Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 1: Giới thiệu

TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC và KHÍ
NÉN

LÊ THỂ TRUYỀN

cenintec


Lê Thể Truyền

TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC và KHÍ NÉN

TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 30t
TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 15t
THỰC HÀNH 15t
 Truyền động thủy lực 10t
 Truyền động khí nén 5t

Cennitec


Lê Thể Truyền

TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
Tài liệu tham khảo
 Power Hydraulic, Michael J. Pinches and
Jonh G. Ashby, Prentice Hall, 1989.
•
•
•
•

Chương 1 Introduction
Chương 2 Pumps
Chương 3 Hydraulic valves
Chương 4 Actuators

Tìm mua tại:
 Quầy photo copy TRI, ki-ốt số 52, 142 Tô
Hiến Thành (trước cổng bệnh viện Trưng
vương)
Cennitec


Lê Thể Truyền

TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
Đánh giá
 Kiểm tra giữa kỳ + bài tập: 30%
 Kiểm tra cuối kỳ: 70%

Cấm thi
 Không tham gia giờ thực hành.
 Vắng mặt trên 2 buổi học lý thuyết.

Cennitec


Lê Thể Truyền

GIỚI THIỆU

GIỚI THIỆU
Lịch sử phát triển
Phân loại các hệ thống công suất

Nguyên lý truyền động thủy lực
Ưu và nhược điểm của hệ thống thủy lực

Ký hiệu thủy lực
Cennitec


Lê Thể Truyền

Lịch sử phát triển
 Nền tảng khoa học thủy lực hình thành cách đây 350
năm.
 1647 Blaise Pascal công bố định luật cơ bản về thủy lực
thủy tĩnh: áp suất chất lỏng ở trạng thái nghỉ được
truyền theo tất cả các hướng, bằng nhau tại mọi điểm.
 1738 Bernoulli công bố tài liệu có tựa là:Hydrodynamica,
trong đó ông công bố nhiều định luật về chất khí, chất
lỏng.

Cennitec


Lê Thể Truyền

Lịch sử phát triển

 Giữa thế kỷ thứ 19, truyền động thủy lực giữ vai trò quan
trọng trong công nghiệp và trong đời sống xã hội. Tại
Anh, ví dụ, rất nhiều thành phố trang bị hệ thống thủy
lực trung tâm mà bơm được vận hành bằng động cơ hơi
nước.
 Trước khi truyền động điện được ứng dụng rộng rãi thì
truyền động thủy lực công suất có nhiều ưu thế so với
các nguồn năng lượng khác tại London.
 Tại London, Hydraulic Power Company dùng năng lượng thủy
lực để vận hành rất nhiều bộ phận như các cầu trục để nâng các
cổng thành ở Kensington và Mayfair.

 Tuy nhiên, năng lượng điện trở nên rẻ và phổ biến, các
nhà máy xí nghiệp và các thành phố dần giảm bớt sự
phụ thuộc vào năng lượng thủy lực.

Cennitec


Lê Thể Truyền

Lịch sử phát triển
Hệ thống thủy lực công suất vận hành với
áp suất cao được đưa vào sử dụng thực
tế vào năm 1925 khi Harry Vickers phát
triển thành công bơm cánh gạt.
Ngày nay, thủy lực công suất áp suất cao
được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực
kỹ thuật.

Cennitec


Lê Thể Truyền

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

Dùng trong các xe cơ giới

Cennitec


Lê Thể Truyền

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

Máy ép 40.000 tấn

Cennitec


Lê Thể Truyền

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

Hệ thống thủy lực mô phỏng chuyển động của buồng lái máy bay

Cennitec

Lê Thể Truyền

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

Hệ thống thủy lực dùng trong xe phục vụ xây dựng

Cennitec


Lê Thể Truyền

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

Hệ thống thủy lực dùng trong xe khai thác rừng

Cennitec


Lê Thể Truyền

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THỦY LỰC

Động cơ thủy lực của hãng Mercedec-benz

Cennitec


Lê Thể Truyền

Phân lọai các hệ thống công suất

 Các hệ thống công suất được dùng để truyền tải
và điều khiển công suất. Chức năng này được mô
tả như trong hình 1.1. Các thành phần cơ bản của
hệ thống công suất:
– Nguồn năng lượng: cung cấp năng lượng cơ khí dưới
dạng chuyển động quay. Động cơ điện và động cơ đốt
trong là các thiết bị được dùng rộng rãi cho chức năng
này. Trong các ứng dụng đặt biệt, tua-bin gió hoặc tuabin thủy lực cũng được sử dụng.
– Các thiết bị truyền tải năng lượng, biến đổi và điều
khiển.
– Tải (cơ khí) dưới dạng chuyển động quay hoặc tịnh
tiến.

Cennitec


Lê Thể Truyền

Chức năng của hệ thống công suất

Chuyển động quay
(ω, T)

Công suất cơ khí
vào
(ω, T)

Truyền công
suất
Biến đổi

Điều khiển

Công suất cơ khí
đầu ra

Chuyển động tịnh
tiến
(v, F)

Hình 1.1 Chức năng của hệ thống công suất

Cennitec


Lê Thể Truyền

Phân loại các hệ thống công suất trong kỹ thuật

Hệ thống công suất

Cơ khí

Điện

Lưu chất

Khí nén

Thủy lực

Thủy động học

Thủy tĩnh học

Hình 1.2 Phân loại các hệ thống công suất

Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống công suất cơ khí
2

3
7

Động cơ
đốt trong

Ly hợp

5

Cầu lái vi sai

Hộp số
4

6

1

Hình 1.3 Hệ thống lái xe ô tô

8

Hệ thống công suất cơ khí dùng các phần tử cơ khí để truyền tải và điều khiển công suất
cơ khí. Hệ thống lái của một số xe ô tô là một ví dụ về hệ thống công suất cơ khí (hình
1.3).
Hộp số (3) được nối với động cơ (1) nhờ bộ ly hợp (2). Trục vào của hộp số quay cùng vận
tốc với động cơ. Trục ra (4) của nó quay với vận tốc khác, phụ thuộc vào tỉ số truyền của
hộp số. Công suất được truyền đến bánh xe (8) nhờ khớp nối (5,) trục (6) và cầu lái vi sai
(7).
Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, dễ bảo trì và dễ vận hành, giá thành thấp
Nhược điểm: tỉ lệ (công suât/trọng lượng) nhỏ, khoảng cách truyền bị giới hạn, độ linh hoạt
và khả năng điều khiển thấp
Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống công suất điện
Động cơ đốt trong
Tua bin thủy lực
Tua bin khí

T
Máy phát điện
ω

Năng lượng nhiệt
Năng lượng thủy lực
Năng lượng khí

Năng lượng cơ khí

e
i

Truyền tải
Lưu trữ
Điều khiển

Năng lượng điện

e
i

T
Động cơ điện

Tải
ω

Công

Năng lượng cơ khí

Hình 1.4 Sự biến đổi công suất trong hện thống công suất điện

Các hệ thống công suất điện chủ yếu giải quyết những tồn đọng trong các vấn
đề như là khoảng cách truyền công suất, độ linh hoạt và cải thiện khả năng điều
khiển.
Ưu điểm:
Khả năng truyền tải dài
Dễ dàng điều khiển
Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống công suất khí nén
Động cơ đốt trong
Động cơ điện

T
Máy nén khí
ω

Năng lượng nhiệt
Năng lượng điện

p
Q

Truyền tải
Lưu trữ
Điều khiển

p

T F

Xy lanh khí nén
Động
cơ khí nén
Q

Năng lượng khí nén

Năng lượng cơ khí

Tải
ω v

Công

Năng lượng cơ khí

Hình 1.5 Hệ thống công suất khí nén
Hệ thống khí nén là hệ công suất sử dụng khí nén như là công cụ để truyền tải
công suất. Nguyên lý làm việc của nó cũng giống như hệ thống công suất
điện. Máy nén khí chuyển năng lượng cơ khí sang năng lượng dưới dạng áp
suất của khí nén. Dạng năng lượng mới này dễ truyền tải và cũng dễ điều
khiển

Cennitec

Lê Thể Truyền

Hệ thống công suất khí nén
Khí nén phải được sản xuất và lưu trữ để sử dụng. Quá trình sản xuất khí nén
bao gồm các quá trình lọc, làm khô, và thêm dầu bôi trơn vào khí nén.

Dầu bôi trơn này rất quan trọng, nhờ nó mà các thiết bị cơ khí trong các van khí
nén không bị mòn do ma sát.
Khí nén được lưu trữ trong các bình chứa và được truyền thông qua các ống dẫn
mềm hoặc các ống cố định.
Năng lượng khí nén được điều khiển thông qua tổ hợp các van điều chỉnh áp
suất, lưu lượng, và điều khiển hướng. Khi đó, nó được chuyển sang năng lượng
cơ khí nhờ các xy lanh và động cơ khí nén.

Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống thủy lực công suất
Động cơ đốt trong
Động cơ điện
Tua-bin khí

T
Bơm thủy lực
ω

Năng lượng nhiệt
Năng lượng điện

Năng lượng gió

Năng lượng cơ khí

p
Q

Truyền tải
Điều khiển

p

Xy lanh thủy lực
Động
cơ thủy lực
Q

T F
Tải
ω v

Năng lượng thủy lực

Công

Năng lượng cơ khí

Hình 1.6 Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực công suất

Trong các hệ thống công suất thủy tĩnh, công suất được truyền tải nhờ sự gia

tăng năng lượng áp suất của chất lỏng. Các hệ thống này được sử dụng rộng
rãi trong công nghiệp, thiết bị vận tải, hàng không, hành hải, và nhiều lãnh
vực khác.
Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống thủy lực công suất

Ta xét một xe nâng hàng dùng để nâng tải theo phương thẳng đứng với hành
trình là y trong khoảng thời gian Δt.
Để thực hiện được chức năng này thì xe nâng phải tác động một lực lên tải theo
phương thẳng đứng. Nếu lực ma sát được bỏ qua, tại trạng thái ổn định, lực này
bằng trọng lượng của phần tải được dịch chuyển (F = mg).
Công sinh ra bởi xe nâng là
W = Fy
Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống thủy lực công suất
Sau khoảng thời gian Δt, tải dịch chuyển quãng đường là y, thế năng của phần tải
được nâng sẽ là:

E = mgy = Fy
Trong đó,
E = thế năng của tải, J.
F = lực tác động theo phương thằng đứng, N.

g = gia tốc trọng trường, m/s2.
m = khối lượng tải, kg.
W = công, J,
y = khoảng dịch chuyển, m.

Cennitec


Lê Thể Truyền

Hệ thống thủy lực công suất
Phần năng lượng E là thế năng có được trong khoảng thời gian Δt. Năng
lượng cung cấp cho tải trong một đơn vị thời gian chính là công suất N,
trong đó
N = E/Δt
= Fy/Δt
= Fv
N = Công suất cơ khí cung cấp cho tải, W
v = Vận tốc nâng tải, m/s.

Cennitec