CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN THỦY LỰC

chơng i
tính toán thiết kế và điều chỉnh tốc độ
trong hệ thống truyền dẫn thuỷ lực
Truyền dẫn thuỷ lực là truyền dẫn mà trong đó tốc độ của cơ cấu
chấp hành đợc thay đổi vô cấp, nhờ có sự thay đổi lu lợng chảy qua van tiết
lu, hoặc thay đổi năng suất của bơm. Do đó có hai phơng pháp điều chỉnh
tốc độ.
- Điều chỉnh tốc độ bằng thể tích.
- Điều chỉnh tốc độ bằng tiết lu.
I- Điều chỉnh và ổn định tốc độ bằng thể tích.
I. Điều chỉnh tốc độ bằng thể tích.
1- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng thể tích:
5

8
7
2

4

3
M
1

1

a)

6

4

2

b)

Để điều chỉnh tốc độ ngời ta dùng các bơm có năng xuất thay đổi.
Dầu từ bể chứa 1 (hình a) do bơm có năng xuất thay đổi 2 đẩy lên sẽ
theo đờng ống vào động cơ dầu 3. Dầu từ buồng không làm việc của động
cơ dầu 3 lại chảy về bể. Van an toàn 4 dùng để xác định áp lực làm việc
của bơm và đề phòng khí quá tải.
Khi muốn thay đổi vận tốc quay của động cơ dầu 3, ta thay đổi năng
xuất của bơm 2.
Khi cơ cấu chấp hành có chuyển động thẳng tịnh tiến, ta sẽ dùng xi
lanh lực và bố trí theo sơ đồ nguyên tắc ở (hình b) . Dầu từ bể 1 do bơm có
năng xuất thay đổi 2 đẩy lên, qua van đảo chiều 7 vào buồng làm việc của
xi lanh, đẩy pít tông 8 cùng bàn máy 5 chuyển động. Dầu từ buồng kia của
1


xi lanh qua van đảo chiều 7, rồi qua van áp lực 6 về bể. Van 6 có tác dụng
là tạo ra ở đờng dầu về bể luôn có một áp lực nhỏ từ 0,3 đến 0,8 Ma; nh
vậy pít tông 8 và bàn máy sẽ chuyển động êm hơn. Đồng thời van 6 luôn
luôn giữ lại trong hệ thống một lợng dầu cần thiết, không cho dầu về bể hết
khi hệ thống không hoạt động. Nh vậy sẽ tránh đợc hiện tợng không khí lọt
vào hệ thống khi bơm 2 ngừng hoạt động. Tốc độ của bàn máy đợc thay đổi
nhờ thay đổi năng xuất của bơm 2.
2- Các phơng pháp thay đổi năng xuất của bơm.
Năng xuất của bơm thông thờng đợc điều chỉnh nhờ có sự dịch
chuyển thẳng, hoặc quay của cơ cấu điều chỉnh để thay đổi thể tích làm
việc của bơm.
Ví dụ: Trong bơm pit tông hớng trục khi thay đổi góc nghiêng giữa

khối xi lanh với đĩa chủ động, sẽ thay đổi đợc hành trình của pit tông, do đó
sẽ thay đổi đợc năng xuất của bơm. Trong các bơm pít tông hớng kính hoặc
các bơm cánh gạt, năng xuất của bơm đợc thay đổi nhờ thay đổi độ lệch
tâm giữa phần rôto và Stato. Bộ phận điều chỉnh năng xuất của bơm có
nhiều kết cấu khác nhau. Song đơn giản nhất là điều chỉnh bằng tay (hình
a); cũng có trờng hợp dùng động cơ điện phối hợp với truyền dẫn cơ khí
(hình b), hoặc dùng truyền dẫn thuỷ lực: (hình c).
3

3
ì
ì

- Qmax

- Qmax

+ Qmax

1

1

2

2

+ Qmax

a)

b)

- Qmax

+ Qmax

4

1
2

c)

Tay quay 1 sẽ quay để thay đổi năng xuất của bơm 2; nhờ có sự dịch
chuyển của đai ốc 3 hoặc của pit tông 4.

2


3- Xác định tổn thất vận tốc khi điều chỉnh tốc độ bằng thể tích.
Để việc tính toán đợc thuận lợi ta lấy một lợc đồ đã đợc đơn giản hoá
nh hình a, gọi vo và v là vận tốc của cần pít tông khi không có tải và khi có
tải.
Phơng trình cân bằng lu
p
lợng khi không có tải (khi p = 0):
p1
F1
p

Qb = vo . F1
v
Qb
vo =
F1
p
o

b

Qb
Qb - năng xuất của bơm đã
a)
đợc điều chỉnh ứng với giá trị vo
tơng ứng.
F1 - diện tích của pít-tông phía không có cần đẩy.
Khi có tải
p0
Qb = v F1 + Qch
Qch - là tổn thất dò chảy của hệ thống (gồm có dò chảy trong bơm,
trong pít tông xi lanh trong các thiết bị và ống dẫn khác nữa, v.v...). Tổn
thất dò chảy tỷ lệ thuận với tải trọng P
Q b Q ch
Do đó:
v=
F1

Vậy tổn thất vận tốc khi có tải sẽ là:
Q ch
v = vo - v =

F1
Hệ số không đồng đều của vận tốc.
Q ch
v
v =
=
vo
v oF1
Đối với những vận tốc thấp (vận tốc khi không có tải nhỏ) và lực tải
trọng lớn nên lợng dò chảy Qch lớn, hệ số không đồng đều của vận tốc sẽ
tăng; nên chuyên động của pít tông sẽ không ổn định. Trong trờng hợp này
phơng pháp điều chỉnh bằng thể tích sẽ không đáp ứng đợc yêu cầu. Tuy
nhiên phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng thể tích lại có u điểm là: bơm
không phải luôn luôn làm việc trong áp lực cố định; mà áp lực làm việc của
nó tỷ lệ với tải trọng. Nhìn trên sơ đồ ta thấy giữa bơm và xi lanh không có
đặt một van tiết lu nào, nên có thể viết:
pb = p1 + p
p - tổn thất áp lực trên đờng ống từ bơm đến xi lanh.
Do áp lực p1 trong buồng làm việc của xi lanh tỷ lệ với tải trọng P,
do đó áp lực làm việc của bơm pb cũng tỷ lệ thuận với tải trọng. Vì vậy ứng
3


với lu lợng Qb nào đó thì công suất tiêu thụ của bơm sẽ tỷ lệ thuận với áp
lực pb của bơm, nghĩa là tỷ lệ với tải trọng P. Nh vậy sẽ tiết kiệm đợc năng
lợng. Do đó phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng thể tích đợc dùng có hiệu
quả đối với những thiết bị và máy công tác có công xuất lớn.
II. ổn định tốc độ khi điều chỉnh bằng thể tích.
Sự tổn thất vận tốc trong điều chỉnh bằng thể tích chủ yếu là do tải
trọng tăng sẽ làm tăng sự dò chảy trong hệ thống truyền dẫn kể cả trong

bơm. Vì vậy muốn giữ cho vận tốc không đổi, cần phải cung cấp thêm cho
động cơ dầu (hoặc cho xi lanh) một lợng dầu để đủ bù đắp cho lợng dầu đã
bị tổn hao do dò chảy. Một trong những phơng pháp dùng để ổn định tốc
độ khi điều chỉnh bằng thể tích đợc trình bày trong sơ đồ nguyên tắc dới
đây:
Khi tải trọng P tăng,
p
p1
áp xuất p1 trong buồng
F1
p
v
trái của xi lanh tăng lên,
pđ.c
pb
áp suất làm việc của bơm
3
pb cũng tăng theo, do đó
+
lợng dầu dò chảy trong
1
4
bơm và trong hệ thống
2
cũng tăng. Mặt khác khi
áp lực của bơm p b tăng
thì áp lực điều chỉnh pđ.c trong buồng của cơ cấu tự điều chỉnh 2 cũng tăng
theo và đẩy trụ pít tông 4 dịch chuyển sang trái. Trụ 4 lại đẩy vành Stato
của bơm 1 làm tăng thêm độ lệch tâm e của bơm. Vì vậy lúc này bơm 1 đã
tự động điều chỉnh năng xuất của mình để cung cấp thêm cho hệ thống một

lợng dầu đủ để bù đắp cho lợng dầu đã bị tổn hao do dò chảy. Khi tải trọng
P giảm, áp xuất p b giảm, pđ.c giảm, trụ pít tông 4 dới tác dụng của lò xo 3 sẽ
di chuyển sang phải; độ lệch tâm e giảm, năng xuất của bơm cũng giảm
theo. Vì vậy tốc độ của xi lanh truyền dẫn sẽ đợc ổn định.
o

II. Điều chỉnh và ổn định tốc độ bằng tiết lu
I. Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu.
Trong truyền dẫn thuỷ lực, phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lu
đợc sử dụng rất rộng rãi. Khác với phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng thể
tích, trong phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lu bơm dầu có năng suất
cố định, nên nó luôn luôn đẩy vào hệ thống truyền dẫn một lu lợng dầu
không đổi. Van tiết lu có nhiệm vụ điều tiết lu lợng để có những vận tốc
điều chỉnh khác nhau. Lợng dầu thừa do bơm đẩy lên không xử dụng hết lại
chảy về bể.
1- Sơ đồ điều chỉnh:
4


Căn cứ vào áp lực làm việc của bơm, ngời ta chia thành:
- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu với áp lực làm
việc của bơm không đổi; pb = const.
- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu với áp lực làm
việc của bơm thay đổi ; p b const.
a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu với áp lực bơm
không đổi.
) Van tiết lu đặt trên đờng dầu vào xi lanh (hình a).
5

4

2

2

3

3

4
1

1

a)

b)

Dầu từ bơm 1 (với năng xuất không đổi) đợc đẩy lên qua van tiết lu
4, van đảo chiều 5 rồi đi tiếp vào buồng làm việc của xi lanh. Dầu từ buồng
kia của xi lanh qua van đảo chiều 5, qua van áp lực 3 trở về bể, van 3 sẽ tạo
ra trên đờng dầu về bể một áp lực nhỏ nào đó để hệ thống làm việc đợc êm.
Khi thay đổi lợng mở của van tiết lu 4 sẽ nhận đợc những giá trị khác nhau
của vận tốc. áp lực làm việc của bơm p b = const đợc xác định bằng van an
toàn 2. Van 2 là van tràn nên cũng dùng để xả phần dầu thừa qua nó về bể.
- van tiết lu đặt trên đờng dầu ra (đờng dầu về bể ) (H-b).
Dầu từ bơm 1, qua van đảo chiều 2 vào buồng làm việc của xi lanh.
Dầu từ buồng kia của xi lanh, qua van đảo chiều 2, theo đờng ống rồi qua
van tiết 4 về bể. Khi thay đổi lợng mở của van tiết lu 4 sẽ làm thay đổi lu lợng dầu chảy về bể; do đó sẽ nhận đợc những giá trị khác nhau của vận tốc.
Van an toàn 3 dùng để giữ cho áp lực làm việc của bơm là không đổi p b =

const. Đồng thời để xả phần dầu thừa về bể.
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu với áp lực bơm
không đổi đợc dùng rất rộng rãi vì nó đơn giản, đồng thời chỉ với một bơm
làm việc với áp lực không đổi sẽ có thể cùng một lúc cung cấp cho một số
truyền dẫn khác nhau trong hệ thống.
Sơ đồ van tiết lu đặt trên đờng dầu ra (đờng dầu về bể) so với sơ đồ
van tiết lu đặt trên đờng dầu vào thì có nhiều u điểm hơn nh:

5


- Nó cung cấp cho động cơ hoặc xi lanh lực có độ cứng vững cả hai
phía (cả hai buồng đều có áp lực). Vì vậy sơ đồ này đợc dùng nhiều trong
hệ thống truyền dẫn mà tải trọng có thay đổi dấu (thay đổi chiều tác động).
- Nó hạn chế đợc lực quán tính của các động cơ dầu có chuyển động
quay.
- Nó có nhiều khả năng tự ổn định, chống lại tự dao động, nhất là ở
những vận tốc chuyển động thấp.
b) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu với áp lực bơm
thay đổi.
Trong sơ đồ này van tiết lu 2 đặt song song với xi lanh 3.
3
Do đó dầu do bơm 1 đa lên sẽ
chia làm hai dòng chảy song
song: Một dòng đi vào xi lanh 3,
còn dòng kia sẽ chảy qua van
pb const
tiết lu 2 về bể. Vì van tiết lu
Qb = const
2

không đặt trực tiếp trên đờng nối
từ bơm đến xi lanh nên áp lực
1
làm việc của bơm phụ thuộc vào
tải trọng tác động lên pít tông
( pb const).
Nh vậy công suất tiêu thụ của bơm sẽ tỷ lệ với tải trọng và sẽ tiết
kiệm đợc năng lợng; dầu ít bị nóng. Mặt khác sơ đồ lại đơn giản. Khi thay
đổi lu lợng chảy qua van tiết lu 2 ta sẽ thay đổi đợc vận tốc của pít tông.
Tuy nhiên nhợc điểm chủ yếu của sơ đồ này là: Độ ổn định của vận tốc và
độ cứng vững của hệ thống đều kém hơn so với các sơ đồ khác; ngoài ra vì
bơm làm việc với áp lực thay đổi nên cứ mỗi một sơ đồ truyền dẫn lại đòi
hỏi phải có một bơm riêng. Chính vì vậy mà sơ đồ này ít đợc sử dụng rộng
rãi.
2- Xác định tổn thất vận tốc khi điều chỉnh tốc độ bằng ph ơng pháp
tiết lu.
a) Tổn thất vận tốc khi van tiết lu đặt trên đờng dầu vào xi lanh.
Từ lợc đồ tính toán ta nhận thấy khi không có tải P = 0, phơng trình
cân bằng các lực tác động lên pít tông sẽ là:
p1F1 = p2F2 + Pm.s
Từ đó:
p1 =

p 2 F2 + Pm .s
F1

Độ chênh áp xuất p trớc và sau.
6

van tiết lu:

p = pb - p1
p = pb -

p 2F 2 + Pm . s
F1

Trong đó:
pb, p1, p2 - tơng ứng là áp suất của bơm, áp suất trong buồng làm
việc và trong buồi đối áp của xi lanh.
F1 , F2 - diện tích làm việc của pít tông.
Pm.s - thành phần lực ma sát cản trở chuyển động của pít tông.
Khi có tải trọng P 0
p1
p2
áp lực trong buồng làm việc
của xi lanh là p'1 .
p'1F1 = p2F2 + Pm.s + P
p 2 F2 + Pm .s + P
p'1 =
F1

F1

F2

Pb

p' = Pb - p'1

p 2F 2 + Pm . s + P
p' = Pb F1

P

về bể

Hình

Khi không kể đến ảnh hởng của sự dò chảy trong hệ thống ta có: vận
tốc của pít tông khi không tải: vo =
vo =

f
F1

Q t.l
F1

p F + Pm .s
2g
pb 2 2


F1


Vận tốc của pit tông khi có tải:
Q' t.l
v =

F1
v =

f
F1

p F + Pm .s + P
2g
pb 2 2


F1


Trong đó:
Qt.l ,Q't. l - là lu lợng chảy qua van tiết lu khi không và khi có tải
(m3/sec).
- hệ số lu lợng ( = 0,65 ữ 0,73).
f - diện tích tiết diện của khe tiết lu mà dầu đi qua (m2).
- trọng lợng riêng của chất lỏng (kG/m3).

7


g - gia tốc trọng trờng (m/séc2).
Hệ số không đồng đều vận tốc khi van tiết lu đặt trên đờng dầu vào xi
lanh sẽ là:
v =

vo v

=1vo

p b F1 p 2 F2 Pm .s P
p b F1 p 2 F2 Pm .s

Ta nhận thấy nếu tải trọng P tăng thì hiệu số áp xuất p trớc và sau
van tiết lu sẽ giảm, lu lợng qua van cũng giảm, do đó vận tốc chuyển động
của cơ cấu chấp hành cũng giảm theo. Tải trọng P càng lớn hệ số v càng
lớn, do đó vận tốc chuyển động càng không ổn định.
b) Tổn thất vận tốc khi van tiết lu đặt trên đờng dầu ra (chảy về bể).
Tơng tự nh trên
p1
p2
Ta có:
P
Khi không tải P = 0
F1
F2
p1F1 = p2F2 + Pm.s
p2

=

p1F1 Pm .s
F2

p = p2 - po =

pb

po

p1F1 Pm .s
- po
F2

Vì bơm làm việc với áp xuất không đổi, nên trong trờng hợp này nếu
bỏ qua tổn thất trong đờng ống từ bơm đến buồng không có cần đẩy của xi
lanh thì ta có thể viết.
p1 pb = const
Vậy hiệu số áp xuất trớc và sau van tiết lu sẽ là:
p b F1 Pm .s
p =
- po
F2
Khi có tải:

P0
pbF1 = p'2F2 + Pm.s + P

áp lực dầu trong buồng có cần đẩy của xi lanh khi có tải sẽ là:
p b F1 Pm .s P
p'2 =
F2
p' = p'2 - po
p b F1 Pm .s P
p' =
- po
F2
Khi không kể đến ánh hởng của sự dò chảy trong hệ thống ta có:

8


- Vận tốc khi không có tải là:
vo =

Q t.l
F2

=

f
F2


2g p b F1 Pm .s
po


F2


=

f
F2


2g p b F1 Pm .s P
po

F2


- Vận tốc khi có tải là:
v=

Q' t.l
F2

- Hệ số không đồng đều vận tốc khi van tiết lu đặt trên đờng dầu ra
sẽ là:
v =

vo v
=1vo

p b F1 p o F2 Pm .s P
p b F1 p o F2 Pm .s

Để hệ thống làm việc đợc êm và ổn định, khi van tiết lu đặt trên đờng
dầu vào thì trong buồng đối áp (buồng có cần đẩy) ngời ta sẽ taọ ra một áp
lực nhỏ p2 nào đó (theo kinh nghiệm thờng lấy p2 3.105 a. Còn trong trờng hợp van tiết lu đặt trên đờng dầu ra áp lực dầu sau van tiết lu po cũng
có một giá trị nhỏ nào đó, theo kinh nghiệm p o = 3.105 a.
Nh vậy trong những điều kiện tơng tự nh nhau nếu ta lấy p2 = po (nh
trên đã nói) thì hệ số không đồng đều vận tốc v của sơ đồ điều chỉnh tốc độ
với van tiết lu đặt trên đờng dầu vào cũng tơng tự nh khi van tiết lu đặt trên
đờng dầu ra.
Tuy vậy sơ đồ điều chỉnh tốc độ với van tiết lu đặt trên đờng dầu ra

vẫn có nhiều u điểm hơn, nh phần trên đã nói.
II. ổn định tốc độ khi điều chỉnh bằng phơng pháp tiết lu.
1- Bộ tự điều chỉnh và ổn định tốc độ (bộ ổn tốc).
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lu đợc dùng rộng rãi vì nó
đơn giản, rẻ tiền, phù hựp với những trang thiết bị không đòi hỏi công suất
lớn. Tuy nhiên việc sử dụng các van tiết lu thông thờng sẽ không ổn định đợc vận tốc của cơ cấu chấp hành khi tải trọng tăng. Để ổn định tốc độ, ta thờng dùng bộ tự điều chỉnh và ổn định tốc độ (bộ ổn tốc). Bộ ổn tốc gồm có
hai van: van tiết lu dùng để thay đổi giá trị của vận tốc và van điều chỉnh áp
lực dùng để giữ cho hiệu số áp xuất trớc và sau van tiết lu là không đổi. Các
van này đợc bố trí nối tiếp hoặc song song. Các bộ ổn tốc thờng đã đợc
tiêu chuẩn hoá. Sơ đồ kết cấu và nguyên tắc làm việc của bộ ổn tốc đã đợc
giới thiệu trong học phần I "cơ sở của máy công cụ" của giáo trình môn
học "máy công cụ".
2- Sơ đồ bố trí bộ tự điều chỉnh và ổn định tốc độ.
Cũng nh các van tiết lu đơn giản, bộ tự điều chỉnh và ổn định tốc
độ cũng đợc bố trí tơng tự theo các sơ đồ dới đây:

9


a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ với áp lực bơm không đổi ; Pb= const.
Trong trờng hợp này ta dùng bộ ổn tốc có các van tiết lu và van điều
chỉnh áp lực bố trí nối tiếp và có thể đặt trên đờng dầu vào xi lanh hoặc trên
đờng dầu ra.
-) Bộ ổn tốc đặt trên đờng dầu vào (Hình a).
Phơng trình cân bằng lu lợng: Khi không có tải P = 0.
Qt.l = voF1 + Qch
(1)
- Khi có tải:

P 0

Q't.l = vF1 + Q'ch

(2)

Trong đó:
Qt.l , Q't.l là lu lợng chảy qua van tiết lu khi không có tải và khi
có tải.
vo , v là vận tốc của pit tông khi không có tải và khi có tải.
Qch và Q'ch là lu lợng tổn thất do dò chảy trong hệ thống khi
không tải và khi có tải.
p1

p2

F1

F2

v

P
p1

p2

F1

F2

v

P

Bộ
ổn
tốc
Pb=const

Pb = const

Bộ
ổn
tốc

Hình a
Hình b
Vì có bộ ổn tốc nên ta có: Qt.l = Q't.l
Từ phơng trình (1) và (2) ta có:
Q'ch Qch
Qch
v = vo - v =
=
F1
F1
Hệ số không đồng đều vận tốc:

v Qch
=
v =

v
v o F1

o

10


Từ đây ta nhận thấy rằng khi điều chỉnh tốc độ bằng bộ ổn tốc, sự
mất mát vận tốc không còn phụ thuộc vào sự thay đổi hiệu số áp xuất trong
van tiết lu nữa, mà chủ yếu phụ thuộc vào tổn thất dò chảy và các tổn thất
khác trong hệ thống mà thôi.
-) bộ ổn tốc đặt trên đờng dầu ra (hình b).
Tơng tự nh trên, trong sơ đồ điều chỉnh với áp lực bơm không đổi ta
cũng có thể đặt bộ ổn tốc trên đờng dầu ra về bể. Trong điều kiện tơng tự
nh nhau, về mặt ổn
định tốc độ cũng có kết quả
tơng tự nh khi đặt bộ ổn tốc
trên đờng dầu vào.
b) Sơ đồ điều chỉnh với áp
lực bơm thay đổi Pb const.
Trong trờng hợp này phải
dùng bộ ổn tốc có van tiết lu và
van điều chỉnh áp lực bố trí song
song và đặt trên đờng dầu vào.
Về mặt ổn định tốc độ cũng có
kết quả tơng tự nh hai sơ đồ trên,
nhng dầu ít bị nóng hơn vì áp
suất làm việc của bơm thay đổi
theo tải trọng nên tiết kiệm đợc

công suất (hình c).

p1

p2

F1

F2

v

P

Bộ
ổn
tốc
Pb const

Hình c

III. Cơ sở để tính toán và chọn các trang thiết bị
truyền dẫn thuỷ lực.
Để tạo thuận lợi cho việc thiết kế, phần lớn các bộ phận trang thiết bị
của truyền dẫn thuỷ lực đều đã đợc tiêu chuẩn hoá. Do đó sau khi đã tính
toán đợc các thông số cơ bản, ta dựa vào các thông số đó để chọn các thiết
bị.
1- Chọn dầu:
Dầu trong truyền dẫn thuỷ lực có vai trò rất quan trọng vì đó là môi
trờng để chuyển hoá năng loựng. Do đó dầu phải thoả mãn những yêu cầu

cơ bản dới dây:
- Có tính bôi trơn tốt.
- Trong phạm vi nhiệt độ làm việc nào đó thì độ nhớt của dầu phụ
thuộc rất ít vào nhiệt độ.
- Không hoà tan các loại hơi và khí khác; có nhiệt độ sôi cao.

11


- Không cho phép không khí lẫn vào, nếu có thì cũng dễ dàng tách
không khí ra khỏi dầu.
- Không có tác động với các vật liệu khác dùng trong hệ thống, nhất
là vật liệu cao su dùng để làm kín.
- Có độ vững bền cao đối với các tác động cơ học hoặc hoá học; ít bị
ôxy hoá trong điều kiện có nhiệt độ và thời gian làm việc kéo dài.
- Có môđun đàn hồi thể tích cao.
- Có hệ số dẫn nhiệt lớn và hệ số dãn nở nhiệt thấp.
- Có tính chất cách điện.
- Không gây độc hại cho ngời.
Trong số những yêu cầu kể trên thì độ nhớt của dầu là yêu cầu cơ
bản nhất để lựa chọn dầu. Độ nhớt của dầu thay đổi khi nhiệt độ và áp lực
trong hệ thống thay đổi, vì vậy đã ảnh hởng rất lớn đến sự làm việc của dầu
trong hệ thống. Do đó phải căn cứ vào áp lực làm việc trong hệ thống mà
chọn dầu có độ nhớt sao cho phù hợp. Vậy sau khi đã tính toán đợc áp lực
làm việc tối đa của hệ thống sẽ căn cứ vào áp lực này để chọn.
Ví dụ:
- Trong những áp suất trung bình P 30 . 105 N/m2 nên chọn dầu có
độ nhớt động học:
= (0,1 ữ 0,2) . 10-4 m2/sec
- Khi áp suất p 70 . 105N/m2 thì cần chọn dầu có độ nhớt cao hơn:

= (0,35 ữ 0,65) . 10-4 m2/sec.
- Khi áp suất p 100 . 105 N/m2 chọn dầu có độ nhớt:
= (1 ữ 2) . 10-4 m2/sec.
2- Chọn lới lọc và bể chứa:
Đối với lới lọc, trớc hết cần căn cứ vào yêu cầu về mức độ làm sạch
dầu mà lựa chọn phơng pháp và kết cấu của các loại lới. Sau đó tính lu lợng
dầu cần thiết đi qua lới. Tính toán diện tích của phần lới mà dầu đi qua và
diện tích chung của cả lới. Tính toán áp lực làm việc của lới, rồi tra bảng
để chọn các lới đã đợc tiêu chuẩn hoá.
Đối với bể chứa (xem ở phần học phần I "cơ sở của máy công cụ").
3- Chọn bơm:
Trớc hết căn cứ vào sơ đồ truyền dẫn và các yếu tố điều chỉnh tốc độ
(điều chỉnh bằng thể tích hay bằng phơng pháp tiết lu) để tính toán lu lợng
cần thiết (tức năng suất) của bơm. Sau đó căn cứ vào tải trọng tác động lên
cơ cấu chấp hành, lập phơng trình cân bằng lực để tính toán áp lực cần
thiết trong khi làm việc và tính các tổn thất áp lực từ bơm đến xi lanh (động
12


cơ). Tính toán áp lực làm việc của bơm. Căn cứ vào năng xuất và áp lực
làm việc của bơm, đồng thời dựa vào kinh nghiệm thực tế có thể chọn bơm
theo sự hớng dẫn dới đây:

tông.

a) Theo lực kéo và áp lực làm việc của bơm:
- Nếu P 20 KN và pb 20 . 105 N/m2 nên chọn các bơm bánh răng.
- Nếu P 50 KN và pb 55 . 105 N/m2 nên chọn các bơm cánh gạt.
- Nếu P > 50 KN và p b (100 ữ 200) . 105 N/m2 nên chọn các bơm pit

b) Theo lu lợng:
- Nếu Qb 2,3 . 10-3 m3/sec nên chọn bơm bánh răng.
- Nếu Qb 3,3. 10-3 m3/sec nên chọn bơm cánh gạt và bơm píttông.
c) Theo hình thức điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tiết lu thì chọn các bơm có
năng suất không đổi.
Khi điều chỉnh tốc độ bằng thể tích thì chọn các bơm có năng xuất
thay đổi. Tất cả các loại bơm đều đã đợc tiêu chuẩn hoá. Căn cứ vào các
yêu cầu và những tính toán phân tích, sẽ chọn loại bơm có các tính năng kỹ
thuật phù hợp.
4- Chọn động cơ dầu và xi lanh truyền lực:
a) Khi chọn động cơ dầu có chuyển động quay có thể ứng dụng sự hớng dẫn nh đã nói trong khi chọn bơm.
b) Đối với các xi lanh truyền lực.
Trớc hết căn cứ vào sơ đồ truyền dẫn đã chọn để biết pit tông có cần
đẩy một phía hay cả hai phiá, yêu cầu về hành trình của pit tông. Từ đó
chọn chiều dài L của xi lanh.
lanh).

- Nếu L 20D thì dùng các xi lanh thông thờng (D là đờng kính xi

- Nếu chiều dài hành trình công tác lớn và chiều dài L của xi lanh vợt
quá giới hạn trên thì nên dùng động cơ dầu kết hợp với truyền dẫn vitme đai ốc hoặc bánh răng - thanh răng. Từ lực tải trọng và vận tốc đã cho,
thành lập phơng trình cân bằng lực và phơng trình cân bằng lu lợng để tính
áp lực trong buồng làm việc và buồng đối áp của xi lanh. Tính đờng kính
của xi lanh và của cần đẩy. Căn cứ vào các thông số đó và các tài liệu hớng
dẫn để chọn xi lanh cho phù hợp. Các đờng kính của xi lanh và cần đẩy thờng đã đợc tiêu chuẩn hoá theo dẫy số dới đây:
+ Đờng kính trong của xi lanh D(mm)

13

. Dãy cơ bản: 25, 32, 40, 50, 60 , 80, 100, 125, 160, 200, 250,
320, 400.
. Dãy bổ xung: 28, 36, 45, 55, 70, 90, 110, 140, 180, 220,
280, 360.
+ Đối với cần đẩy:
Đờng kính thông thờng của cần đẩy:
d = (0,25 ữ 0,35)D
. Dãy số cơ bản của d (mm): 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 60,
80, 100, 125, 160.
. Dãy bổ xung: 14, 18, 22, 28, 36, 45, 70, 90, 110, 140, 180.
5- Chọn ống dẫn dầu:
- Tuỳ theo công dụng và chức năng của từng đoạn ống mà ta chọn
ống cứng bằng kim loại hoặc chọn ống mềm bằng hợp chất cao su sợi hoặc
chất dẻo. ống mềm thờng dùng để dẫn dầu cho các bộ phận di động. Đặc
trng cơ bản của ống dẫn là tiết diện ngang tơng ứng với kích thớc đờng
kính trong của ống đã đợc tiêu chuẩn hoá. Các ống cứng thờng đợc dùng
các ống kim loại thép không hàn, ống đồng, hoặc hợp kim nhôm.
- Khi dầu chảy trong các ống, một phần năng lợng phải tiêu tốn để,
khắc phục ma sát giữa các phần tử chất lỏng với nhau, giữa chất lỏng và
thành vách của ống và những tổn thất cục bộ khác, do đó có tổn thất về áp
lực p.
Trong trờng hợp tổng quát tổn thất này đợc xác định theo công thức:
l v2
p =
(a)
d 2g
- là hệ số cản của lực ma sát;
- là độ nhớt động học của dầu;
l - là chiều dài của đoạn thẳng ống dẫn;

d - là đờng kính trong của ống;
v - vận tốc chuyển động của dầu trong ống.
75
Với chế độ chảy tầng =
Rc
Với chế độ chảy rối: = 0,3164 RC-0,25
RC : hệ số Rây-nôn.
Trên các máy cắt kim loại, khi chúng ta coi chiều dài các đờng ống
là không lớn lắm, còn các tổn thất cục bộ trong các thiết bị đã đợc tiêu

14


chuẩn hoá đều đã đợc cho trong các bảng thì tổn thất đờng ống sẽ đợc tính
theo công thức đơn giản gần đúng:
Pống = 0,05 P l.v
P l.v - áp lực làm việc trong hệ thống.
Đờng kính trong của ống tính theo lu lợng của bơm Qb và tốc độ v
của dầu:
Qb
(m)
v
Vận tốc của dầu trong hệ thống khi tính toán ngời ta lấy:
- Đối với các ống hút v = 1,5 ữ 2 m/sec
- Đối với các ống đẩy v = 3,5 m/sec
- Đối với các chỗ hẹp trên một đoạn ngắn thì: v = 5,5 m/sec.
- Chiều dầy của thành ống tính theo công thức:
p. d
s=
(m)

2[ ] k
d 1,13

p - áp lực lớn nhất (a).
[]k - ứng suất kéo cho phép (ống thép ống đồng).
[]k = 40 ữ 60 M . a ;
- Với ống đồng và hợp kim đồng thau []k = 25 M . a
d - đờng kính trong của ống (m).
Sau khi tính toán đợc các thông số kể trên, căn cứ vào công dụng và
chức năng của ống mà chọn theo tiêu chuẩn.

6- Chọn các thiết bị khác:
Các thiết bị khác nh: các van đảo chiều, van an toàn, van tiết lu,
v.v... đều đã đợc tiêu chuẩn hoá. Do đó khi chọn các thiết bị này trớc hết
cần căn cứ vào sự bố trí và chức năng của thiết bị đó trên sơ đồ truyền dẫn
để tính lu lợng và áp lực làm việc của chúng. Từ đó sẽ dựa vào các bảng hớng dẫn để chọn cụ thể.
- Trong trờng hợp cần thiết, trừ bộ ổn tốc, còn tất cả các thiết bị khác
đều có thể làm việc với lu lợng lớn hơn lu lợng định mức của thiết bị đó,
nhng không đợc vợt quá 40%.
- Tổn thất áp lực trong các thiết bị này cũng đợc tiêu chuẩn hoá theo
bảng dới đây:
15


(Theo ký hiệu của LB.Nga).
Ký hiệu

Tên gọi

Tổn thất áp lực (M. a)

71

Van điều khiển

0,15 ữ 0,20

73
54

Van đảo chiều
Van an toàn

0,15 ữ 0,30
0,25 ữ 0,60

77
55

Van tiết lu
Bộ ổn tốc

0,20 ữ 0,35
0,30 ữ 0,60

57
51

Van giảm áp
Van một chiều

0,30 ữ 1
0,15 ữ 0,20

52

Van tràn

0,20 ữ 0,30

IV- tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn
thuỷ lực.
Để thiết kế truyền dẫn thuỷ lực cho một máy hoặc một thiết bị cụ thể
nào đó, trớc hết phải có những tài liệu xác định rõ nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể.
Các tài liệu này phải chỉ rõ:
1- Các thành phần chu kỳ làm việc của máy hoặc của các bộ phận
công tác.
2- Đặc tính của chuyển động do truyền dẫn thuỷ lực phải đảm
nhiệm. Mối quan hệ giữa chuyển động này với những chuyển động do các
dạng truyền dẫn khác thực hiện.
3- Tải trọng tính toán trên các cơ cấu công tác của máy.
4- Những điều kiện làm việc của máy.
5- Mức độ tham gia của hệ thống điện và các hệ thống khác vào việc
điều khiển máy.
6- Các yêu cầu riêng khác.
Khi thiết kế cần sử dụng tới mức tối đa các cơ cấu, thiết bị, các bộ
phận và cả các chi tiết đã đợc tiêu chuẩn hoá. Mặt khác cần quan tâm ứng
dụng các tiến bộ kỹ thuật mới.
Dới đây sẽ trình bày một ví dụ về tính toán thiết kế truyền dẫn thuỷ
lực.

Ví dụ: Hãy tính toán truyền dẫn thuỷ lực của máy truốt với các thông
số kỹ thuật nh sau:
- Lực công tác không quá 100KN.
16


- áp lực làm việc Pl.v = 5 M. a .
- Vận tốc hành trình làm việc v l.v = 0,025 ữ 0,215 m/sec.
- Vận tốc hành trình chạy không vo = 0,33 m/sec;
- Trọng lợng của các bộ phận chuyển động: G = 3,5 KN.
- Phơng pháp điều chỉnh tốc độ của hành trình làm việc: Điều
chỉnh bằng phơng pháp tiết lu có phân thành cấp.
- Phơng pháp thực hiện hành trình chạy nhanh khi không có tải:
theo sơ đồ vi sai.
- Điều khiển truyền dẫn bằng tay.
Căn cứ vào các nhiệm vụ kỹ thuật và các tài liệu hớng dẫn ta sẽ chọn
sơ đồ truyền dẫn. Gỉa sử ta đã chọn đợc sơ đồ truyền dẫn dới đây.
vl.v
Fl.v

5 F1
pl.v

vo

III II

3

I

4

9 7

10
2

8

6
1

Nguyên tắc làm việc của sơ đồ truyền dẫn:
+ Với những tốc độ của hành trình làm việc dới 0,1m/sec, van 4 nằm
ở vị trí I, còn van 10 nằm ở vị trí "mở". Dầu sẽ đi từ bơm 6, qua van tiết l u
7, qua van điều khiển 4 vào buồng có cần đẩy của xi lanh 5. Dầu từ buồng
đối áp sẽ qua van 4 chảy về bể. Dầu thừa do bơm 6 đẩy lên sẽ qua van an
toàn 8 về bể. Lúc này dầu do bơm 2 đẩy lên sẽ qua van 10 về bể. Van một
chiều 3 không cho dầu từ bơm 6 đẩy lên qua van tiết lu 7 lại chảy về bể qua
van 10.
+ Với những tốc độ của hành trình làm việc lớn hơn 0,1 m/sec; lúc
này van 10 ở vị trí "đóng" không cho dầu qua van này về bể. Khi đó dầu từ
bơm 2, qua van một chiều 3 sẽ bổ sung thêm cho dòng dầu từ bơm 6 đẩy
lên để thực hiện cấp tốc độ điều chỉnh lớn hơn.
+ Trong hành trình chạy không, van điều khiển 4 nằm ở vị trí III. Khi
đó dầu từ bơm 6 bơm lên qua van 4, chảy vào buồng không có cần đẩy của
xi lanh 5. Dầu từ buồng kia sẽ qua van 4, van một chiều 9 bổ sung vào dòng
dầu cơ bản. Nh vậy các buồng của xi lanh 5 lúc này đợc nối với nhau, nên
chuyển động của hành trình chạy không theo sơ đồ vi sai.

17


+ Tại vị trí II van 4 bịt kín đờng dầu cao áp không cho dầu chảy qua,
dầu từ hai bơm đẩy lên đều qua van an toàn 8 chảy về bể.
Tính toán truyền dẫn:
1- Tính tải trọng: Để tính tải trọng, ngoài thành phần lực cắt gọt ra ta
cần tính toán các thành phần lực ma sát và lực quán tính:
- Lực ma sát khi chuyển động có tải tính theo công thức:
Pm.s = k . f . G
k - là hệ số kể đến áp lực của các vòng làm kín khít và của các
căn đệm trong sống dẫn hớng:
k = 0,12 ữ 0,15.
f - là hệ số ma sát động. Khi vận tốc lớn hơn 0,2 m/sec thì lấy
f = 0,05 ữ 0,08; khi vận tốc nhỏ hơn 0,2 m/sec thì lấy:
f = 0,1 ữ 0,12.
G - là trọng lợng tập trung của tất cả các bộ phận dịch chuyển.
ở đây lấy k = 0,15 . Vì v < 0,2 m/sec nên lấy f = 0,1.
Vậy: Pm.s = 0,15 ì 0,1 ì 3,5 = 0,05 KN
+ Lực ma sát khi chạy không:
Pm.s,0 = k ì fo ì G
fo - là hệ số ma sát tĩnh: fo= 0,1 ữ 0,3. Chọn: fo = 0,2
Pm.s,0 = 0,15 ì 0,2 ì 3,5 = 0,1 KN
+ Lực quán tính:
Lực quán tính xuất hiện khi đổi chiều, khi phanh hãm hoặc khi bắt
đầu rời chỗ để chuyển động. Việc tính toán chính xác lực quán tính có
nhiều khó khăn và mất nhiều thời gian. Do đó ta có thể tính gần đúng theo
công thức:
G. v
PQ.t =

g. t o
PQ.t - lực quán tính.
G - trọng lợng của các bộ phận và cơ cấu chuyển động.
g - gia tốc trọng trờng.
v - vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành.
to - thời gian khởi động tính từ lúc v = 0 đến lúc vận tốc đạt đến vận
tốc công tác, thông thờng: to = (0,01 ữ 0,5) sec. Khi chọn to = 0,3 sec ta sẽ
có:
PQ.t =

3,510
. 3 .0,33
0,4 KN
9,81.0,3

Diện tích của pít tông về phía buồng làm việc:

18


F1 =

Pmax
=
P. v

10010
. 3
= 0,02 m2
5

5010
.

Theo công thức tính xi lanh vi sai ta có:
v . v
Fs. F1
=
vo
F1
Từ đó rút ra diện tích của pít tông về phía không có cần đẩy. Tức là
diện tích của xi lanh Fs.l sẽ là :
Fs.l =

F1 ( v . v + v o ) 0,02( 0,215 + 0,33)
=
vo
0,33

Fs.l = 0,033 m2
Trong hành trình làm việc, buồng không có cần đẩy là buồng đối áp,
do đó lực đối áp Pđ.a sẽ là :
Pđ.a = Po ì Fs. .l
Po - áp lực trong buồng đối áp, theo kinh nghiệm chọn bằng
(1 ữ 3)105 N/m2. Ta chọn Po= 1 ì 105 N/m2.
Vậy:
Pđ.a = 1 ì 105 ì 0,033 = 3,3 KN
Phơng trình cân bằng lực trong hành trình công tác:
Pmax = Pc.g + Pm.s + Pđ.a
Lực cắt gọt cực đại của máy sẽ là:
Pc.g = 100 - 0,05 - 0,33 = 96,65 KN

Trong hành trình chạy không hai buồng của xi lanh nối thông với
nhau, do đó dầu không về bể mà dầu từ buồng có cần đẩy lại chảy qua van
4, van 9 để vào buồng không có cần đẩy.
Vậy nếu ta bỏ qua các tổn thất thì có thể coi áp lực trong hai buồng
của xi lanh lúc này xấp xỉ bằng nhau và gần bằng áp lực làm việc của bơm
trong hành trình chạy không. Pít tông chuyển động là do diện tích của hai
phía khác nhau Fs. l > F1 . Nếu gọi p1 là áp lực trong buồng không có cần
đẩy trong hành trình chạy không, ta có phơng trình:
p1. l Fs. l = p1F1 + Pms.o + PQ.t
Giải phơng trình trên ta có:
Pm .s.o + PQ. t
0,1 + 0,4
=
p1 =
= 0,38 ì 105 N/m2
Fs. F1
0,033 0,02
+ Khi chạy không lực đẩy là:
Po = p1 ì Fs.l = 0,38 ì 105 ì 0,033 = 1,254 KN
19


2- Tính các thông số của xi lanh:
- Đờng kính của xi lanh:
Fs. = 1,13 0,033 = 0,250 m
D = 250 mm.
- Đờng kính của cần đẩy pít tông.
D = 1,13

d = 1,13

Fs. F1 = 1,13

0,033 0,02 = 0,128 m

d = 128mm
Dựa vào tiêu chuẩn lấy: D = 250 mm ; d = 125mm
3- Các thông số cơ bản của bơm:
Trong hành trình làm việc với vận tốc lớn nhất vl.v = 0,215 m/sec thì
lúc này cả hai bơm đều đa dầu vào buồng có cần đẩy của xi lanh, do đó
năng xuất của một bơm sẽ là:
F1 . v . v
0,02.0,215
Qb =
=
= 0,00234 m3/sec
2 o
2.0,92
o - là hiệu suất của bơm; lấy o = 0,92
Qb = 0,00234 m3/sec = 140 l/phút
+ Xác định áp xuất làm việc của bơm:
Tổn thất áp xuất trong van đảo chiều 4 và van tiết lu 7 tra bảng
(xem phần trên) ta có:
p1 = (0,3 + 0,35) ì 106 = 6,5 ì 105 (a)
Tổn thất áp xuất trong đờng ống:
p2 = 0,05 pl.v = 0,05 ì 5 ì 106 (a)
p2 = 2,5 ì 105 (a)
Vậy áp suất làm việc của bơm trong hành trình làm việc sẽ là:
pb = pl.v + p1 + p2
pb = (50 + 6,5 + 2,5) ì 105 (a)

pb = 59 ì 105 (a)
Căn cứ vào lu lợng và áp suất của bơm vừa mới tính đợc ta chọn
bơm. Do điều chỉnh bằng phơng pháp tiết lu nên phải chọn bơm có năng
xuất không thay đổi (có thể là bơm cánh gạt, hoặc bơm bánh răng).
- Lu lợng Qb = 140 l/phút < 198 l/phút, (xem ở phần hớng dẫn chọn
bơm: nếu Qb 3,3 ì 10-3 m2/sec = 198 l/phút thì nên chọn bơm cánh gạt).
Do đó ta chọn bơm cánh gạt tiêu chuẩn:
-12 có: Qb = 140 l/phút
pb = 63 ì 105 (a)
Hiệu suất thể tích
tt = 0,91

20


Hiệu suất chung
= 0,7
Công suất
N = 34 KW
4- Tính toán đờng kính của ống dẫn dầu:
Trong ví dụ này chúng ta chỉ tính cho đoạn từ van 4 đến xi lanh 5,
còn các đoạn khác cách tính cũng tơng tự. Theo sự hớng dẫn ở phần chọn
ống dẫn dầu ta có:
dống = 1,13

Qb
(m)
v

Qb - là lu lợng của bơm.

ở đây chúng ta phải xét trong trờng hợp hành trình chạy không lúc
mà đờng ống nối từ van 4 đến buồng không có cần pít tông của xi lanh 5
phải cho một lợng dầu lớn đi qua. Đó là:
Q = 2Qb + Q1
Q1 là lợng dầu chảy từ buồng có cần đẩy sang bổ sung cho buồng
không có cần đẩy trong hành trình chạy không.
Q1 = F1 . vo = 0,02 . 0,33 = 0,006 m3/sec
Q1 400 l/phút
Vậy: Q = 2 ì 140 + 400 = 680 l/phút

Đờng kính của ống trong đoạn này là:
dống 1,13

Q

v
v là vận tốc dầu chảy trong ống, theo sự hớng dẫn ở phần trên ta
chọn v = 4m/sec.
Q = 680 l/phút = 0,01133 m3/sec
0,01133
= 0,059 (m)
4
= 60 (mm)

dống 1,13
dống

5- Chọn van điều khiển 4:
Chọn van điều khiển kiểu 474 sẽ thoả mãn yêu cầu cho lu lợng
680 l/phút đi qua và áp lực làm việc pl.v = 5 . M .a .

- Lợng dò chảy của van này trong áp lực làm việc lớn nhất và nhiệt
độ dầu 45 ữ 50oC không vợt quá 0,05 l/phút.
6- Chọn van tiết lu:
21


Căn cứ vào lu lợng và áp lực ta chọn van tiết lu 77. Van này có lu lợng lớn nhất đi qua là 140 l/phút và nhỏ nhất là 1l/phút (phù hợp với lu lợng của bơm là 140 l/phút; cần lu ý là van này chỉ cho lu lợng của bơm 6
đi qua mà thôi).
7- Chọn dầu: Theo sự hớng dẫn ta có thể chọn "dầu công nghiệp 20".

22