Giáo trình Thủy lực và truyền động thủy lực - Nghề: Lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: THỦY LỰC VÀ
TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
NGHỀ: LẮP RÁP HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
TÀU THỦY
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
1
Hải Phòng, năm 2018
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình môn học “Thủy lực và truyền động thủy lực”được biên soạn trên cơ sở
tham khảo một số tài liệu của Trꢀn Văn Đꢁc, Thủy lực đại cương, Đại học Bách
khoa, Hà Nội 1996; Trꢀn Thế San, “khí nén và thủy lực” – Trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2006.; Giáo trình “máy tàu thủy” - Trường Đại Học
Hàng hải, 2002;Bùi Hải Triều, “truyền động thủy lực và khí nén” – Trường Đại
Học Nông Nghiệp Hà Nội, 2006; Trꢀn Ngọc Hải, “Giáo Trình Hệ Thống Truyền
Động Thuỷ Lực Và Khí Nén” – NXB Xây Dựng, 2005; Hệ thống điều khiển tự
động thủy lực - Trꢀn Xuân Tùy, NXB KH - KT, HN 2002.
Căn cứ mục tiêu và nội dung của môn học trong chương trình dạy nghề trình độ
cao đẳng nghề Lꢁp ráp hệ thống động lực tàu thủy trường cao đẳng Hàng hải I.
Giáo trình phục vụ cho việc giảng dạy, học tập của giảng viên, học sinh sinh viên
trường Cao đẳng Hàng hải I. Đồng thời là tài liệu tham khảo cho công nhân đang
làm tại các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy.
Trong quá trình biên soạn chúng tôi cố gꢁng nêu ra những kiến thức cơ bản nhất
vềThủy lực và truyền động thủy lựccùng những ứng dụng của các hệ thống thủy
lực thường dùng dưới tàu thủy hiện nay.Mặc dù đã rất cố gꢁng, tuy nhiên trong quá
trình biên soạn chꢁc chꢁn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong
được sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc góp ý, bổ sung cho cuốn giáo trình
môn học “Thủy lực và truyền động thủy lực” được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày 04 tháng 06 năm 2018
Tham gia biên soạn
Chủ biên: ThS. Bùi Trung Dũng
3
MỤC LỤC
TRANG
3
STT
NỘI DUNG
1
2
3
4
5
Lời giới thiệu
Mục lục
4
Danh mục ký hiệu, từ viết tꢁt, thuật ngữ chuyên ngành
Danh mục hình vẽ
5
6
Nội dung
9
10
10
17
18
22
22
23
36
55
55
59
63
67
71
Chương1: Thủy lực đại cương
1. Khái niệm chung về thủy lực
2. Thủy tĩnh học
3. Thủy động lực học
Chương 2: Truyền động thủy lực
1. Khái niệm
2. Cơ cấu biến đổi năng lượng
3. Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh
Chương 3: Một số hệ thống thủy lực thường dùng dưới tàu thủy
1. Hệ thống lái thủy lực
2. Hệ thống cꢀn cẩu thủy lực
3. Hệ thống tời neo thủy lực
4. Hệ thống đóng mở nꢁp hꢀm hàng bằng thủy lực
Tài liệu tham khảo
6
7
Các phụ lục, tài liệu đính kèm
4
Danh mục ký hiệu, từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành
Ký hiệu, từ viết tꢁt, thuật ngữ chuyên Gỉải thích
ngành
MH
MN
VIA
ĐC
Môn học
Máy nén
Quay
Động cơ
Bꢀu làm mát
BLM
Hydrostatics pressure
Niutơn (N)
Áp suất thủy tĩnh
Đơn vị của lực
Power transmission
Pascal (Pa)
Truyền lực
Đơn vị đo cơ bản của áp suất
Hệ thống thủy lực
Hydraulic systems
Mobile hydraulics
Stationary hydraulics
Power supply section
Power control section
Drive section
Thiết bị thủy lực tự hành
Thiết bị thủy lực cố định
Khối nguồn thủy lực
Khối điều khiển dòng thủy lực
Cơ cấu chấp hành
Hydro-motor
Động cơ thủy lực
Signal processing
Signal input
Các tác động xử lý tín hiệu
Phꢀn tử đưa tín hiệu
Áp suất thủy động
Hydrodynamics pressure
Control enegy supply
Bar
Cung cấp năng lượng điều khiển
Đơn vị đo áp suất (1 bar = 1kG/cm2
= 1at)
R.p.m ( Revolutions per minute)
Số vòng quay/phút
5
Danh mục hình vẽ
STT
Tên hình vẽ
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thủy lực
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống thủy lực
Hình1.3.
Trang
10
1
2
3
4
5
13
14
Hình 1.4.
15
Hình1.5. Phân bố áp suất trong thùng chứa chất lỏng lý
tưởng
18
6
7
Hình1.6. Lực tác động lên piston của một xilanh thủy lực
Hình1.7. Dòng chảy qua ống thu hẹp
18
19
8
9
Hình 1.8. Dòng chảy qua hai mặt cꢁt khác nhau
Hình 2.1. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực
20
22
23
24
25
25
26
27
27
28
28
29
30
30
31
34
10 Hình 2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực
11 Hình 2.3. Bơm bánh răng
12 Hình 2.4. Một loại bơm bánh răng
13 Hình 2.5. Bơm trụ vít
14 Hình 2.6. Bơm cánh gạt đơn
15 Hình 2.7. Điều chỉnh lưu lượng bằng lò xo
16 Hình 2.8. Điều chỉnh lưu lượng bằng thủy lực
17 Hình 2.9. Bơm cánh gạt kép
18 Hình 2.10. Một loại bơm cánh gạt
19 Hình 2.11. Bơm piston hướng tâm
20 Hình 2.12. Bơm piston hướng trục
21 Hình 2.13. Điều chỉnh lưu lượng bơm piston hướng trục
22 Hình 2.14. Một loại bơm piston
23 Hình 2.15. Cấu tạo xilanh tác dụng kép có cꢀn piston một
phía
24 Hình 2.16. Động cơ thủy lực kiểu bánh răng
34
6
25 Hình 2.17. Một số loại động cơ thủy lực kiểu piston hướng
35
36
kính
26 Hình 2.18. Cấu tạo các chi tiết của một loại động cơ thủy
lực khi tháo ra
27 Hình 2.19. Ký hiệu van tràn, van an toàn
28 Hình 2.20. Cấu tạo van bi
37
37
38
38
39
40
40
41
41
42
43
43
44
45
45
46
29 Hình 2.21. Cấu tạo van con trươt
30 Hình 2.22. Cấu tạo van điều chỉnh hai cấp áp suất
31 Hình 2.23. Một loại van an toàn được gꢁn trên đường ống
32 Hình 2.24. Ký hiệu van giảm áp
33 Hình 2.25. Cấu tạo van giảm áp
34 Hình 2.26. Cấu tạo của một loại van giảm áp
35 Hình 2.27. Ký hiệu van cản
36 Hình 2.28. Cấu tạo van cản
37 Hình 2.29. Van đảo chiều 2/2
38 Hình 2.30. Van đảo chiều 3/2
39 Hình 2.31. Van đảo chiều 4/2
40 Hình 2.32.Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng tay
41 Hình 2.33. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng cơ
42 Hình 2.34. Kết cấu và ký hiệu của van Solenoid điều khiển
trực tiếp
43 Hình 2.35. Kết cấu và ký hiệu của van Solenoid điều khiển
47
gián tiếp
44 Hình 2.36. Van Solenoid thường
48
48
45 Hình 2.37. Van Solenoid thiết kế cho khu vực có nguy cơ
cháy nổ cao
46 Hình 2.38. Ký hiệu van tỷ lệ
47 Hình 2.39. Kết cấu của van tỷ lệ
48 Hình 2.40. Ký hiệu van Servo
49
49
50
7
49 Hình 2.41. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển con trượt của van
50
Servo
50 Hình 2.42. Ký hiệu van một chiều
51
51
52
52
53
54
55
56
59
60
60
63
63
64
66
67
51 Hình 2.43. Kết cấu van bi một chiều
52 Hình 2.44. Ký hiệu van một chiều điều khiển hướng chặn
53 Hình 2.45. Van một chiều điều khiển được hướng chặn
54 Hình 2.46. Van tác động khóa lẫn
55 Hình 2.47.Sơ đồ mạch thủy lực thể hiện các đường ống
56 Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái thủy lực tàu thủy
57 Hình 3.2. Sơ đồ thủy lực hệ thống lái tàu thủy
58 Hình 3.3. Một số kiểu hệ thống lái thủy lực tàu thủy
59 Hình 3.4. Sơ đồ cấu tạo cꢀn cẩu thủy lực tàu thủy
60 Hình 3.5. Sơ đồ thủy lực hệ thống cꢀn cẩu tàu thủy
61 Hình 3.6. Một số kiểu hệ thống cꢀn cẩu ở dưới tàu
62 Hình 3.7. Sơ đồ cấu tạo hệ thống tời neo thủy lực tàu thủy
63 Hình 3.8. Sơ đồ thủy lực hệ thống tời neo ở dưới tàu
64 Hình 3.9. Một số kiểu hệ thống tời neo thủy lực ở dưới tàu
65 Hình 3.10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống đóng mở nꢁp hꢀm hàng
bằng thủy lực
66 Hình 3.11. Sơ đồ thủy lực hệ thống đóng mở nꢁp hꢀm hàng
67
70
67 Hình 3.12. Một số kiểu hệ thống đóng mở nꢁp hꢀm hàng
bằng thủy lực ở dưới tàu
8
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Thủy lực và truyền động thủy lực
Mã môn học: MH.6520112.20
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí:
Môn học ”Thủy lực và truyền động thủy lực” được bố trí học sau các môn cơ sở
nghề và môn máy phụ tàu thủy.
- Tính chất, ý nghĩa:
+ Môn học này cꢀn thiết đối với nghề lꢁp ráp hệ thống động lực tàu thủy;
+ Môn học trang bị cho sinh viênnhững kiến thức cơ bản vềthủy lựchọc vàtruyền
động thủy lực .
Mục tiêu môn học:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được các phương thức truyền động bằng thủy lực và ứng dụng ở dưới
tàu thủy.
+ Mô tả được các bộ phận chính của phương thức truyền động bằng thủy lực;
- Về kỹ năng:
+ Giải thích được quy luật truyền dẫn bằng thủy lực và nguyên lý hoạt động của
một số hệ thống thủy lực thường dùng ở dưới tàu.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động sáng tạo trong
học tập và rèn luyện, phát huy khả năng làm việc theo nhóm.
Nội dung củamôn học:
9
CHƯƠNG 1:THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG
Mã chương: MH.6520112.20.1
Giới thiệu:
Mục tiêu của bài:
- Trình bày được các khái niệm, các phương trình và định luật cơ bản của thủy lực
học;
- Giải thích được các trạng thái chảy của chất lỏng, quy luật tổn hao năng lượng
thủy lực của dòng chảy;
-Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động sáng tạo trong học
tập và rèn luyện, phát huy khả năng làm việc theo nhóm.
Nội dung bài:
1. Khái niệm chung về thủy lực
1.1. Tổng quan về hệ thống thủy lực
Hệ thống thuỷ lực (Hydraulic systems) được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo
máy hiện đại và trong công nghiệp lꢁp ráp. Ngoài ra, công nghệ thuỷ lực còn được
ứng dụng trong một số lĩnh vực đặc biệt khác như hàng hải, khai thác hꢀm mỏ,
hàng không…
Trong hệ thống thuỷ lực, chất lỏng có áp suất đóng vai trò trung gian truyền lực và
chuyển động cho máy công nghệ. Quá trình biến đổi và truyền tải năng lượng được
mô tả trên Hình 1.1
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thủy lực
Các ứng dụng cơ bản của thuỷ lực có thể chia thành hai lĩnh vực chính:
10
-Thiết bị thuỷ lực tự hành (Mobile hydraulics): di chuyển bằng bánh xe hoặc
đường ray. Phꢀn lớn trong số này có đặc trưng là thường sử dụng các van được
điều khiển bằng tay
-Thiết bị thuỷ lực cố định (Stationary hydraulics): làm việc ở một vị trí cố định, do
đó thường sử dụng các van điện từ kết hợp với các thiết bị điều khiển điện- điện tử.
*So sánh công nghệ thuỷ lực với các dạng khác:
7Xét về vai trò tạo ra lực, chuyển động và các tín hiệu, ta so sánh 3 dạng thiết bị
truyền động thường sử dụng: điện, khí nén và thuỷ lực.
Các ưu điểm và nhược điểm quan trọng của công nghệ thuỷ lực:
*.Một số ưu điểm quan trọng:
-Truyền động được công suất cao và lực lớn với các phꢀn tử có kích thước nhỏ,
hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng.
-Khả năng điều khiển vị trí chính xác, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm
việc hoặc chương trình có sẵndùng các phꢀn tử tiêu chuẩn hóa.
-Có thể khởi động với tải trọng nặng, vận hành và đảo chiều êm ả
-Hoạt động êm, trơn không phụ thuộc vào tải trọng vì chất lỏng hꢀu như không
chịu nén, thêm vào đó còn sử dụng các valve điều khiển lưu lượng
-Điều khiển, điều chỉnh tốt.
- Kết cấu nhỏ gọn, nối kết giữa các thiết bị với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ các
mối nối ống.
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ
cấu chấp hành.
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dꢀu nên
có thể sử dụng vận tốc cao mà không bị va đập mạnh như trong trường hợp khí hay
điện.
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp.
*.Một số nhược điểm:
- Nguy hiểm khi gꢀn lửa hay khi áp suất vượt quá mức an toàn (đặc biệt với ống
dẫn).
- Hiệu suất thấp, giá thành tương đối cao, bảo dưỡng, sửa chữa tương đối phức
tạp.
11
- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phꢀn tử, làm giảm hiệu suất
và phạm vi ứng dụng.
- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển.
- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương
trình làm việc.
- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay
đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
1.2. Cấu trúc của hệ thống thủy lực(Hình 1.2)
Sơ đồ mô tả cấu trúc của một hệ thống thủy lực được biểu diễn trên hình1.2
Một hệ thống thủy lực có thể được chia ra hai thành phꢀn chính:
- Phần thủy lực
- Phần tín hiệu điều khiển
Phꢀn thủy lực, gồm:
-Khối nguồn thủy lực (Power supply section): thực chất là một bộ biến đổi năng
lượng ( Điện - cơ - thủy lực). Khối nguồn thủy lực gồm: Động cơ điện; bơm thủy
lực; các van an toàn; bể chứa dꢀu; cơ cấu chỉ thị áp suất, lưu lượng…
-Khối điều khiển dòng thủy lực (Power control section )
Trong hệ thống thủy lực, năng lượng được truyền dẫn giữa bơm và cơ cấu
chấphành đảm bảo những giá trị xác định theo yêu cꢀu công nghệ như lực; mô
men; vậntốc hoặc tốc độ quay. Đồng thời cũng phải tuân thủ những điều kiện vận
hành hệthống. Vì vậy, các van được lꢁp đặt trên các đường truyền đóng vai trò như
nhữngphꢀn tử điều khiển dòng năng lượng. Ví dụ các van: Van đảo chiều; van tiết
lưu; van ápsuất; van một chiều…
Các van này có thể có vai trò là phꢀn tử điều khiển hoặc điều chỉnh áp suất hay lưu
lượng, và hơn nữa chúng cũng có những đặc điểm chung là gây tổn thất áp suất.
-Các cơ cấu chấp hành (drive section) như: các xilanh (cylinders), các động cơ
thủy lực (Hydro-motors)
12
Hình 1.2.Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống thủy lực
Phꢀn tín hiệu điều khiển, gồm:
- Các phꢀn tử đưa tín hiệu (Signal input) như: tác động bởi người vận hành (thông
qua công tꢁc, nút ấn, bàn phím…); bởi cơ khí ( các công tꢁc hành trình) và bởi các
cảm biến ( không tiếp xúc – cảm biến cảm ứng từ, cảm biến từ hóa…)
- Các tác động xử lý tín hiệu (Signal processing) như: người vận hành; điện; điện
tử; khí nén, cơ khí ; thủy lực
1.3.Các đại lượng và đơn vị đo lường trong Thủy lực
Thuỷ lực học là khoa học về lực và chuyển động được truyền bởi môi trường chất
lỏng. Nó thuộc về lĩnh vực cơ học chất lỏng (Hình 1.3).Sự khác biệt giữa Thuỷ tĩnh
- Thuỷ động lực học:Thuỷ tĩnh có lực tác dụng bằng áp suất chất lỏng nhân với
diện tích tác dụngvà thuỷ động có lực tác dụng bằng khối lượng chất lỏng nhân với
gia tốc dòng chảy.
13
Hình 1.3
a. Áp suất thuỷ tĩnh Ps:
Ps = h. ρ. g = [N/m2] =[Pascal]
(1.1)
trong đó:
Ps - là áp suất thuỷ tĩnh ( Hydrostatics pressure)
h - chiều cao cột nước [m]
ρ- tỷ khối của chấtlỏng [kg/m3]
g - gia tốc trọng trường [ 9.8 m/s2]
Áp suất thuỷ tĩnh không phụ thuộc vào hình dáng của bình chứa mà chỉ phụ thuộc
vào chiều cao cột nước và tỷ khối của chất lỏng.
Trong công nghệ thuỷ lực, các công thức tính toán và các số liệu kỹ thuật của thiết
bị, người ta đều dùng áp suất thuỷ tĩnh và từ đó gọi tꢁt là áp suất P.
Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lượng SI là pascal.
Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động
vuông góc lên bề mặt đó là 1 Niutơn.
1Pa = 1 N/m2 = 1kg/m.s2
1 bar = 105 Pa = 1kG/cm2 = 1at.
b. Lực
F = P.A [N]
(1.2)
14
Trong đó:
P- là áp suất [Pa, MPa, bar, kG/cm2]
A – là diện tích[m2, cm2]
Đơn vị của lực là Niutơn (N). 1N là lực tác động lên đối tượng có khối lượng 1kg
với gia tốc 1 m/s2.
1N = 1 kg.m/s2
c. Truyền lực( Power transmission )
Theo định luật Pascal, trong bình kín, áp suất ở mọi điểm có giá trị như nhau;
lực tác dụng tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt tác dụng
theo công thức:
F = P.A [N](1.3)
(1.3)
do vậy hình dáng của bình chứa không có ý nghĩa. Trong hình 1.4, ta có
P1= P2
Do đó chỉ cꢀn một lực nhỏ F1 có thểthực hiện một công việc với lực lớn hơn F2
thông qua môi trường chất lỏng có áp suất.
Hình 1.4
d. Lưu lượng
Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy. Đơn vị
thường dùng là m3/s hay lít/phút.
Trong thuỷ lực học, lưu lượng chất lỏng được ký hiệu là Q
V
Q = [m3/s]
(1.4)
푡
trong đó:
15
V – Thể tích [m3]
t - Thời gian [s]
e. Phương trình dòng chảy liên tục
Q = A. ν [m3/s]
(1.5)
trong đó:
ν - Tốc độ dòng chảy [m/s]
A - Tiết diện ngang [m2]
Đối với dòng chảy liên tục ta có: A1.ν1 = A2.ν2 = const
(1.6)
(1.7)
푄
푄
퐴
Hoặc A = hay ν =
ν
1.4. Dꢀu thủy lực
*. Yêu cầu đối với dầu thủy lực
Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng dꢀu thủy lực làm việc là độ nhớt, khả
năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hóa 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 bꢁt lửa, nhiệt độ
đông đặc.
Dꢀu thủy lực làm việc phải đảm bảo các yêu cꢀu 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 hòa (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm
nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra;
- Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chꢁn khít và khe hở của các chi tiết di
trượt, nhằm đảm bảo độ rò dꢀu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất;
- Dꢀu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hòa tan trong nước và không khí,
dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ.
Trong những yêu cꢀu trên, dꢀu khoáng chất thỏa mãn được đꢀy đủ.
1.5. Tổn thất trong hệ thống truyền động bằng thủy lực:
- Tổn thất thể tích:
Loại tổn thất này do dꢀu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phꢀn 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.
16
Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm dꢀu, động
cơ dꢀu, xilanh truyền lực)
-Tổn thất cơ khí:
Tổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối ở trong
bơm dꢀu và động cơ dꢀu gây nên.
-Tổn thất áp suất:
Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dꢀu từ
bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ dꢀu, 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 hướng chuyển động;
+ Trọng lượng riêng, độ nhớt.
2. Thủy tĩnh học
2.1. Khái quát về truyền động thuỷ tĩnh
Truyền động thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ. Trong trường hợp
đơn giản nhất, hệ thống gồm một bơm được truyền động cơ học cung cấp một
lưu lượng chất lỏng để làm chuyển động một xy lanh hay một động cơ thuỷ
lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trên động cơ hay xi lanh lực cùng với lưu lượng
đưa đến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền đến các máy công tác. Đặc
tính của truyền lực thuỷ tĩnh có tính chất: tꢀn số quay cũng như vận tốc của
máy công tác trong thực tế không phụ thuộc vào tải trọng. Do có khả năng tách
bơm và động cơ theo không gian và sử dụng các đường ống rất linh động nên
không cꢀn một không gian lꢁp đặt xác định giữa động cơ và máy công tác.
Trên hệ thống truyền động thuỷ tĩnh có thể thay đổi tỷ số truyền vô cấp trong
một khoảng rộng. Chất lỏng thuỷ lực hiện nay có thể được sử dụng là dꢀu từ
dꢀu mỏ, chất lỏng khó cháy, dꢀu có nguồn gốc thực vật hoặc nước.
2.2. Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ tĩnh
a. Tính chất thuỷ tĩnh của chất lỏng
17
Khi phát triển lý thuyết về chất lỏng, người ta xuất phát từ giả thiết chất lỏng lý
tưởng. Đây là chất lỏng không ma sát, không chịu nén, không giãn nở, khi
được nạp vào thùng chỉ truyền áp lực vuông góc với thành và đáy thùng (hình
1.5). Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào cột chất lỏng, có nghĩa là khoảng cách
từ điểm đo đến mặt thoáng của chất lỏng:
p = ρ.g.h
(1.8)
Với chất lỏng lý tưởng, không xuất hiện lực tiếp tuyến cũng như các
ứng suất tiếp tại thành thùng và giữa các lớp chất lỏng
Hình 1.5. Phân bố áp suất trong thùng chứa chất lỏng lý tưởng
Hình 1. 6. Lực tác động lên piston của một xy lanh thuỷ lực
Khi tính toán các thiết bị thuỷ tĩnh có thể giả thiết bỏ qua trọng lượng bản thân
của chất lỏng do quá nhỏ so với lực tác động ngoài.
Áp suất tạo ra từ lực ngoài (Hình 1.6) được xác định theo biểu thức:
P =퐹
(1.9)
퐴
Áp suất này có thể được tạo ra từ chuyển động gián đoạn của thiết bị ví dụ như
pistontrong xy lanh hoặc chuyển động liên tục như trong bơm bánh răng, bơm cánh
quay,..
3. Thủy động lực học
3.1. Khái quát về truyền động thuỷ động
Cở sở lý thuyết của cơ học chất lỏng cũng như thuỷ động lực học được xuất
phát từ chất lỏng lý tưởng. Trong đó các nhà khoa học đã xây dựng được các
18
công thức tính toán quan trọng. Đꢀu thế kỷ 20 Prandt lꢀn đꢀu tiên đã tổng hợp
thuꢀn tuý lý thuyết về thuỷ động lực học với kỹ thuật thuỷ lực được các kỹ sư
ứng dụng trong sản xuất bằng cách bổ sung thêm lực ma sát sinh ra do tính
nhớt của chất lỏng thuỷ lực.
Cơ sở để tính toán các thiết bị thuỷ lực là các phương trình liên tục, phương
trình Bernoulli cho chất lỏng thuỷ lực. Các phương pháp tính toán sức cản
dòng chảy, có nghĩa là các phương pháp tính toán hao tổn áp suất trong các ống
dẫn có ý nghĩa quan trọng trong thựctế.
3.2.Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ động
a.Phương trình liên tục
Dòng chảy dừng của chất lỏng lý tưởng thoả mãn định luật bảo toàn khối lượng:
Lưu khối m1 chảy qua mặt cꢁt A1 luôn bằng với lưu khối m2 chảy qua mặt cꢁt A2.
Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi định luật này đúng cho cả trường
hợp chảy không dừng.
Hình 1.7. Dòng chảy qua ống thu hẹp
Khối lượng chất lỏng (lưu khối) chảy qua một mặt cꢁt đường ống trong một đơn
vị thời gian được xác định theo:
m =ρ.A.v
(1.10)
(1.11)
(1.12)
Tương ứng Hình 1.7 thỏa mãn:
ρ1.A v = ρ2.A v
1 1
2 2
Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi
A v = A v
1 1
2 2
b. Phương trình Bernoulli
xuất phát từ giả thiết rằng năng lượng của một chất lỏng chảy dừng không ma sát
19
trên mọi điểm của mặt cꢁt ngang tại mọi thời điểm là không đổi. Phương trình này
thoả mãn trong trường hợp riêng của dòng chảy một chiều, và cũng biểu diễn
trường hợp đặc biệt của hệ phương trình vi phân Navier-Stocke xây dựng cho
trường hợp tổng quát cho dòng chảy 3 chiều. Mặc dù vậy cũng có thể ứng dụng đủ
chính xác làm cơ sở tính toán trong lĩnh vực thuỷ lực dꢀu. Năng lượng tại một
điểm xác định trên đường dòng của một dòng chảy chất lỏng lý tưởng bao gồm
động năng dòng chảy, áp năng của chất lỏng và thế năng
Hình 1.8. Dòng chảy qua hai mặt cꢁt khác nhau
Hình 1.8 Trình bày sơ đồ dòng chảy qua hai mặt cꢁt khác nhau. Phương trình
Bernoulli viết cho trường hợp này như sau:
2
1
2
2
ρ1.v
P1 +
+ ρ1.g.h1 = P2 + ρ2.v + ρ2.g.h2
(1.13)
(1.14)
(1.15)
2
2
Đối với chất lỏng không chịu nén:
2
1
2
2
ρ.v
P1 +
+ ρ.g.h1 = P2 + ρ.v + ρ.g.h2
2
2
Hoặc tổng quát:
2
휌.푉
P +
+ ρ.g.h = const
2
Thế năng vị trí của chất lỏng hꢀu như trong tất cả các trường hợp ứng dụng của kỹ
thuật thủy lực thường được bỏ qua do có giá trị rất nhỏ so với động năng và áp
năng. Như vậy phương trình Bernoulli trong kỹ thuật thủy lực có thể viết:
2
휌.푉
P +
= const
(1.16)
2
20
Tải về để xem bản đầy đủ
71 trang
44485
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thủy lực và truyền động thủy lực - Nghề: Lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thuy_luc_va_truyen_dong_thuy_luc_nghe_lap_rap_he.pdf
