max
B R r R r
r R r R r
r r
, , ( , , ) ( , , )
, ( , , ) ( , , )
, , ,
, m / s
 
 
 
 
 
 
 
 
  
  
 
   
     
 
 
    


 
2
2,45

830 0,5 0,02 0,5 2541
2
vao
р Pа
      

2
2,45
830 0,5 1246
2
к
р Pa
    

 
2
2,45
830 0,5 0,02 0,5 2541
2
ra
р Pа
      

2541 1246 2541 6328р Pа    

 
6 3
(6,3 0,006328) 10 1,055 10 6640
и
i i

b b
i
N р Q р р Q
N W

    
     

473,11
1 1 0,929
6640
c
c
i
N
N


    

10.2. Xác định hiệu suất thủy lực và tổn thất thủy lực.
Tổn thất thủy lực – là tổn thất công suất để vượt qua các kháng trở thủy lực.
1
t
b
P
P


 

0,006328
1 0,999
6,3
г

  

10.3. Xác định hiệu suất thể tích và tổn thất thể tích.
Tổn thất thể tích – là tổn thất công suất liên quan tới sự giảm lưu lượng lý
tưởng từ các nguyên nhân sau: không đổ đầy chất lỏng vào khoang công tác, rò rỉ
chất lỏng, sự trễ của đĩa phân phối, sự nén của chất lỏng.
1) Tổn thất vì không đổ đầy bởi vì có không khí trong khoang công tác. Người
ta đánh giá hệ số không đổ đầy
kd

. Lấy
0,95
kd


.
2) Rò rỉ từ khoang công tác – là tổn thất liên quan tới rò rỉ chất lỏng từ khoang
công tác qua các khe hở, các lỗ và không bít kín của các cơ cấu phân phối. Tổn thất
này được đánh giá bởi hệ số
r

.
1
kd

y
r
u
Q
Q



 

Thiết kế máy bơm cánh gạt
25

Tài Liệu của Blog Thủy Lực


1 2 3
у
у у у
Q Q Q Q     

2.1.
1у
Q
– rỏ rỉ từ các không gian trống.
1 1.
1. '
у у roto
у ca nh
Q Q Q    

3
3 2
1
1.
3 2 1
12
b
у roto
p
d d
d d
Q
d d d d
 

 
 
 
 
 


  
  
,
Ở đó –
6,3
b
р МPа

– áp suất nén;

3
0,01 10
m


 
– khe hở giữa mặt mút rôto với đĩa phân phối зазор;
3
16,6 10
kg
m s


 

– độ nhớt động lực đối với dầu И-20;

d
3
=0,066 m – đường kính ngoài roto;
d
2
=0,043 m, d
1
=0,033 m – đường kính vị trí kênh dẫn chất lỏng;
d=0,025 m – đường kính ngoài then hoa.
6 3 3
1.

3
6 3
6,3 10 (0,01 10 ) 3,14 0,066 0,043 0,033 0,025
0,066 0,043 0,033 0,025
12 16,6 10
1,2 10 /
у roto
Q
m s



 
 
 
     
  
 
 
 

3
1. '
2
12 2
b
у ca nh
Р B
z
Q

l


 
  
 

Ở đó
2
0,0095l m
– chiều dài cánh gạt nằm trong rãnh roto khi cánh gạt
vươn ra cực đại;
2
z
– số cánh gạt trọng vùng áp suất thấp;
3
0,01 10
m


 
– khe hở giữa cách cánh gạt và rãnh chứa trên roto;
0,024B m
– bề rộng roto.
6 3 3
6 3
1. '
3
6,3 10 (0,01 10 ) 0,024 12
0,48 10 /

2
12 16,6 10 0,0095
у ca nh
Q m s



   
    
  

6 6 6 3
1
1,2 10 0,48 10 1,68 10 /
у
Q m s
  

     

2.2.
2у
Q
- rò rỉ giữa các cánh gạt và stato định hướng: