khi nen thuy luc, bài giảng hệ thống tự động thủy khí, dễ hiểu đầy đủ

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bài 1: Cơ sở lý thuyết về khí nén:
1. Khái niệm:
Khí nén là không khí được nén với một áp suất cao.
2. Những đặc trưng của khí nén
-

Số lượng: Khắp mọi nơi trong không khí

-

Vận chuyển: Theo các đường ống

-

Lưu trữ : ở các bồn, bình

-

Nhiệt độ: Khí nén ít thay đổi về nhiệt độ

-

Chỗ cháy nổ: Không có nguy cơ cháy, nếu sử dụng ở 6 bar

-

Sạch sẽ: không có nguy cơ gây ô nhiễm

-

Trang thiết bị : Rẻ tiền

-

Vật tốc: Lớn cho phép 1-2 m/s hoặc 5m/s

-

Tính điều chỉnh: Đều chỉnh một cách vố cấp

-

Quá tải: Không xẩy ra quá tải (Nhận tải cho đến khi dừng hoàn toàn)

3. Các đặc tính của khí nén
-

Tính chất vật lý của khí nén:

-

Không khí không màu, không vị và không thể nhìn thấy được

-

Các thành phần của không khí:

- 78% nito
- 21% Oxy
4. Đơn vị đo

4.1.

Áp suất

-

Áp suất khí quyển là áp suất không khí tại mực nước biển.

-

Đơn vị đo áp suất không khí tại mực nước biển là 760mmHg = 1.013bar.

-

Áp suất tương đối là áp suất chất khí so với áp suất khí quyển (p = 0).


Ví dụ: Áp kế chỉ giá trị 150psi và áp suất khí quyển p = 0psi, ta nói áp suất tương
đối là p = 150psi.
-

Áp suất tuyệt đối là áp suất chất khí có kể đến áp suất khí quyển (p = 14.5psi).

-

Áp suất tuyệt đối = áp suất tương đối + áp suất khí quyển.
Ví dụ:
Áp kế chỉ giá trị 150psi và áp suất khí quyển là 14.5psi, ta nói áp suất tuyệt đối là
p = 150 + 14.5 = 164.5psi

4.2.
-

Lực (N)

Là lực tác động lên đối trọng có khối lượng 1kg với gia tốc 1m/s2.
1N = 1kg. m/s2

4.3.
-

Công suất (w)

Trong thời gian 1s sinh ra năng lượng 1J
1 mã lực HP = 745,7w

Bảng 1: Bảng ký hiệu


Bảng 2: Bảng chuyển đổi giửa các đơn vị đo áp suất
5. Phương trình trạng thái nhiệt động học
5.1.

Định luật Boyle-Mariotle:

Nhiệt độ khí nén không thay đổi (T hắng số), Áp suất tuyệt đối của khí nén tỷ lệ
nghịch với thể tích khí nén.
PxV=C
P1 x V1 = P2 x V2
P: Áp suất tuyệt đối(Bar, Kpa)

V: Thể tích khí nén(m3)
C: Hằng số
Nhiệt độ khí nén không thay đổi (T hắng số), Áp suất tuyệt đối của khí nén tỷ lệ
nghịch với thể tích khí nén.
V1: (m3) Thể tích khí nén tại điểm P1
V2: (m3) Thể tích khí nén tại điểm P2


P1: Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V1
P2: Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V2
5.2.

Định luật Gay-Lussac:

Thể tích khí nén không thay đổi (V hắng số),nhiệt độ tuyệt đối của khối khí nén
thay đổi tỷ lệ thuận với áp suất khí nén.

5.3.

Định luật Charles:

Áp suất khí nén không thay đổi (P=hắng số),nhiệt độ tuyệt đối của khối khí nén
thay đổi tỷ lệ thuận với thể tích khí nén.

5.4.

Định luật tổng quát

Đối với khối lượng của khí nén đã cho khi cả 3 đại lượng nhiệt độ, áp suất và thể tích
thay đổi.

Ví dụ: Một bình chứa có thể tích 0.5m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 7bar
nhiệt độ là 400c. Sau khi giảm nhiệt độ xuống còn 200c. Tính áp suất sau cùng.
Ta có: V1 = V2 = 0.5m3
T1 = 40 + 273 = 3130k

P1 = 7 + 1 = 8bar

T2 = 20 + 273 = 2930k

P2 = ? bar

Bài tập áp dụng:
Bài 1: Một bình chứa có thể tích 2,5 m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 10 bar
nhiệt độ là 600c. Sau khi giảm thể tích xuống còn 1,5 m3 .và nhiệt độ còn 400c. Tính
áp suất sau cùng.
Bài 2:Một bình chứa có thể tích 1,5 m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 10 bar
nhiệt độ là 600c. Sau khi giảm áp suất xuống còn 7,5 bar . Và thể tích tăng lên 2 m 3
.Tính nhiệt độ sau cùng.
Bài 3: Một bình chứa có thể tích 1,5 m3 chứa khí nén với áp suất tương đối là 10 bar
nhiệt độ là 600c. Sau khi giảm áp suất xuống còn 7,5 bar và tăng nhiệt độ lên 800c .
Tính thể tích sau cùng.


Bi 2: C s lý thuyt v thy lc
1. Khỏi nim:
Thy lc cú ngha l nc mụn hc nghiờn cu nhng tớnh cht v ng dng ca
cht lng truyn dn nng lng v iu khin cỏc hot ng ca mỏy cụng tỏc.
Ta i nghiờn cu hai lnh vc ca cht lng:

+ Thy tnh hc
+ Thy ng hc
2. Cỏc nh lut ca cht lng
3. p sut thy tnh
Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lợng và ngoại lực) tác dụng lên mỗi phần
tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa.



- khối lợng riêng của chất lỏng;



h- chiều cao của cột nớc;



g- gia tốc trọng trờng;



pS- áp suất do lực trọng trờng;



pL- áp suất khí quyển;



pF- áp suất của tải trọng ngoài;

A, A1, A2- diện tích bề mặt tiếp xúc;

.

F- tải trọng ngoài.


2. Phng trỡnh dũng chy liờn tc


Lu lợng (Q) chảy trong đờng ống từ
vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi (const).
Lu lợng Q của chất lỏng qua mặt cắt A
của ống bằng nhau trong toàn ống
(điều kiện liên tục).



Ta có phơng trình dòng chảy nh sau:
Q = A.v = hằng số (const)



Với v là vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A

Nếu tiết diện chảy là hình tròn, ta có:
Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2

Trong ú:


Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lần lợt là lu lợng dòng chảy, vận tốc
dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đờng kính ống tại vị trí 1;



Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lần lợt là lu lợng dòng chảy, vận tốc
dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đờng kính ống tại vị trí 2.

4. Phng trỡnh Bernulli
Tng nng lng dũng chy thy lc s c bo ton nu khụng cú s
thoỏt nng lng ra ngoi , hoc nng lng t bờn ngoi tỏc ng vo h
Tng nng lng bo gm:
+Th nng (sc ộp ca trng lc) ph thuc vo chiu cao ca ct cht
lng v ỏp sut thy tnh
+ng nng (nng lng do chuyn ng) ph thuc vo tc dũng
chy


Cú mt dũng chy nh hỡnh v:


5. Công thủy lực
Công bằng tích của lực với quãng đường đi , như vậy công thủy lực tác động lên
pistons nhân với độ dài hành trình dịch chuyển.

W = F.S = p.A.S = p.V
Trong đó
•

W: công (j)

p: áp suất

•

F: lực (N),

P: Công suất (W) .

•

S: độ dài

•

V: thể tích (m3)

Q: lưu lượng


6. Tổn thất thể tích
6.1.

Tn tht th tớch

L do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ thống gây
nên.
Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể
tích càng lớn.
Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lợng (bơm dầu,
động cơ dầu, xilanh truyền lực)
Đối với bơm dầu: tổn thất thể tích đợc thể hiện bằng hiệu suất sau:


tb = Q/Q0



Q- Lu lợng thực tế của bơm dầu;



Q0- Lu lợng danh nghĩa của bơm.




Nếu lu lợng chảy qua động cơ dầu là Q0đ và lu lợng thực tế Qđ = qđ.đ thì
hiệu suất của đông cơ dầu là:



tđ = Q0đ/Qđ

Nếu nh không kể đến lợng dầu dò ở các mối nối, ở các van thì tổn thất trong hệ
thống dầu ép có bơm dầu và động cơ dầu là:
t = tb. tđ

6.2.


Tn tht v c khớ

Tổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tơng đối ở
trong bơm dầu và động cơ dầu gây nên



Tổn thất cơ khí của bơm đợc biểu thị bằng hiệu suất cơ khí:
cb = N0/N



N0- Công suất cần thiết để quay bơm (công suất danh nghĩa), tức là công
suất cần thiết để đảm bảo lu lợng Q và áp suất p của dầu, do đó:

6.3.

Tn tht ỏp sut

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đờng chuyển động của
dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ đầu, xilanh truyền lực).
Tổn thất này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+/ Chiều dài ống dẫn
+/ Độ nhẵn thành ống
+/ Độ lớn tiết diện ống dẫn
+/ Tốc độ chảy
+/ Sự thay đổi tiết diện
+/ Sự thay đổi hớng chuyển động
+/ Trọng lợng riêng, độ nhớt
Nếu p0 là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ra, thì tổn thất đợc biểu thị
bằng hiệu suất:
P l tr s tn tht AP


7. nht v yờu cu nht i vi du thy lc
7.1.

Độ nhớt :

Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng. Độ nhớt
xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng
trợt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng. Có hai loại độ nhớt:
a. nht ng lc
Độ nhớt động lực là lực ma sát tính bằng 1N tác động trên một đơn vị diện
tích bề mặt 1m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách
nhau 1m và có vận tốc 1m/s.
Độ nhớt động lực đợc tính bằng [Pa.s]. Ngoài ra, ngời ta còn dùng đơn vị
poazơ (Poiseuille), viết tắt là P.
1P = 0,1N.s/m2 = 0,010193kG.s/m2
1P = 100cP (centipoiseuilles)
Trong tính toán kỹ thuật thờng số quy tròn:
1P = 0,0102kG.s/m2

b. nht ng
Độ nhớt động là tỷ số giữa hệ số nhớt động lực với khối lợng riêng của

chất lỏng:
Đơn vị độ nhớt động là [m2/s]. Ngoài ra, ngời ta còn dùng đơn vị stốc
( Stoke), viết tắt là St hoặc centistokes, viết tắt là cSt.
1St = 1cm2/s = 10-4m2/s
1cSt = 10-2St = 1mm2/s.
7.2.

Yờu cu i vi du thy lc

Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lợng chất lỏng làm việc là độ nhớt,
khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống
rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lữa,
nhiệt độ đông đặc


Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+/ Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất;
+/ Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ;
+/ Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế đợc khả
năng xâm nhập của khí, nhng dễ dàng tách khí ra;
+/ Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi
tiết di trợt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng nh tổn thất ma sát ít
nhất;
+/ Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nớc và
không khí, dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lợng
riêng nhỏ. Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn đợc đầy
đủ nhất.

CHƯƠNG II: CUNG CẤP VÀ XỮ LÝ
Bài 1: Cung cấp và xũ lý khí nén
1. Máy nén khí
1.1.

Máy nén khí kiểu Piston

a. Nguyên lý làm việc:
Khi pistông đi xuống van nạp mở ra hút không khí từ bên ngoài vào, lúc này van xả
đóng. Khi pis tông đi lên van nạp đóng lại , khí tiếp tục được nén đến một áp suất nhật
định, thì van xả mở ra và khí nén đưa vào bình chứa, áp suất khí nén kiểu pis tông đơn
khoảng 4 bar
b. Ưu và nhược điểm:
+ Ưu điểm:
•

Cứng vững

•

Hiệu suất cao

•

Bảo quản đơn giản

+ Nhược điểm
•

Tạo tiếng ồn

•

Giá thành bảo quản cao

•

Tạo ra khí nén theo xung và thường có dầu

1.2.

Máy nén khí kiểu cánh gạt


a. Nguyên lý làm việc:
•

Không khí được nén vào buồng hút, nhờ rôto và stator đặt lệch nhau nên khi rô to
quay thì không khí sẽ vào buồng nén, sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy.

b. Ưu , khuyết điểm:
+ Ưu điểm
•

Không cồng kềnh

•

Làm việc êm

•

Sửa chữa dẽ dàng

•

Lưu lượng là hằng số, khí không bị xung đột.

+ Nhược điểm
•

Hiệu suất nhiệt độ kém hơn máy nén khí kiểu pis tông

•

Khí nén thông thường bị nhiễm dầu.

1.3.

Máy nén khí kiểu trục vít


a. Máy nén khí kiểu trục vít:
Hai roto của trục đặt song song ( trục 1 có 4 rãnh, trục 2 có 6 rãnh). Hoạt động
theo nguyên lý thay đổi thể tích, thể tích khoảng trống giữa các rãnh sẽ thay đổi khi
trục vít quay được một vòng . Sẽ tạo ra quá trình hút ( thể tích khoảng trống tăng lên)
quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy.
b. Ưu và nhược điểm:

+ Ưu điểm
•

Không khí sạch và không bị xung

•

Rất tin cậy tuội thọ cao 15.000 – 40.000 giờ.

•

Không sinh ra giao động

•

Tỷ số nén bị hạn chế bởi tầng

+ Nhược điểm
•

Giá thanh cao

•

Gấy ra tiếng ồn

1.4.

Máy nén khí kiểu rút

a. Nguyên lý làm việc:
Máy loại này gồm có 2 hoặc 3 cánh (Pistong có dạng hình số 8) các pistong được
quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, trong quá trình quay không tiếp xúc


nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuốc vào khe hở giữa 2 pis tông , khe hở giữa
phần quay và thân máy .
b. Ưu nhược điểm
•

Khí nén tạo ra ít xung và không bị nhiễm dầu

•

Ít tạo ra giao động

•

Độ mòn giữa các răng và xi lanh

2. Bộ lọc
2.1.

Van lọc

Van lọc có 3 phần tử:
Van lọc
Van điều chỉnh áp suất
Van tra dầu
Van lọc có nhiệm vụ tách các phần

tử chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí
nén( lỗ có thế 30 – 70μm hoặc 0,01 μm
2.2.

Van điều chỉnh áp suất

Nhiệm vụ của van áp suất ổn định
áp suất điều chỉnh mặc dù đầu ra
và đầu vào lưu lượng bất thường.


2.3.

Van tra dầu

Van tra dầu: Nhằm cung cấp và bôi trơn
cho thiết bị trong hệ thống điều khiển
khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòm
và gỉ sét.

3. Thiết bị xữ lý khí nén
3.1.

Yêu cầu về khí nén

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí khác nhau, trong khí nén chứa rất nhiều
bùi, độ ẩm …
Trong quá trình nén t0 khí nén tăng lên có thể gây nên ô xy hóa một số phần tử kể trên.
Chính vì vậy khí nén sử dụng trong công nghiệp phải qua xử lý, tùy thuộc vào phương
pháp xử lý và phạm vi ứng dụng của từng thiết bị.

3.2.

Các phương pháp xữ lý khí nén

a. Sử dụng bình ngưng tụ làm lạnh băng không khí.
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được đẩy vào bình ngưng tụ, tại đây áp suất
khí sẽ được làm lạnh, phần lớn hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách
ra.
•

Hệ thống dẫn nước làm lạnh

•

Nước làm lạnh được dẫn vào

•

Khí nén sau khi được làm lạnh

•

Tách nước sau khi đã làm lạnh

•

Nước làm lạnh đi ra

•

Khí nén được dẫn vào từ máy nén khí.


b. Thiết bị xấy khô bằng chất làm lạnh
Khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phân trao đổi nhiệt khí (1) >bộ phận trao đổi nhiệt
khí - chất làm lạnh (2) tại đây dòng khí nén sẽ được đổi chiều trong những ống dấn nằm
trong các thiết bị này( T0 hóa sương ở đấy là 20c hơi nước sẽ bị kết tủa tại (3)
Dầu, nước và chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén s4 được đi ra ngoài
qua (4) > dòng khí đã được làm sạch vẫn còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt
(1) tới T0 từ 6 – 80c trước khi đưa vào sử dụng.


Bài 2: Cung cấp và xữ lý dầu
1. Bể dầu
1.1.

Nhiệm vụ:

•

Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín

•

Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc

•

Lắng đọng các căn giơ, bẩn trong quá trình làm việc

•

Tách nước.

1.2.
•

Chọn kích thước bể dầu

Đối với bể dầu di động thể tích bể dầu ta chọn như sau:
V = 1,5qv

•

Đối với bể dầu cố định thể tích bể dầu ta chọn như sau:
V = (0,3 – 0,5)qv
Trong đó:
V : lít
qv: lít/phút

1.3.

Kết cấu bể dầu


2. Bộ lọc dầu
2.1.

Nhiệm vụ

•

Ngăn chặn những chất bẩn trong quá trình làm việc.

•

Đặt ở đầu ống hút của bơm dầu, và cửa ra

2.2.

Phân loại theo kích thước lọc.

•

Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà ta có ta chọn bộ lọc có kích cỡ khác nhau.

•

Bộ lọc thô: Có lỗ lọc 0,1mm

•

Bộ lọc trung bình: Có lỗ lọc 0,01mm

•

Bộ lọc tinh: Có lỗ lọc 0,005mm

3. Bơm và động cơ dầu
3.1.

Khái niệm:

Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau.
Bơm là phần tử tạo ra năng lượng
Động cơ dầu là thiết bị tiêu hao năng lượng.
Nhưng tính toán và kết cấu của hai loại này giống nhau.


3.2.

Bơm bánh răng

a. Nguyên lý làm việc:
Theo nguyên lý thay đổi thể tích.
Khi V buồng hút tăng bơm hút dầu thực
hiện kỳ hút A, Khi V giảm bơm dẩy dầu
ra cựa B thực hiện kỳ nén
Nếu trên đường đi ta đặt một vật cản thì
dầu sẽ bị chặn lại tạo nên một áp suất nhật định
phụ thuộc vào độ lớn của vật cản và kết cấu của bơm.
b. Lưu lượng bơm bánh răng được tính theo công thức:

Trong đó: m: mô đun của bánh răng ( cm)
d: đường kính vòng chia
b: bề rộng bánh răng
n: số vòng quay trong một phút
z: số răng
ŋv : hiệu suất thể tích
3.3.

Bơm trục vít

a. Bơm cánh gạt dùng rộng rãi
hơn bơm bánh răng vì:
+ ổn định lưu lượng
+ Hiệu suất và
thể tích cao


b. Lưu lượng được tính theo công thức

•

Trong đó:

-

đường kính Stato

-

chiều rộng cánh gạt

-

độ lệch tâm

-

số vòng quay của roto

3.4.

Bơm piston

Bơm piston được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thủy lực, làm việc ở áp suất cao
Lưu lượng được tính theo công thức:

•

d: đướng kính piston

•

h: khoảng chạy piston h = 2e = (1.3 – 1.4)d

•

e: độ lệch tâm

•

i: số piston

.

n: số vòng quay của rôto

3.5.

Bớm hướng trục


4. Tiêu chuẩn chọn bơm
Chọn bơm cần phải căn cứ vào yêu cầu kỷ thuật và kính tế
Giá thành tuổi thọ, áp suất, phạm vi số vòng quay, khả năng chịu hợp chất hóa học, sự
dao động của lưu lượng , công suất , hiệu suất


CHNG III: CC PHN T TRONG H THNG
Bi 1: Cỏc phn t khớ nộn
1. Khỏi nim
Hệ thống điều khiển : Gồm các cụm và phần tử chính, có chức năng sau:
a. Cơ cấu tạo năng lợng: bơm dầu, bộ lọc (...)
b. Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn (...)
c. Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa (...)
d. Phần tử điều khiển: van đảo chiều (...)
e. Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu.

2. Van ỏp sut
2.1.

Nhiệm vụ Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng,
giảm trị số áp trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực.

2.2.

Phân loại:Van áp suất gồm có các loại sau:

2.2.1. Van tràn và van an toàn


Van tràn và van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống
thủy lực vợt quá trị số quy định. Van tràn làm việc thờng xuyên, còn van an toàn làm
việc khi quá tải.
Ký hiệu của van tràn và van an toàn:
Có nhiều loại:
+ Kiểu van bi (trụ, cầu)
+ Kiểu con trợt (pittông)
+ Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp)
2.2.2. Van giảm áp
Trong nhiều trờng hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng lợng
cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Lúc này ta phải cho bơm làm việc với
áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trớc cơ cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất
đến một giá trị cần thiết.
Ký hiu:

2.2.3. Van cản
Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống > hệ thống luôn có dầu để
bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập.