Nghiên cứu đánh giá mức độ suy giảm tính chất của dầu thủy lực bằng phương pháp xác định hàm lượng hạt rắn, các phương pháp hóa lý và đề xuất quy trình bảo dưỡng hệ thống thủy lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT


TRẦN NGỌC HƯƠNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ SUY GIẢM TÍNH CHẤT CỦA
DẦU THỦY LỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG
HẠT RẮN, CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ KHÁC VÀ ĐỀ XUẤT QUY
TRÌNH BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG THỦY LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT


TRẦN NGỌC HƯƠNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ SUY GIẢM TÍNH CHẤT CỦA
DẦU THỦY LỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG
HẠT RẮN, CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ KHÁC VÀ ĐỀ XUẤT QUY
TRÌNH BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG THỦY LỰC
Ngành: Kỹ thuật Hóa Học
Mã số: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐINH VĂN KHA

HÀ NỘI - 2015


1
LỜI CAM ĐOAN
Bản luận văn thạc sĩ Ngành Kỹ thuật hóa học với đề tài: “Nghiên cứu đánh
giá mức độ suy giảm tính chất của dầu thủy lực bằng phương pháp xác định hàm
lượng hạt rắn, các phương pháp hóa lý khác và đề xuất quy trình bảo dưỡng hệ
thống thủy lực” được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Đinh Văn Kha - Viện
Hóa Học Cơng Nghiệp Việt Nam.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luân văn là trung thực và nội dung này chưa từng được cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào trước đó.

Hà Nội, ngày 06 tháng 04 năm 2015
Tác giả

Trần Ngọc Hương


2
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ 5
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 14

1.1. Giới thiệu về hệ thống thủy lực.................................................................... 14
1.1.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 14
1.1.2. Các ứng dụng của hệ thống thủy lực...................................................... 16
1.1.3. Bơm thủy lực ........................................................................................ 17
1.2. Bơm thủy lực............................................................................................... 19
Bơm thủy lực được phân loại như sau: ............................................................ 19
1.2.1. Bơm có lưu lượng thay đổi (Bơm điều chỉnh) ....................................... 19
1.2.2. Bơm có lưu lượng cố định (Bơm cố định) ............................................. 20
1.3. Bể chứa. ...................................................................................................... 27
1.4. Bộ lọc ......................................................................................................... 30
1.5. Xi lanh, piston ............................................................................................. 34
1.6. Van ............................................................................................................. 36
1.6.1. Van đảo chiều (Directional control valve) ............................................. 36
1.6.2. Van tiết lưu (Flow control valve)........................................................... 39
1.6.3. Van áp suất (Pressure Valve)................................................................. 41
1.7. Ống dẫn thủy lực và các thiết bị phụ ............................................................ 44
1.7.1. Ống dẫn thủy lực ................................................................................... 44
1.7.2. Mối nối thủy lực .................................................................................... 46
1.8. Khái niệm, chức năng và phân loại dầu bôi trơn .......................................... 49
1.8.1. Khái niệm dầu bôi trơn .......................................................................... 49
1.8.2. Chức năng của dầu bôi trơn ................................................................... 50
1.9. Phân loại chất lỏng thủy lực ........................................................................ 51
1.10. Tiêu chuẩn lựa chọn chất lỏng thủy lực ..................................................... 52


3
1.11. Dầu thủy lực đi từ dầu khoáng ................................................................... 53
1.11.1. Dầu khống tinh chế khơng có phụ gia (Loại HH) ............................... 57
1.11.2. Dầu khống tinh chế có phụ gia ức chế oxy hóa và ức chế gỉ (Loại HL)
....................................................................................................................... 57

1.11.3. Dầu HL thêm phụ gia chống mài mòn (Loại HM) ............................... 58
1.11.4. Dầu HM thêm phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt (Loại HV) ................... 58
1.12. Chất lỏng thủy lực chống cháy .................................................................. 58
1.12.1. Dầu thủy lực chống cháy loại HFA...................................................... 59
1.12.2. Dầu thủy lực chống cháy loại HFB ...................................................... 59
1.12.3. Dầu thủy lực chống cháy loại HFC ...................................................... 59
1.12.4. Dầu thủy lực chống cháy loại HFD...................................................... 60
1.13. Phụ gia ...................................................................................................... 62
1.13.1. Giới thiệu chung .................................................................................. 62
1.13.2. Phụ gia ức chế oxi hóa......................................................................... 62
1.13.4. Phụ gia tăng cường chỉ số độ nhớt ....................................................... 66
1.13.5. Chất ức chế bọt, chất nhũ hóa và chất khử nhũ tương .......................... 67
1.13.6. Độ bôi trơn .......................................................................................... 68
1.13.7. Phụ gia hạ điểm đông .......................................................................... 70
1.13.8. Phụ gia ức chế thủy phân ..................................................................... 71
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 72
2.1. Các phương pháp đánh giá chất lượng dầu thủy lực..................................... 72
2.2. Quy trình đánh giá chất lượng dầu thủy lực ................................................. 76
2.2.1. Giới thiệu hệ thống thủy lực điều khiển DEH ........................................ 76
2.2.2. Cơ sở đánh giá chất lượng dầu thủy lực Mobil Pyrotec HFD 46 ............ 77
2.2.3. Quy trình lấy mẫu dầu đi phân tích thử nghiệm ..................................... 77
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH BẢO
DƯỠNG HỆ THỐNG THỦY LỰC....................................................................... 81
3.1. Phân tích đánh giá chất lượng dầu Mobil Pyrotec HFD 46 .......................... 81
3.2. Phân tích và đánh giá kết quả dầu HFD 46 trong quá trình hoạt động .......... 83


4
3.2.1. Đánh giá chất lượng dầu thủy lực Tổ máy 1 (TM1) ............................... 83
3.2.2. Đánh giá chất lượng dầu thủy lực Tổ máy 2 (TM2) ............................... 87

3.3. Đề xuất quy trình bảo dưỡng hệ thống thủy lực ........................................... 92
3.3.1. Lợi ích của việc bảo trì bảo dưỡng hệ thống thủy lực ............................ 92
3.3.2. Nội dung của một chương trình bảo trì bảo dưỡng................................. 93
3.3.3. Bảo trì hệ thống ..................................................................................... 93
3.3.5. Xử lý chất lỏng thủy lực ........................................................................ 94
3.3.6. Làm việc trên các bộ phận hệ thống thủy lực ......................................... 97
3.3.7. Một số quy trình bảo trì bảo dưỡng hệ thống thủy lực ......................... 100
3.3.8. Các bước cơ bản làm sạch hệ thống thủy lực ....................................... 104
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 111
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 113


5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
ASTM

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

American Society for Testing and Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu
Materials

Hoa kỳ

API

American Petroleum Institute

Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ

SAE

Society of Automotive Engineers

Hiệp hội kỹ sư ôtô

ISO

International Standards

Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

Organization
NAS

National Aerospace Standard

Tiêu chuẩn hàng không quốc gia
Mỹ về độ sạch

DIN

Deutsches Institut für Normung

Viện Tiêu chuẩn quốc gia Đức

(DIN)
NAVAIR

NAVAIR

Tiêu chuẩn Hải quân Mỹ về độ
sạch

Bar

Bar

Đơn vị đo Áp suất

Psi

Psi

Đơn vị đo Áp suất

cSt

Centi Stock

Đơn vị đo độ nhớt

ppm

Parts per million

Phần triệu

pH

pH

Độ pH của mẫu thử

Piston

Piston

Pit tông

Rotor

Rotor

Rô tơ

µm

µm

Đơn vị đo chiều dài

Flushing

Flushing

Xúc rửa

Re

Reynolds

Hệ số Reynolds

Offline

Offline

Lọc offline (Lọc trên bể chứa)

Ferrograph

ferrograph

Phân tích hạt mài mịn pherograp

Bypass

Bypass

Van bypass, (van phụ)

ODTL

Ống dẫn thủy lực


6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT

Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

1

Bảng 1.1

Phân loại chất lỏng thủy lực theo ISO 6743/4

50

2

Bảng 1.2

Độ nhớt cực đại cho phép của dầu với các loại bơm

53

3

Bảng 1.3

Các giới hạn nhiệt độ cho các dầu thủy lực có các

53

cấp độ nhớt khác nhau với VI = 50, 100, 150 theo
các yếu tố về độ nhớt của các hệ thống thủy lực
4

Bảng 1.4

Các giá trị giới hạn nhiệt độ (giới hạn độ nhớt) cho

56

việc sử dụng dầu động cơ làm dầu thủy lực
5

Bảng 2.1

Bảng phân loại độ nhiễm bẩn của dầu theo NAS

73

1638
6

Bảng 2.2

Bảng phân loại độ nhiễm bẩn của dầu theo ISO

74

4406
7

Bảng 2.3

Bảng phân loại độ nhiễm bẩn của dầu theo

75

NAVAIR
8

Bảng 3.1

Kết quả phân tích chất lượng dầu mới nhập ngày

81

22/12/2013
9

Bảng 3.2

Kết quả phân tích chất lượng dầu mới nhập ngày

82

16/04/2014
9

Bảng 3.3

Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật dầu thủy lực

83

TM 1
11

Bảng 3.4

Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật dầu thủy lực

87

TM 2
12

Bảng 3.5

Lịch trình bảo dưỡng hệ thống thủy lực

103


7
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Số hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1

Hình 1.1

Ngun tắc hệ thống thủy lực

14

2

Hình 1.2

Sơ đồ hệ thống thủy lực

15

3

Hình 1.3

Bơm lý tâm

17

4

Hình 1.4

Bơm piston

18

5

Hình 1.5

Bơm bánh răng ngồi

20

6

Hình 1.6

Bơm bánh răng khớp trong

21

7

Hình 1.7

Nguyên tắc chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt đơn

22

8

Hình 1.8

Bơm cánh gạt kép

23

9

Hình 1.9

Bơm piston hướng tâm

24

10

Hình 1.10

Bơm piston hướng trục

25

11

Hình 1.11

Điều chỉnh lưu lượng bơm piston hướng trục

26

12

Hình 1.12

Thùng chứa dầu

26

13

Hình 1.13

Bộ tản nhiệt

28

14

Hình 1.14

Sơ đồ bố trí các loại lọc trong hệ thống thủy lực

29

15

Hình 1.15

Lọc hút

30

16

Hình 1.16

Lọc áp suất

31

17

Hình 1.17

Lọc trên đường dầu hồi

32

18

Hình 1.18

Lọc trên bể chứa (Lọc offline)

32

19

Hình 1.19

Lọc lỗ thơng hơi

33

20

Hình 1.20

Xi lanh plunger hoặc xi lanh thụt

34

21

Hình 1.21

Xi lanh tác động đơn thơng dụng

34

22

Hình 1.22

Xi lanh nhiều cấp hoặc vươn xa

34

23

Hình 1.23

Xi lanh tác động kép có cần piston 1 phía

35

24

Hình 1.24

Van chặn

36

25

Hình 1.25

Van 2 cổng

37

26

Hình 1.26

Van 3 cửa; Cổng P kết nối cổng A, Cổng T đóng

37


8
27

Hình 1.27

Van 3 cửa trong vị trí đóng

37

28

Hình 1.28

Van 4 cửa 3 vị trí

38

29

Hình 1.29

Van nút

38

30

Hình 1.30

Van bướm

39

31

Hình 1.31

Van bi

39

32

Hình 1.32

Van tràn điều khiển trực tiếp

41

33

Hình 1.33

Van xả dỡ tải

42

34

Hình 1.34

Van giảm áp

43

35

Hình 1.35

Cấu trục ống mềm cao su

44

36

Hình 1.36

Cấu trục ống mềm kim loại

44

37

Hình 1.37

Mối nối cố định sử dụng mặt cơn ngồi

45

38

Hình 1.38

Mối nối cố định sử dụng mặt cơn trong

46

39

Hình 1.39

Mối nối cố định sử dụng vịng khớp

46

40

Hình 1.40

Mối nối cố định sử dụng mặt bích

47

41

Hình 1.41

Sử dụng mặt bích để tạo mối nối

47

42

Hình 1.42

Mối nối nhanh

48

43

Hình 2.1

Các bước cơ bản lấy mẫu dầu thủy lực

79

44

Hình 2.2

Bơm chân khơng lấy mẫu dầu

79

45

Hình 2.3

46

Hình 3.1

Đồ thị độ nhớt động học của dầu thủy lực TM 1

84

47

Hình 3.2

Đồ thị trị số axit của dầu thủy lực TM 1

84

48

Hình 3.3

Đồ th S ht 5 ữ 10 àm ca du thy lc TM1

85

49

Hỡnh 3.4

th S ht 10 ữ 25 àm của dầu thủy lực TM1

85

50

Hình 3.5

Đồ thị Số hạt 25 ÷ 50 µm của dầu thủy lực TM1

86

51

Hình 3.6

Đồ thị S ht 50 ữ 100 àm ca du thy lc TM1

86

52

Hình 3.7

Đồ thị Số hạt > 100 µm của dầu thủy lực TM1

87

53

Hình 3.8

Đồ thị độ nhớt động học của dầu thủy lực TM 2

88

Các bước cơ bản lấy mẫu dầu bằng bơm chân
không

80


9
54

Hình 3.9

Đồ thị trị số axit của dầu thủy lực TM 2

89

55

Hỡnh 3.10

th S ht 5 ữ 10 àm của dầu thủy lực TM2

89

56

Hình 3.11

Đồ thị Số hạt 10 ÷ 25 µm của dầu thủy lực TM2

90

57

Hình 3.12

Đồ thị S ht 25 ữ 50 àm ca du thy lc TM2

91

58

Hỡnh 3.13

th S ht 50 ữ 100 àm ca dầu thủy lực TM2

91

59

Hình 3.14

Đồ thị Số hạt > 100 µm của dầu thủy lực TM2

92


10
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thủy lực có rất nhiều ứng dụng trong tất cả các ngành kỹ thuật và đời sống
con người. Từ xa xưa con người đã biết vận dụng nước để tưới tiêu phát triên nông
nghiệp. Việc đắp đê, xây đập, khơi mương dẫn nước đem lại những hiệu quả kinh tế
đáng kể, đồng thời bảo vệ cuộc sống, phịng chống lũ lụt có ý nghĩa rất quan trọng
trong xã hội.
Khi nền công nghiệp nhân loại phát triển, ngành nghiên cứu ứng dụng thủy
lực cũng từ từ phát triển theo, những ứng dụng vô cùng thiết thực: Như là việc phát
minh động cơ hơi nước, việc sử dụng các xylanh động cơ, ứng dụng thủy lực trong
đóng tàu, ....
Trong cuộc sống ngày nay, chúng ta có thể bắt gặp thiết bị thủy lực ở bất kỳ
nơi đâu. Trong cấp nước sinh hoạt không thể thiếu những máy bơm, những đường
ống, những van khóa nước, và cả đồng hồ đo lưu lượng nữa; trong cấu tạo ô tô, xe
máy không thể thiếu các động cơ đốt trong, các xylanh công tác, các đường ống dẫn
xăng, van phân phối, các cơ cấu truyền động thủy lực; trong thủy nhiệt điện không
thể thiếu các tuabin; các máy thi công xây dựng như máy xúc, máy cẩu, máy đổ bê
tông, ép cọc đều làm việc dựa trên các hệ thống thủy lực. Hoặc các thiết bị nhỏ hơn
cũng được ứng dụng rộng rãi như cửa thủy lực, khóa thủy lực, phanh thủy lực, giảm
sóc thủy lực,… Khơng những vậy các thiết bị thủy lực còn được ứng dụng trong các
ngành cơng nghiệp chính xác như hàng khơng, vũ trụ, robot tự động, máy gia công,
chế tạo, ...Và ngay trong cơ thể mỗi người chúng ta, trái tim cũng tương đương như
một bơm thủy lực hoạt động bền bỉ ngót 100 năm, với các mạch máu như các ống
dẫn thủy lực lớn nhỏ,..
Với những ứng dụng rộng rãi các thiết bị Thủy lực là thành phần không thể

thiếu trong đời sống. Tuy nhiên có một vấn đề mà trước đây ít người quan tâm và
biết đến đó là hệ thống thủy lực, thiết bị thủy lực mà mình đang sử dụng lại bị hỏng
hóc và nguyên nhân hỏng hóc là do đâu...việc khơng kịp thời bảo trì, bảo dưỡng là
ngun nhân chính dẫn đến việc hỏng hóc thiết bị một cách đáng tiếc gây ra các tổn


11
thất đáng kể về kinh tế cũng như tiến độ làm việc của cả một hệ thống và dây
chuyền.
Để các thiết bị thủy lực, hệ thống thủy lực hoạt động tốt, có tuổi thọ phục vụ
lâu dài. Để có được điều đó phụ thuộc nhiều vào q trình vận hành, chu kỳ bảo
dưỡng, bảo trì thiết bị cũng như các thiết bị phù trợ của hệ thống. Trong quá trình
vận hành dầu bôi trơn sẽ rất cần thiết đối với việc bôi trơn các ổ trục, ổ đỡ, xi lanh,
piston....nhằm đảm bảo sự vận hành bình thường cho các thiết bị thủy lực cũng như
cả hệ thống thủy lực.
Như vậy, việc nghiên cứu và đánh giá chất lượng dầu bôi trơn trong hệ thống
thủy lực có vai trị quan trọng nhằm kịp thời thay thế, bổ sung dầu bôi trơn và lập kế
hoạch bảo dưỡng hệ thống thủy lực khi cần thiết để đảm bảo tuổi thọ và sự hoạt
động của hệ thống thủy lực. Khi phân tích chất lượng dầu bơi trơn, các thành phần
dầu bơi trơn, ta có thể nhận biết được các cặn bẩn, các yếu tố sinh ra trong quá trình
hoạt động của hệ thống thủy lực, từ đó đánh giá và đưa ra các quy trình bảo dưỡng
hệ thống thủy lực.
Xuất phát từ việc phân tích chất lượng dầu thủy lực của các thiết bị và hệ
thống thủy lực trong thực tế đồng thời xuất phát từ thực tế tìm hiểu và nghiên cứu
đề tài được lựa chọn có tên: “Nghiên cứu đánh giá mức độ suy giảm tính chất của
dầu thủy lực bằng phương pháp xác định hàm lượng hạt rắn, các phương pháp hóa
lý khác và đề xuất quy trình bảo dưỡng hệ thống thủy lực”
2. Mục đích đối tượng phạm vi nghiên cứu
Với việc sử dụng hệ thống thủy lực vô cùng rộng rãi và đa dạng như hiện nay
thì việc kiểm tra đánh giá chất lượng dầu bôi trơn là hết sức cần thiết. Tuy nhiên

trong phạm vi đề tài này xin được đánh giá hệ thống thủy lực điều khiển của Nhà
máy Nhiệt điện Hải Phòng.
3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu tập trung vấn đề tìm hiểu về hệ thống thủy lực. Các chi bộ
phận hợp thành hệ thống thủy lực và nghiên cứu đánh giá sự thay đổi tính chất dầu


12
thủy lực bằng các phương pháp hóa lý và từ đó đề xuất quy trình bảo trì bảo dưỡng
hệ thống thủy lực.
4. Phương pháp nghiên cứu
Để đánh giá chất lượng dầu thủy lực cũng như đánh giá hoạt động hệ thống
thủy lực, phương pháp thực hiện trong đề tài này là lên kế hoạch thu thập mẫu dầu
từ hệ thống thủy lực của nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng rồi đánh giá chất lượng dầu
mới chưa sử dụng cũng như dầu đang sử dụng sau một khoảng thời gian nhất định
để rồi từ đó đánh giá chất lượng và định hướng kế hoạch bảo trì bảo dưỡng phù
hợp.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Có được cách nhìn nhận tổng quát hơn về hệ thống thủy lực, cấu trúc, cách
thức hoạt động của hệ thống thủy lực.
Từ việc đánh giá chất lượng dầu thủy lực cũng như hệ thống dầu thủy lực sẽ
giúp cho các nhà máy, người sử dụng thiết bị hệ thống thủy lực sẽ có được kế hoạch
bảo trì bảo dưỡng thiết bị một cách hợp lý để từ đó tiết kiệm chi phí sửa chữa thay
thế hệ thống máy móc cũng như việc phải ngừng sản xuất vì hỏng hóc của máy móc
sẽ rất tốn kém nhiều chi phí cho nhà máy...
6. Cấu trúc của luận văn
Với mục đích, đối tượng đã nêu ở trên, đề tài được thực hiện với các nội
dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thực nghiệm

Chương 3: Kết quả, thảo luận và đề xuất quy trình bảo dưỡng hệ thống thủy
lực.
7. Lời cảm ơn
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Đinh Văn Kha, người đã
quan tâm dạy dỗ, hướng dẫn tận tình sâu sắc về mặt cơ sở khoa học, giúp tơi có thể
hồn thành luận văn thạc sỹ này. Được tiếp xúc, học tập và nghiên cứu dưới sự


13
hướng dẫn của Thầy đã giúp tôi phát triển và trưởng thành hơn rất nhiều cả về kiến
thức lẫn tác phong làm việc.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo trường Đại Học Mỏ Địa
Chất Hà Nội đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình đã ln ở bên tơi giúp đỡ tơi
trong q trình vừa làm việc vừa học tập.
Cuối cùng tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám đốc Viện Hóa Học
Cơng Nghiệp Việt Nam, Giám Đốc Trung tâm Phụ gia dầu mỏ, cùng toàn thể anh
chị em Trung tâm Phụ gia dầu mỏ đã động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong
suốt q trình học tập và hồn thành luận văn thạc sỹ này
Xin chân thành cảm ơn!


14
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về hệ thống thủy lực
1.1.1. Giới thiệu chung [6], [9], [16]
Việc kiểm soát chuyển động hoặc ứng dụng kiểm soát các chuyển động là
một yêu cầu phổ biến trong các ngành công nghiệp. Các hoạt động này được thực
hiện chủ yếu bằng cách sử dụng máy điện, động cơ diesel, động cơ xăng và hơi
nước như một động cơ chính. Những động cơ chính này có thể cung cấp các chuyển

động khác nhau cho các đối tượng bằng cách sử dụng một số thiết bị cơ khí bổ trợ
như kích nâng, địn bẩy, giá đỡ và bánh răng... Tuy nhiên, đây không phải là động
cơ duy nhất. Các chất lỏng kèm theo (chất lỏng và khí) cũng có thể được sử dụng
như động cơ chính điều khiển chuyển động và năng lượng cho các đối tượng hoặc
các chất. Các thiết kế đặc biệt kèm theo hệ thống chất lỏng có thể tạo ra chuyển
động tịnh tiến cũng như chuyển động quay. Ở một mức độ khác việc điều khiển lực
cũng có thể được áp dụng bằng cách sử dụng các hệ thống này. Các hệ thống thủy
lực hoạt động trên nguyên tắc của định luật Pascal “Áp suất chất lỏng do ngoại lực
tác dụng lên mặt thoáng được truyền nguyên vẹn tới mọi điểm trong lòng chất
lỏng”. Định luật Pascal được minh họa trong hình 1. Các lực do chất lỏng gây ra
được tính bằng cách nhân áp lực và diện tích mặt phẳng cắt ngang. Khi áp suất là
như nhau trong tất cả các hướng, piston nhỏ hơn sẽ chịu một lực nhỏ hơn và piston
lớn hơn sẽ chịu một lực lớn hơn. Do đó, một lực lớn có thể được tạo ra với lực đầu
vào nhỏ hơn bằng cách sử dụng hệ thống thủy lực.


15

Hình 1.1: Nguyên tắc của hệ thống thủy lực
Các hệ thống thủy lực bao gồm một số bộ phận để hoạt động đúng chức năng
của nó. Những bộ phận này bao gồm bể chứa, lọc, máy bơm thủy lực, van điều áp,
van điều khiển, xi lanh thủy lực, piston và các đầu nối, mặt bích để bịt kín những sự
rị rỉ trên đường ống dẫn dầu. Một sơ đồ mạch của một hệ thống thủy lực đơn giản
thống được thể hiện trong hình 1.2
• Một piston chuyển động kết nối với trục trong một xi lanh kín
• Bể chứa
• Bộ lọc
• Bơm điện
• Thiết bị điều chỉnh áp suất
• Van điều khiển

• Các đầu nối để các đường ống dẫn dầu tạo thành vịng kín.
Trục của piston sẽ truyền chuyển động hay lực lượng tuy nhiên tất cả các bộ
phận khác sẽ kết hợp lại để kiểm soát hệ thống. Bể chứa dầu là một môi trường
truyền động. Các loại dầu thường được sử dụng thường là dầu có tỷ trọng cao và
dầu khơng nén được. Nó được lọc để loại bỏ bụi hoặc bất kỳ hạt không mong muốn
khác và sau đó được bơm bằng bơm thủy lực. Cơng suất của máy bơm phụ thuộc
vào việc thiết kế hệ thống thủy lực. Các máy bơm này thường cung cấp khối lượng


16
khơng đổi trong mỗi vịng quay của trục bơm. Do đó, áp lực chất lỏng có thể tăng
vơ hạn vào điểm cuối của piston cho đến khi hệ thống bị lỗi. Điều chỉnh áp suất
được sử dụng để tránh trường hợp như vậy và sẽ chuyển chất lỏng dư thừa trở lại
các bể chứa. Sự chuyển động của piston được kiểm sốt bằng cách thay đổi dịng
chảy chất lỏng từ cổng A và cổng B. Sự chuyển động của xi lanh được kiểm soát
bằng cách sử dụng van điều khiển để điều khiển các dòng chất lỏng. Các áp lực
dòng chất lỏng được kết nối với cổng B để nâng cao piston và nó được kết nối với
cổng A giảm piston xuống. Van cũng có thể ngăn chặn dịng chảy chất lỏng trong
bất kỳ cổng nào. Việc kín khít để tránh sự rò rỉ dòng dầu trong đường ống cũng rất
quan trọng do an tồn, ảnh hưởng đến mơi trường và các khía cạnh kinh tế. Một số
phụ kiện như hệ thống kiểm sốt dịng chảy, kiểm sốt giới hạn chuyển động, khởi
động động cơ điện và bảo vệ quá tải cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống
thủy lực mà khơng được hiển thị trong hình 1.2.

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống thủy lực
1.1.2. Các ứng dụng của hệ thống thủy lực
Các hệ thống thủy lực chủ yếu được sử dụng để điều khiển chính xác các lực
lượng lớn hơn. Các chính các ứng dụng của hệ thống thủy lực có thể được phân loại
trong năm loại:
* Cơng nghiệp: Máy móc chế biến nhựa, sản xuất thép và kim loại và các

máy móc thiết bị trong cơng nghiệp khai thác, dây chuyền sản xuất tự động, ngành
công nghiệp máy công cụ, ngành công nghiệp giấy, máy xúc, nghiền nát, máy dệt
may, R & D và thiết bị hệ thống robot,...


17
* Thủy lực di động: Máy kéo, hệ thống thủy lợi, thiết bị làm đất, thiết bị xử
lý nguyên liệu, xe thương mại, thiết bị khoan đường hầm, thiết bị đường sắt, các
thiết bị xây dựng và máy móc xây dựng và giàn khoan,...
* Ơtơ: Nó được sử dụng trong các hệ thống như phanh, giảm xóc, điều khiển
hệ thống bánh lái, lá chắn gió, thang máy và thiết bị làm sạch,...
* Ứng dụng tàu thủy: Nó chủ yếu bao gồm các tàu biển đi, tàu đánh cá và
thiết bị trung tâm, các cẩu, trục tời,...
* Thiết bị hàng không vũ trụ: Các thiết bị và hệ thống sử dụng cho điều
khiển bánh lái, điều khiển càng hạ cánh, cơ cấu phanh, điều hành bay và truyền
động,...được sử dụng trong máy bay, tên lửa và tàu vũ trụ.
1.1.3. Bơm thủy lực
Một tổ hợp bơm và điều khiển các motor được gọi là bơm thủy lực. Các bơm
thủy lực lấy chất lỏng thủy lực (chủ yếu là dầu) từ bể chứa dầu và cung cấp cho nó
với phần cịn lại của mạch thủy lực. Nhìn chung, tốc độ của máy bơm là không đổi
và máy bơm cung cấp một lượng dầu bằng nhau trong mỗi một chu trình bơm. Số
lượng và hướng của dòng chảy được điều khiển bởi một số cơ chế bên ngoài. Trong
một số trường hợp, các máy bơm thủy lực được điều khiển bởi một động cơ servo
nhưng nó làm cho hệ thống phức tạp. Các máy bơm thủy lực được đặc trưng bởi
khả năng tốc độ dòng chảy, tiêu thụ điện năng, tốc độ truyền động, áp lực ở các đầu
ra và hiệu suất của máy bơm. Các máy bơm khơng có được 100% hiệu suất. Hiệu
quả của một máy bơm có thể được xác định bằng hai cách. Một là hiệu suất của thể
tích được tỷ lệ khối lượng thực tế của chất lỏng chuyển tới so với một thể thích lý
thuyết tối đa có thể. Thứ hai là hiệu quả năng lượng đó là tỷ lệ của năng lượng thủy
lực ở đầu ra được chuyển vào các đầu vào của các máy cơ khí/điện. Hiệu suất lý

tưởng điển hình của máy bơm thay đổi từ 90-98%.
Các máy bơm thủy lực có thể được của hai loại:
• Máy bơm ly tâm
• Bơm piston


18
Bơm ly tâm sử dụng động năng quay để cung cấp các chất lỏng. Các động
năng quay thường xuất phát từ một động cơ hoặc động cơ điện. Các chất lỏng đi
vào cánh quạt ở khu vực gần tâm cánh quạt. Cánh quạt quay sẽ làm cho dầu quay
vòng và lực li tâm sẽ tăng tốc dầu vào thành vỏ bơm. Do bơm có dạng xoắn ốc nên
dầu sẽ chuyển động hướng ra phía đường kính lớn hơn rồi thốt ra ngồi như hình
1.3. Các máy loại bơm này thường không phù hợp cho các ứng dụng áp suất cao và
thường được sử dụng cho khoảng làm việc có áp suất thấp và thể tích dịng chảy
cao. Khả năng tạo ra được áp lực tối đa được giới hạn từ 20 ÷ 30 bar và phạm vi tỷ
số truyền cụ thể từ 500 đến 10000. Hầu hết các máy bơm ly tâm khơng tự mồi và vì
thế vỏ bơm cần phải được điền đầy một lượng chất lỏng trước khi bơm được bắt
đầu.

Hình 1.3: Bơm ly tâm
Bơm tịnh tiến hay cịn gọi là bơm piston. Nó thường được sử dụng khi bơm
một lượng dầu tương đối ít tuy nhiên nó có thể tạo ra áp suất tương đối lớn. Việc
xây dựng các máy bơm kiểu nay tương tự như động cơ bốn thì như thể hiện trong
hình 1.4. Các tay quay được điều khiển bởi một số động cơ quay bên ngoài. Các
piston được điều khiển bởi tay quay. Các piston di chuyển xuống trong một nửa của
vòng tay quay, van hút mở ra và chất lỏng xâm nhập vào xi lanh. Trong nửa vòng
thứ hai tay quay piston di chuyển lên, van mở ra mở ra và chất lỏng di chuyển ra từ
cửa ra. Tại một thời điểm, chỉ có một van được mở ra và một van khác bị đóng vì
vậy khơng có sự rị rỉ chất lỏng. Tùy thuộc vào diện tích xi lanh bơm cung cấp liên
tục khối lượng chất lỏng trong mỗi chu kỳ độc lập với áp lực tại cổng ra. Điều này

làm cho loại bơm này thích hợp hơn để sử dụng trong việc truyền năng lượng.


19

Hình 1.4: Bơm piston
1.2. Bơm thủy lực [6], [7], [9], [16]
Bơm thủy lực được phân loại như sau:
* Bơm có lưu lượng thay đổi (Bơm điều chỉnh)
* Bơm có lưu lượng cố định (Bơm cố định)
1.2.1. Bơm có lưu lượng thay đổi (Bơm điều chỉnh)
Các loại máy bơm này còn được gọi là máy bơm thủy động. Trong những
máy bơm chất lỏng này áp lực của vòng quay của cánh quạt và áp lực chất lỏng là tỷ
lệ thuận với tốc độ rotor. Các máy bơm không thể chịu được áp lực cao và thường
được sử dụng khi làm việc dịng chảy có áp suất thấp và dịng chảy với khối lượng
thể tích lớn. Áp suất và dịng chảy được tạo ra do lực quán tính của chất lỏng. Các
chất lỏng chuyển động được tạo ra do chân vịt quay. Các máy bơm loại này cung
cấp một dòng chảy êm và liên tục nhưng lưu lượng dòng đầu ra giảm dần khi hệ
thống bị tăng tải. Lưu lượng dòng đầu ra giảm do một lượng chất lỏng bị trượt trở
lại tại chịu tải cao hơn của hệ thống. Các dòng chất lỏng hồn tồn có thể dừng lại
khu vực chịu tải rất lớn của hệ thống và khi đó hiệu quả bơm sẽ trở thành số khơng.
Vì vậy, tốc độ dịng chảy khơng chỉ phụ thuộc vào tốc độ quay mà còn vào khả
năng mang tải của hệ thống. Nhưng ưu điểm nổi bất của máy bơm có lưu lượng
thay đổi này là chi phí ban đầu thấp, duy trì hoạt động ít hơn vì các bộ phận ít di
chuyển, hoạt động đơn giản, độ ổn định cao hơn và phù hợp với nhiều loại chất lỏng
.... Các máy bơm này chủ yếu được sử dụng để vận chuyển chất lỏng và ít được sử


20
dụng trong các ngành công nghiệp thuỷ lực hoặc năng lượng chất lỏng. Bơm ly tâm

là ví dụ phổ biến của máy bơm lưu lượng thay đổi và đã được đề cập ở trên.
1.2.2. Bơm có lưu lượng cố định (Bơm cố định)
Các máy bơm loại này cung cấp một khối lượng liên tục của chất lỏng trong
một chu kỳ. Lượng chất lỏng được xả trong mỗi vòng quay được cố định trong các
máy bơm và chúng tạo ra dòng chảy tỷ lệ thuận với sự tịnh tiến và tốc độ rotor. Các
máy bơm được sử dụng trong hầu hết cơng nghiệp năng lượng chất lỏng. Các dịng
chảy đầu ra là không đổi và không phụ thuộc vào áp suất hệ thống. Ưu điểm quan
trọng của loại bơm này là liên kết với các máy bơm áp suất cao và các khu vực áp
suất thấp (có nghĩa là khu vực đầu vào và khu vực đầu ra) được tách ra và do đó
chất lỏng khơng thể bị rị rỉ trở lại do áp suất cao hơn tại các đầu ra. Những tính
năng này làm cho loại bơm có lưu lượng cố định phù hợp nhất và chấp nhận rộng
rãi cho các hệ thống thủy lực. Các ưu điểm quan trọng khác của bơm có lưu lượng
cố định bao gồm khả năng để tạo ra áp suất cao, hiệu quả thể tích cao, cơng suất cao
tỷ lệ khối lượng, có khả năng thay đổi hiệu quả trong phạm vi áp suất nhỏ và phạm
vi hoạt động áp suất lớn và tốc độ cao. Tỷ lệ dòng chảy của những máy bơm loại
này dao động từ 0,45 ÷ 65 000 lít/phút, Áp suất dao động từ 10 ÷ 100 000 psi và cụ
thể tốc độ nhỏ hơn 500 vòng/phút.
Điều quan trọng cần lưu ý là các máy bơm có lưu lượng cố định không tạo ra
áp lực, nhưng chúng chỉ tạo ra các dòng chất lỏng. Lực cản làm cho dòng chất lỏng
ở đầu ra tạo áp suất. Điều đó có nghĩa rằng nếu đầu ra của một máy bơm có thể tích
cố định được mở ra để cân băng với áp suất khí quyển, sau đó dịng chảy sẽ khơng
tạo ra bất kỳ áp suất đầu ra ở trên áp suất khí quyển. Tuy nhiên, nếu đầu ra bị chặn
một phần, sau đó áp lực sẽ tăng lên do sự gia tăng cản trên dòng chảy. Nếu đầu ra
của bơm là hồn tồn bị chặn, sau đó một lực cản vơ hạn sẽ được tạo ra. Điều này sẽ
dẫn đến sự vỡ các bộ phận yếu nhất trong hệ thống. Vì vậy, các van an toàn được
cung cấp trong hệ thống thủy lực cùng với máy bơm lưu lượng cố định. Các loại
máy bơm điển hình của loại bơm lưu lượng cố định là máy bơm bánh răng, bơm
cánh gạt và bơm piston.

21
a. Bơm bánh răng
Bơm bánh răng là một máy bơm có lưu lượng cố định mạnh mẽ và đơn giản.
Nó có hai bánh răng được khớp với nhau vày xoay quanh trục trục của chúng.
Những bánh răng là bộ phận chuyển động trong bơm. Loại bơm bánh răng này
tương đối nhỏ gọn, rẻ tiền và có ít bộ phận chuyển động. Các thiết kế vững chắc của
các bánh răng và vỏ bọc cho phép áp bơm suất rất cao và khả năng bơm được chất
lỏng có độ nhớt cao. Họ rất thích hợp cho một loạt các chất lỏng và có khả năng tự
mồi. Đơi khi bơm bánh răng được thiết kế để hoạt động như hoặc là một động cơ
hoặc máy bơm.

Hình 1.5: Bơm bánh răng ngồi.
Ngun lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: Khi thể tích của
buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén khi thể tích giảm, bơm
đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Bơm thường có một đệm kín để chống
lại sự rị rỉ; Do đó, chất lỏng được bơm ra ở cửa ra. Các bơm bánh răng thường
được trang bị các vỏ bên mặc để tránh rò rỉ. Các khe hở giữa bánh răng và vỏ bơm
và giữa các bề mặt bánh răng là rất quan trọng và đóng một vai trị quan trọng trong
việc ngăn chặn rị rỉ. Nhìn chung, khoảng cách khoảng cách nhỏ hơn 10 µm. Lượng
chất lỏng xả ở cổng xả được xác định bởi số răng của bánh răng, khối lượng của
chất lỏng giữa mỗi cặp răng và tốc độ quay.


22
Các nhược điểm của bơm bánh răng ngoài là phụ tải khơng cân bằng trên
vịng bi. Ngun nhân là do áp lực cao tại các cửa ra và áp suất thấp ở đầu vào và
kết quả là tốc độ chậm hơn và áp suất làm dòng sẽ thấp hơn, trong một số trường
hợp có thể sẽ làm hỏng vịng bi. Bơm bánh răng thường được sử dụng cho các ứng
dụng năng lượng chất lỏng thủy lực và được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp hóa
chất để bơm chất lỏng với một độ nhớt nhất định.

Hình 1.6: Bơm bánh răng khớp trong.
Bơm bánh răng khớp trong đặc biệt linh hoạt. Chúng thường được sử dụng
để bơm các chất lỏng có độ nhớt thấp hoặc trung bình như dung mơi và nhiên liệu
và phạm vi rộng của nhiệt độ. Bơm không tạo xung, có khả năng tự mồi và có thể
chạy khơ trong một thời gian ngắn. Nó bao gồm một bánh răng bên trong (bánh
răng chủ động), một bánh răng trụ trịn bên ngồi, một miếng đệm lưỡi liềm và vỏ
bọc bên ngồi hiển thị trong hình 1.6. Chất lỏng được hút vào giữa các bánh răng
trụ trịn bên ngồi và bánh răng chủ động (bánh răng nhỏ phía trong). Chất lỏng đi
qua bơm giữa các răng và đệm lưỡi liềm. Đệm lưỡi liềm có chức năng phân chia
chất lỏng và hoạt động như một đệm kín giữa các cửa hút và xả. Khi các khớp răng
ở bên đối diện bên của đệm lưỡi liềm, các chất lỏng được đẩy ra thông qua các cửa
xả của máy bơm.
b. Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt cũng là loại bơm được sử dụng rộng rãi sau bơm bánh răng và
chủ yếu dùng ở hệ thống có áp suất suất thấp và trung bình. So với bơm bánh răng


23
thì bơm cánh gạt đảm bảo một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn. Kết
cấu bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau nhưng có thể chia thành hai loại chính:
- Bơm cánh gạt đơn
- Bơm cánh gạt kép.
* Bơm cánh gạt đơn:
Bơm cánh gạt đơn là khi trục quay một vịng, nó thực hiện một chu kỳ làm
việc bao gồm một lần hút và một lần nén. Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh
bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xe dịch vòng trượt) thể hiện ở hình 1.7

Hình 1.7: Nguyên tắc chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt đơn.
a. Nguyên tắc và ký hiệu

b. Điều chỉnh bằng lò xo
c. Điều chỉnh lưu lượng bằng thủy lực.
* Bơm cánh gạt kép:
Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vịng, nó thực hiện hai chu kỳ làm
việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén như hình 1.8