truyền động thủy khí động lựctruyền động thể tích

1
1
TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC
THỂ TÍCH
2
§1. KHÁI NIỆM CHUNG
Dựa vào tính không nén của CL (dầu cao áp) ñể
truyn áp năng

truyn ñc xa; ít tn tht năng
lng.
Các phần tử trong TĐTLTT:
1: Bơm cung cấp dầu áp suất lớn
2: Động cơ thuỷ lực kiểu thể tích
3: Bộ phận biến ñổi và ñiều chỉnh (thiết bị ñiều
khiển, ñường ống, các thiết bị phụ, van)
1; 2: cơ cấu biến ñổi năng lượng.
Sử dụng trong: hệ thống lái máy bay, hệ thống phanh, hệ
thống nâng ben ô tô, hệ thống tự ñộng
2
3
PHÂN LOẠI
Dựa vào chuyển ñộng của ñộng cơ thuỷ lực
(bộ phận chấp hành) 
• TĐTLTT có chuyển ñộng tịnh tiến,
• TĐTLTT có chuyển ñộng quay
• TĐTLTT chuyển ñộng tuỳ ñộng,
4
TĐTLTT chñộng tịnh tiến
F
cản

F=p.S
Van phân phối
Bơm cánh gạt
Van an toàn
Xi lanh lực
Động cơ thủy lực
TĐTLTT chñộng quay
3
5
ƯU ĐIỂM
• Trọng lượng trên 1 ñơn vị công suất: nhỏ.
• Hiệu suất cao.
• Đảo chiều ñơn giản, ñiều chỉnh vô cấp vận tốc bộ
phận chấp hành.
• Chuyển ñộng êm.
• Độ nhạy; ñộ chính xác cao, ñiều khiển nhẹ nhàng.
• Tạo lực tác dụng lớn khi cần thiết.
NHƯỢC ĐIỂM
• Áp suất làm việc cao  khó làm kín các bộ phận
làm việc,
• Các chi tiết có ñộ chính xác cao  giá thành ñắt.
• Yêu cầu cao về chất lỏng làm việc.
• Vận tốc truyền xung thuỷ lực khá nhỏ: a =100 m/s 
gây sự trễ ñáng kể trong ñường ống dài.
6
Y/cầu ñ/v chất lỏng làm việc
• Bôi trơn tốt ñ/v vật liệu của cặp trượt: tạo ñược
màng dầu bôi trơn giữa hai bề mặt trượt.
• Tính chất của CL ít thay ñổi trong vùng T
o

làm việc.
• T
o
sôi cao.
• Không chứa CL dễ bay hơi.
• Không phá huỷ vật liệu.
• Độ bền cao ñ/v sự ô xi hoá, thời gian làm việc dài.
• Nhiệt ñộ bén lửa và nhiệt ñộ tự bốc cháy cao.
4
7
Thường sử dụng dầu khoáng: bôi trơn tốt,
chống rỉ tốt, có tính bền hoá học cao.
Nhược ñiểm của dầu khoáng:
• Độ nhớt thay ñổi theo nhiệt ñộ.
• Dễ cháy, vì vậy nhiệt ñộ làm việc phải nhỏ
hơn 50o.
• Dầu làm việc phải sạch, không chứa tạp chất
cơ khí làm bẩn thiết bị.
• Khi áp suất làm việc cao  chọn dầu có ñộ
nhớt lớn.
8
§2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC – CÁC THÔNG SỐ
• CL từ bơm 1 vào ĐC thuỷ lực với áp suất p, lưu
lượng Q. Bỏ qua tổn thất trên ñường ống dẫn.
F
cản
F=p.S
Van phân phối
Bơm cánh gạt
Van an toàn

Xi lanh lực
5
9
1. Lực do CL tác dụng lên piston của XL lực:
F = p.S
pis
= F
cản
+ F
ms
±
±±
± F
qt
• S
pis
: diện tích bề mặt làm việc của piston
• Lực F thắng F
cản
(lực của phụ tải tác dụng lên
cần piston), lực ma sát, lực quán tính (± Fqt).
KL: áp sut CL do Bm to nên ph thuc ch
yu vào ph ti, ⇒ phải chọn bơm ñảm bảo áp
suất làm việc lớn nhất và công suất cần thiết:
max max
max
can can
P M
F M
p

S K
= =
 Giảm kích thước ñộng cơ thuỷ lực bằng cách
tăng áp suất làm việc.
10
2. Lưu lượng – Vận tốc cơ cấu chấp hành
• Bỏ qua rò rỉ trong ñcơ thủy lực: Q
ñcơTL
= Q
Bom
• Xét rò rỉ trong ñcơ thủy lực:
Q
ñcơTL
= Q
Bom
.η
ηη
η
QñcơTL
dcTL
dcTL
dcTL
dcTL
dctldctl
dcTL
dcTL
dctl
K
Q
q

Q
n
q
Q
n ===⇒=
60
2
60
2
π
π
ω
P
dcTL
S
Q
v =
- Cơ cấu chấp hành có chuyển ñộng quay:
- Cơ cấu chấp hành có chuyển ñộng tịnh tiến:
Q
ñcơTL
= v.S
p
⇒
BomQ
Bom
BomBomQBomltBom
n
qQQ
ηη

⋅⋅=⋅=
60
6
11
3. Công suất:
ckBomQBom
Bom
Bomtr
Qp
N
ηη
⋅
⋅
=
a. Công suất trên trục bơm:
12
b. Công suất ñcơ thủy lực:
N
ĐcTL
= F
phụ tải
.v (= M
cản
.
ω
ñcTL
)
⇒
N
ĐcTL

có th tính theo yêu cu ca ti trng (F,v)
hoc thông s làm vic ca bm (p,Q
bm
).
DcTLckDcoTLQckBomQBomtrBomĐcTL
ĐcTLckDcTLQBom
DcTLckñcoTL
pis
ñcoTL
DcTLckpisĐcTL
NN
Qp
Qp
S
Q
SpN
ηηηη
ηη
η
η
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅=
⋅⋅=
⋅⋅=
7
13
§3. CÁC SƠ ĐỒ TĐTL THỂ TÍCH
I. Sơ ñồ hở
Động cơ thủy lực
Bơm

14
II. Sơ ñồ kín
a)
1
2
4
3
5
66
b)
1
2
3
4
Bơm phụ
• Bổ sung CL rò rỉ
• Tăng áp suất làm việc của CL
8
15
Sơ ñồ vi sai
1
2
3
4
5
6
16
§4 Các phần tử thuỷ lực trong TĐ
thuỷ lực thể tích
1) Van mt chiu:

• Dẫn dòng chảy
theo 1 hướng.
• Thường ñặt ở
cửa vào của
bơm, khi máy
ngưng làm việc
dầu không bị
chảy hết về bể
dầu  không
khí không lọt
vào hệ thống.
a)
b)
c)
I. Cơ cấu chỉnh hướng
9
17
II. Cơ cấu phân phối (van ñảo chiều):
Nhiệm vụ:
• Đổi nhánh dchảy ở các nút của lưới ñường ống
• Phân phối CL vào các ñường ống theo một qui
luật nhất ñịnh ⇒ có thể ñảo chiều chuyển
ñộng của cơ cấu chấp hành (ñộng cơ thuỷ
lực)
• Điều khiển cơ cấu chấp hành chuyển ñộng
theo một quy luật nhất ñịnh.
- CL từ bơm > cơ cấu phân phối > các nhánh khác
nhau > ñộng cơ thuỷ lực.
- Cơ cấu phân phối gồm vỏ và bộ phận ñổi nhánh.
18

1. Ngăn kéo phân phối
A
B
C
1
2
Thông với
bể dầu
A B
C
1
2
Thông với
buồng trái
của XLL
Thông với
buồng phải
của XLL
10
19
Ngăn kéo phân phối
08C4: 3 nhóm, chuyển file
hình
20
2. CON TRƯỢT PHÂN PHỐI:
soạn, trình bày.
Vê
thùng
Tư bơm
b

2
b
1
Thông với buồng
trái của XLL
Thông với buồng
phải của XLL
11
21
CON TRƯỢT PHÂN PHỐI
• Piston bậc 1 + Xi lanh (vỏ) 2
• Piston chuyển ñộng trong XL, các bậc của
piston ñóng, mở các cửa lưu thông trong XL
• b
1
: chiều rộng bậc piston
• b
2
: chiều rộng rãnh (cửa lưu thông)
• b
1
< b
2
: rò rỉ nhiều, ñộ nhạy cao, cơ cấu làm
việc ít ổn ñịnh
• b
2
<b
1
: ít rò rỉ, kém nhạy, cơ cấu làm việc ổn

ñịnh
22
CON TRƯỢT PHÂN PHỐI
b
2
b
1
1 2
Từ bơm
12
23
CON TRƯỢT PHÂN PHỐI
3 vị trí, 4 cửa lưu thông
Tu bom dên
dên d.co
Tu d.co dên
I
a)
II
III
Tu bom dên
Tu d.co dên
Đên d.co
24
Con trượt phân phối ñiều khiển bằng cơ cấu phụ
2
3
Từ bơm
13
25

3. Khóa phân phối
A
A
p
0
1
2
A-A
1
2
0
26
1. Lỗ tiết lưu
• Là tiết lưu cố ñịnh không ñiều chỉnh ñược.
• Gây ñộ chênh áp cần thiết giữa 2 khoang làm việc
• Hạn chế sự dao ñộng áp suất của CL do va ñập giữa
các chi tiết làm việc (lỗ giảm chấn).
III. TI
Ế
T LƯU
-
Cơ
c
ấ
u
ñi
ề
u
chỉnh lưu lượng
14

27
2. Tiết lưu ñiều chỉnh ñược
a)
c)
b)
• Điều chỉnh sức cản của tiết lưu ⇒ lưu lượng qua
tiết lưu thay ñổi ⇒ vận tốc cơ cấu chấp hành thay ñổi.
• Điều chỉnh tiết lưu bằng cách thay ñổi tiết diện lưu
thông của CL khi qua tiết lưu.
• Có thể ñặt ở ñường vào hoặc ñường ra của cơ cấu
chấp hành, thường ñặt ở ñường ra

ñóng luôn vai
trò van giảm áp.
28
F : tiết diện của piston của XL lc (cơ cấu chấp hành)
v : vận tốc của piston của xilanh lực
Q: lưu lượng qua tiết lưu
A
x
: tiết diện chảy qua tiêt lưu
∆
p = p
0
– p
1
là hiệu áp khi CL qua tiết lưu.
F
pAC
F

pAC
v
pAC
p
gAQ
tiettluuxtiettluux
tiettluux
tiettluu
x
∆⋅⋅⋅
=
∆⋅⋅⋅
=
∆⋅⋅⋅=
∆
⋅⋅⋅=
µµ
µ
γ
µ
2
Lưu lượng qua tiết lưu:
15
29
F
cản
p
1
2
1

3
4
30
• Vận tốc cơ cấu chấp hành ñược ñiều chỉnh nhờ A
x
và
∆p thay ñổi ñược với loại tiết lưu ñiều chỉnh ñược (vít
ñiều chỉnh lò xo).
• Khi ñảm bảo ñược ∆p = const khi áp suất làm việc của
cơ cấu thay ñổi và cho A
x
không ñổi  Q=const  vận
tốc cơ cấu chấp hành không ñổi  nguyên lý của bộ
ổn ñịnh tốc ñộ (ñiều tốc)
• Tự soạn: Nguyên lý làm việc của bộ ñiều tốc.
F
pAC
F
pAC
v
tietluuxtietluux
∆⋅⋅⋅
=
∆⋅⋅⋅
=
µµ
16
31
1. Van an toàn – Van tràn
• Van an toàn: bảo vệ hệ thống khỏi bị quá tải.

• Van tràn: ñiều chỉnh ứng lực lò xo ñể bi luôn
mở  luôn có CL thoát ra cửa b: nhờ hoạt
ñộng của van, áp suất trong hệ thống luôn ở
giá trị không ñổi.
• Áp suất cửa vào có tác dụng ñiều chỉnh van.
• Van vi sai, van tác dụng tùy ñộng: van bi
ñóng vai trò cơ cấu phụ gây tác dụng lên
piston.
III- Cơ cấu ñiều chỉnh áp suất: van bảo
vê, van tràn, van giảm áp (van cản)
Tự soạn: Nhiệm vụ khác nhau của van an toàn,
van tràn trong hệ thống TL
32
a. Van an toàn tác dụng trực tiếp
17
33
F
cản
F=p.S
Van phân phối
Bơm cánh gạt
Van an toàn
Xi lanh lực
34
b. Van an toàn vi sai có ñệm giảm chấn
Lò xo nhỏ vì diện
tích chịu lực ñể mở
van nhỏ (2 mặt bậc
của piston)
P

lòxo
= p.(F
2
-F
1
)
Quá tải: áp lực CL  piston ñi qua phải, cửa b mở, CL theo
cửa b chảy ra ngoài
Khi ñóng van: Khi p ↓ñến [p]  P
lò xo
thắng áp lực CL,
piston ñi qua trái, CL từ A
→
lỗ giảm chấn (trên piston)
→
buồng lò xo B, p
A
> p
B
 hãm bớt chuyển ñộng ñi qua trái
c
ủ
a
piston,
tr
á
nh
s
ự
va

ñ
ậ
p
c
ủ
a
ñ
ế
piston
v
ớ
i
v
ỏ
.
d
D
p
A
B
a
18
35
c. Van an toàn tác dụng tùy
ñộng (tổ hợp bi – piston)
Van ở vị trí ñóng: lò xo 5 ép
bi 4 vào ñế van; piston 2 ở
vị trí thấp nhất dưới tác
dụng của lò xo 3. Không có
sự lưu thông CL từ a qua b

Quá tải: Khi p
1
ở a ↑
↑↑
↑, áp
suất ở c,d,e
↑
↑↑
↑
. Áp lực CL
thắng lò xo 5, bi 4 mở, dầu
từ c qua lỗ tiết lưu, qua van
bi, vè bể dầu;.lỗ giảm chấn
8 tạo chênh áp giữa d, e, c

Pis ñi lên, dầu từ a qua
b chảy về bể  p
1
↓
↓↓
↓.
Khi p
1
cân bằng với P
lò xo 5
 van bi ñóng lại, dầu
không chảy qua lỗ giảm
chấn, ∆p giữa các buồng
=0, lò xo 3 ñưa piston ñib
xuống; ñóng cửa lưu thông

giữa a và b
8, 9: lỗ tiết lưu
36
• Có thể ñiều chỉnh lực lò xo 5 sao cho bi 4 luôn
mở  luôn có CL tháo qua bi tùy ñộng và qua
cửa lưu thông giữa (a) và (b)  hoạt ñộng của
van tràn 

 áp suất trong hệ thống luôn ñược
giữ ở trị số không ñổi.
Kt lun
• Van an toàn tác dụng tùy ñộng ñảm bảo hệ
thống không bị quá tải và ổn ñịnh áp suất
làm việc trong hệ thống.
• Áp suất ở cửa vào của van có tác dụng ñiều
khiển hoạt ñộng của van
• Bi tùy ñộng (4) ñóng vai trò ñiều khiển gây tác
ñộng lên piston.
19
37
2. Van cản – Van giảm áp
• Tạo sức cản trong hệ
thống.
• Thường lắp ở cửa ra của
XL lực ñể tạo áp suất nhất
ñịnh ở ñường ra XL lực
• Pis. chuyển ñộng êm, nhẹ
nhàng; khi máy ngưng làm
việc dầu không chảy hết về
bể dầu  khi khởi ñộng lại,

pis. không bị va ñập.
• Áp suất ñiều chỉnh van là p
2
(áp suất ra của XLL=áp suất
vào của van cản)
• Có thể ñiều chỉnh giá trị p
2
bằng cách ñiều chỉnh lò xo
của van cản
p
2
a. Van cản:
38
b. Van giảm áp
• Sức cản ở mỗi thời ñiểm cho trước bằng hiệu áp
suất p
1
≠
≠≠
≠const ở lối vào của van và p
2
=const ở
lối ra của van.
• Dùng ñể giảm áp suất trong một ñoạn của
ñường dẫn và duy trì áp suất này không ñổi,
không phụ thuộc áp suất của hệ thống (p
1
)
• Áp suất ñiều khiển là áp suất dòng ra khỏi van
20

39
Van giảm áp piston hình nón
3
2
1
4
Van mở: F
lòxo
= lực tác dụng lên ñáy nón.
Nếu áp suất dầu ở cửa ra (4) tăng  piston ñi về
trái, ñóng bớt cửa lưu thông, tổn thất thủy lực tăng,
hạn chế dầu ñi về 4  áp suất tại cửa 4 về lại giá trị
p
giamap
ban ñầu.
40
• Giảm áp suất từ
nguồn tới
• Ổn ñịnh áp suất ñã
ñược giảm (tại cửa
ra)
• Áp suất tại cửa ra có
tác dụng ñiều khiển
hoạt ñộng của van
 áp suất tại cửa ra
ñược giữ không ñổi.
Van giảm áp tác dụng tùy ñộng
21
41
Van giảm áp tác

dụng tùy ñộng
(9): lỗ thông ở ñáy thân piston
(8): lỗ giảm chấn trên thân piston
(b), (d) thông với (c) nhờ lỗ 9.
(b) thông với (e) qua lỗ 10.
• Lò xo 5 ñẩy bi tì vào ñế van
• Lò xo yếu 3 ép Piston 2 ở vị trí thấp
nhất  Diện tich lưu thông giữa (a) và
(b): max
• Dầu từ (a) →
→→
→ (b) qua cửa hẹp (giảm
áp).
Khi p ở buồng (b) tăng:
• Bi mở, dầu từ (b) qua (d), (c), qua
van bi thoát về thùng.
• Chênh lệch áp suất làm pis. ñi lên,
dtích lưu thông giữa a và b hẹp lại 
p
(b)
giảm xuống.
• Piston dừng lại khi có sự cân bằng
giữa áp lực dầu và lò xo 3.
p
giảm áp
ñiều chỉnh nhờ vít 7 của loxo 5.
d
b
c
e

a
42
Van giảm áp tác dụng tùy ñộng
Khi p ở buồng (b) giảm


 p
(d)
; p
(e)
giảm  Cân
bằng lực trên piston bị
phá vỡ
Lò xo (3) ñẩy piston (2) ñi
xuống  dtích lưu thông
giữa a và b tăng lên 
p(b) tăng cho ñến khi về
giá trị cũ
d
b
c
e
a
22
43
• Nếu luôn ñể 1 ít CL tháo qua bi tùy
ñộng  hoạt ñộng của van giảm áp tùy
ñộng làm cho p trong ñường ống sau
van luôn không ñổi và nhỏ hơn áp suất
vào van.

• Giá trị áp suất sau van ñiều chỉnh bằng
lò xo 5 tác dụng lên bi tùy ñộng.
44
§4. ĐIỀU CHỈNH VẬN TỐC CƠ CẤU
CHẤP HÀNH
Các thông số cơ bản của TĐTL :
• vận tốc v ; lực ñẩy piston F (XL lực);
• vận tốc góc ω ; momen M của roto ĐCTL.
Hai phương pháp ñiều chỉnh:
- Điều chỉnh thể tích làm việc (lưu lượng riêng) của
bơm hay của Đcơ thuỷ lực: phương pháp thể
tích.
- Dùng tiết lưu: phương pháp tiết lưu.
23
45
Bơm
Đcơ TL
46
I. Phương pháp thể tích
TĐTLTT có chuyển ñộng quay:
B
ltDc
ltB
Dc
n
q
q
n ⋅=
⇒ có thể ñiều chỉnh vận tốc quay n
Dc

của ñcơ thủy
lực khi vận tốc quay của bơm n
B
= const bằng cách:
- thay ñổi lưu lượng riêng của bơm q
B
- thay ñổi lưu lượng riêng của ñcơ thuỷ lực q
DcTL
- hoặc thay ñổi cả hai.
Bỏ qua rò rỉ:
24
47
Momen quay trên trục ñcơ thuỷ lực
⇒ khi ñộ chênh áp ở ñcơ thuỷ lực p
Dc
=const 
momen quay M
Dc
chỉ phụ thuộc bậc nhất vào
lưu lượng riêng của ñcơ thuỷ lực (q
Dc
) ⇒
+ Khi ñiều chỉnh vận tốc bằng cách thay ñi lu
lng riêng ca bm: momen quay trên trc
ca ñc thu lc không ñi.
+ Khi q
B
= const, nếu ñiều chỉnh vận tốc bằng cách
thay ñi lu lng riêng ca ñc thy lc




momen quay M
Dc
t l bc nht vi q
Dc
.
π
2
TLDcDcTL
DcTL
qp
M
⋅
=
48
Công suất
+ Khi ñiều chỉnh vận tốc quay của ñcơ bằng cách
thay ñổi lưu lượng bơm q
B


 công suất
trên trục của ñcơ thay ñổi tỉ lệ bậc nhất với
q
B
.
+ Khi ñiều chỉnh vận tốc bằng cách thay ñổi q
Đc
,

công suất N
Đc
sẽ không thay ñổi.
DcTL
DcTL
DcTLTLDc
p
n
qN ⋅⋅=
60
Bỏ qua tổn thất::
25
49
max
max
ltDcDc
BltBB
ltDc
q
nq
n
⋅
⋅
⋅
=
ε
ε
π
ε
2

max DcltDcDc
ltDc
nq
M
⋅
⋅
=
max
e
e
=
ε
Hệ số ñiều chỉnh :
e: ñộ lệch tâm của roto (bơm hoặc ñcơTL)
e
max
: ñộ lệch tâm lớn nhất của roto
50
Kết luận
• Vận tốc quay của roto ñcơ thuỷ lực n
Dc
phụ thuộc vào hệ số
ñiều chỉnh ε
B
và ε
Dc.
• Khi thay ñổi q
Bơm
, n
ñcơ thuỷ lực

thay ñổi từ 0 (ε
B
= 0) ñến cực
ñại (ε
B=1
).
• Khi thay ñổi q
Dc
, n
ñcơ thuỷ lực
thay ñổi từ cực ñại (ε
Dc
=min)
ñến cực tiểu (ε
Dc
=1) .
• Bằng cách ñiều chỉnh lưu lượng bơm và ñcơ TL, về lý
thuyết, có thể thay ñổi ñược giá trị vtốc quay của ñcơ TL từ
0 ñến max.
• Bằng cách ñổi dấu của các hệ ñiều chỉnh 

 ñảo ñược
chiều quay của ñcơ thuỷ lực.