Thuỷ lực Giáo trình trình độ m 1A 1Z1 1V3 A P T P 1V2 1V1 T P 0Z2 M 0P1 T 0M1 0Z1 50 l 093281 EN Số đặt hàng: Mô tả: Mã hàng: Xuất bản: Tác giả: Đồ hoạ: Trình bầy: Biên dịch: 093281 HYDRAUL.LEHRB D:LB-TP501-1-GB 11/2003 D Merkle, B.Schrader, M Thomes D Schwarzenberger 25.11.2003, M Göttfert, G Heigl, W Schreiner Phan Thanh Minh, Provina HCM © Festo Didactic GmbH & Co KG, 73770 Denkendorf/Germany, 2003 Internet: www.festo.com/didactic e-mail: did@festo.com Sao chép, phân phối sử dụng tài liệu liên hệ nội dung tài liệu sang tài liệu khác không đồng ý tác giả bị ngăn cấm Người sai phạm phải chịu hoàn toàn trách nhiệm pháp lý bồi thường thiệt hại Bản quyền đăng ký, đặc biệt quyền quy định liên quan đến phát minh, thiết kế kiểu dáng Mục lục 1.1 1.2 1.3 Nhiệm vụ lắp đặt thuỷ lực Thuỷ tónh _ Thuỷ lực xe máy 10 So sánh thuỷ lực với môi trường điều khiển khác _ 11 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 Các nguyên lý vật lý thuỷ lực Áp suất Sự truyền áp suất _ Sự truyền lượng Sự truyền dịch chuyển _ Chuyeån đổi áp suất _ Lưu tốc Phương trình liên tục Đo áp suất _ Đo nhiệt đo Ño Lưu tốc _ Kiểu dòng chaûy _ Ma sát, tổn thất nhiệt độ, áp suất _ Naêng lượng động lực _ Xâm thực Những điểm tiết lưu _ 13 13 18 19 21 23 25 26 30 31 31 31 35 41 51 53 3.1 3.2 3.3 3.4 Dầu thuỷ lực _ Nhiệm vụ dầu thuỷ lực _ Các chủng loại dầu thuỷ lực Các đặc tính yêu cầu _ Độ nhớt _ 57 57 58 59 60 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Các phần tử hệ thống thuỷ lực Phần nguồn động lực Dầu thuỷ lực _ Caùc van _ Xy lanh (cơ cấu chấp hành tịnh tiến) Động (cơ cấu chấp hành quay) _ 67 67 67 68 70 71 © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 Table of contents 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 Thiết kế trình bày hệ thống thuỷ lực Phaàn điều khiển tín hiệu _ Phần nguồn thuỷ lực Phác thảo vị trí _ Sơ đồ maïch Các phần tử thông số kỹ thuật _ Sơ đồ chức Biểu đồ chức 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 Các phần tử phần nguồn thuỷ lực _ 97 Động _ 97 Bôm 99 Khớp nối _ 107 Thùng dầu 107 Bộ lọc 109 Bộ làm mát _ 120 Bộ gia nhiệt _ 122 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 Những ký hiệu đồ họa mạch _ 73 Bơm động 73 Những van điều khiển hướng _ 74 Caùc phương pháp điều khiển van _ 75 Van áp suất 76 Van tiết lưu 78 Van chiều 79 Xy lanh 80 Sự truyền lượng điều kiện môi trường áp suất 82 Thiết bị đo _ 83 Toå hợp thiết bị 83 Caùc van 123 Kích thước định mức _ 123 Thieát keá 125 Van đóa 126 Van trượt 127 Buø khe piston _ 129 Sườn điều khiển _ 134 85 86 87 90 91 92 94 95 © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 9.1 9.2 Van áp suất _ 137 Van an toaøn _ 137 Van điều chỉnh áp suất _ 144 10 10.1 10.2 10.3 10.4 Những van điều khiển hướng 149 Van 2/2 153 Van 3/2 157 Van 4/2 159 Van 2/2 162 11 11.1 11.2 11.3 Van chiều 167 Van chiều _ 168 Van trợ lực điều khiển chiều _ 172 Van trợ lực điều khiển hai chiều _ 175 12 12.1 12.2 12.3 Van tiết lưu _ 179 Van tiết lưu trụ côn 180 Van tieát lưu chiều 184 Van chiều điều khiển phụ trợ 185 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 Xy lanh thuỷ lực _ 193 Xy lanh taùc động đơn _ 194 Xy lanh tác động kép _ 196 Giảm chấn cuối hành trình 199 Làm kín 200 Kiều gá lắp _ 202 Xả khí 202 Đặc tính 203 Trở kháng 205 Choïn xy lanh 207 14 Động thuỷ lực 211 © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 16 Phuï kieän 215 Ống mềm _ 217 Đường ống cứng _ 223 Đế van _ 226 Van xả khí 228 Áp kế 229 Cảm biến áp suất 230 Thiết bị đo lưu tốc _ 231 Phuï luïc _ 233 â Festo Didactic GmbH & Co KG ã TP 501 Nhiệm vụ lắp đặt thuỷ lực Thuỷ lực có nghóa gi? Các hệ thống thủy lực sử dụng nhà máy sản xuất đại dây chuyền chế tạo Nói đến thủy lực, đề cập đến việc tạo lực chuyển động dầu thủy lực Dầu thủy lực tượng trưng cho môi chất truyền lượng Nội dung sách trình bày môn thủy lực lónh vực ứng dụng Chúng ta bắt đầu với danh mục lónh vực áp dụng thủy lực Vị trí thủy lực công nghệ tự động hóa đại cho thấy phạm vi rộng ứng dụng mà sử dụng Khác biệt giữa: Thuỷ tónh thuỷ lực động Ví dụ, hệ thống thủy lực động đặt trên bánh xe di chuyển hay đường ray, không giống hệ thống thủy lực cố định, phần lớn đặt cố định vị trí Các đặc trưng thủy lực động van thường xuyên vận hành tay Trong đó, thủy tónh phần lớn van điện từ sử dụng Các lónh vực ứng dụng khác bao gồm hàng hải, hầm mỏ hàng không Thủy lực hàng không giữ vai trò đặc biệt biện pháp an toàn yếu tố quan trọng Trong trang kế tiếp, số ứng dụng tiêu biểu làm rõ nhiệm vụ thực với hệ thống thủy lực © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 Nhiệm vụ lắp đặt thuỷ lực 1.1 Thuỷ tónh Các lónh vực ứng dụng đặc biệt phù hợp cho thủy tónh: Sản xuất lắp ráp máy móc loại Các băng chuyền chuyển tải Thiết bị nâng chuyên chở Máy ép Máy dập khuôn mẫu Băng chuyền Thiết bị nâng Thiết kế máy công cụ lónh vực ứng dụng tiêu biểu Máy tiện Trong máy công cụ CNC đại, dụng cụ phôi kẹp lại với thủy lực Chuyển động trục quay ăn dao thực thủy lực © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 Nhiệm vụ lắp đặt thuỷ lực Máy ép với thùng dầu cao â Festo Didactic GmbH & Co KG ã TP 501 Nhiệm vụ lắp đặt thuỷ lực 1.2 Thuỷ lực động Các lónh vực ứng dụng tiêu biểu thủy lực động gồm: Thiết kế máy Xe ben, xe máy đào, bệ nâng Thiết bị nâng băng chuyền Máy nông nghiệp Thủy lực ứng dụng rộng rãi công nghiệp chế tạo máy Ví dụ máy đào tất thao tác (như chuyển động nâng, kẹp quay) tạo thủy lực, chế truyền động điều khiển thủy lực Các chuyển động thẳng tạo cấu chấp hành tịnh tiến (xy lanh) chuyển động quay cấu chấp hành quay (Động cơ, động quay) Thuỷ lực động 10 © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 15 Các phụ kiện Như trình bày trang 264, phận phần kết nối ống: Kết nối ren Măng sông Phần giữ ống bao quanh ống Cần phân biệt kiểu ren khuôn kẹp ống Nối nhanh phận ấn vào ống tạo kết nối ống Ngay trường hợp fitting có ngạnh, DIN 24950 phân biệt phần kết nối phía ống kết nối phía kết nối: – phía ống nối ống: ren trong, ngạnh – phía kết nối : ren, làm kín, ren trong, ống, mặt bích vòng Nipple with sealing end connection Diagram shows a sealing cone with O-ring Nipple with threaded connection Nipple with screw-in connection Nipple with pipe connection Nipple with collar connection Nipple with flange connection Nipple with ring connection Các kiểu kết nối ống © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 222 15 Các phụ kiện Có thể sử dụng khớp nối nhanh để kết nối tháo ráp nhanh thiết bị Các khớp nối có không trang bị van mở học chiều Ở nơi áp suất kết nối van chiều Ổ khớp nối nhanh (1) Côn xiết kín (3) Lò xo (5) Khớp nối nipple (2) Đế làm kín (4) Ring grip (6) Khớp nối nhanh 15.2 Đường ống cứng Đường ống cứng làm thép quy định DIN 2391 Độ dầy thành ống xác định áp suất tối đa đường ống hệ số an toàn chống va chạm Trước lắp ráp, ống uốn cong nguội nóng thiết bị uốn phù hợp Sau uốn, ống nóng phải làm để thải chất bẩn mặt ống Các thiết bị phù hợp cho kết nối ống với ống ống với thiết bị: Kết nối ren: đường kính danh định đến 38 (tùy theo áp suất vận hành) Kết nối mặt phích: lớn đường kính danh định 30 © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 223 15 Các phụ kiện DIN 3850 phân biệt kết nối ống ren sau: Nối ống không hàn Nối ống ép Nối ống côn kép Nối ống hàn Nối ống kiểu ấn Nối ống ren kiểu banh Kết nối ống ren Để sử dụng dễ dàng, khớp nối ép kiểu khớp nối ren thông dụng Khi vặn ren vào với nhau, vòng ấn vào bên côn khớp nối làm kín đai ốc Quả cầu ấn vào ống làm kín DIN 3850 phân biệt phận làm kín kết nối cho khớp nối ống đây: Mô tả Đinh nghóa theo DIN Vòng ép 3816 Vòng côn kép 3862 Ống lót mặt cầu 3863 Bíc lót 3864 Vòng áp suất 3867 Các phận làm kớn â Festo Didactic GmbH & Co KG ã TP 501 224 15 Accessories Description Connector nut Defined in DIN A For sealing component 3870 Compression ring B C Double conical ring Soldered flanged bush Welded flanged bush Connector nut Connector screw 3872 A C Olive with Áp suất ring 3871 Compression ring Double conical ring Spherical bush Flanged bushing Các phận kết nối Ngoài khớp nối ống sử dụng với ren: Khớp nối thẳng Góc, L-, T- khớp nối hàn Khớp nối vách ngăn, ống nối hàn lục giác ống nối lục giác đồng Các kiểu khớp nối khác liệt kê DIN 3850 Có thể xem đặc tính kỹ thuật kích thước danh định áp suất cho kiểu khớp nối ren chuẩn DIN 3850 Kết nối mặt bích thường sử dụng đường ống lớn Mặt bích ráp với ốc vít hàn Sơ đồ cho thấy kết nối hai mặt bích cho ống cứng cho ống mềm Ren B.S.F, ren tiêu chuẩn ren NPT thường sử dụng hệ thống thủy lực Kết nối mặt bớch â Festo Didactic GmbH & Co KG ã TP 501 225 15 Các phụ kiện 15.3 Đế van kết nối trực tiếp van có nghóa ống cứng không mềm lúc đáp ứng yêu cầu đòi hỏi cho hệ thống an toàn kinh tế Vì lý đế van thường sử dụng cho kết nối hệ thống thủy lực Phương pháp kết nối cho phép thay nhanh nhanh van Ngoài làm rút ngắn đường dầu thủy lực Giống van, đế van tiêu chuẩn hóa theo DIN ISO 4401 Các van vặn vít lên mặt đế van sau lắp lên bảng điều khiển phía trước giá đỡ van nối đến đường ống phía đối diện Bảng điều khiển phía trước với thùng dầu Bơm © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 226 15 Các phụ kiện Để tiết kiệm chi phí đường ống, khối tổ hợp van sử dụng để chuyển mạch van song song (khối thuỷ lực) Các khối điều khiển đặc biệt từ thép đúc với lỗ nối ống cần thiết sản xuất kết hợp chặt chẽ cho điều khiển chu kỳ lặp lại, ví dụ: điều khiển máy ép, có nghóa van đơn giản cần vặên vít vào Các khối điều khiển đặc biệt nối theo yêu cầu để tạo thành điều khiển hàon thiện (kết nối khối với nhau) Kết nối với theo chiều Cac van trung gian nối với theo kết nối thẳng đứng vặn vít đế van thông dụng Như vậy, yêu cầu giới hạn lượng đường ống thẳng đứng A B P A B A T B P T P P T T P P T T P R X Y Sơ đồ mạch tiêu chuẩn hoá kết nối thaỳng ủửựng â Festo Didactic GmbH & Co KG ã TP 501 227 15 Các phụ kiện Kết nối theo chiều dọc Trong hệ thống với vài mạch điều khiển, theo chiều dọc nối với riêng rẽ vách ngăn Các van riêng rẽ van thẳng đứng xếp vặn vít vách ngăn Công nghệ hộp mô đun Sự cải thiện tốt theo hướng thực điều khiển đầy đủ khối đơn lắp ráp nhiều mối gọn nhẹ sản xuất công nghệ hộp mô đun Bằng phương pháp này, chức điều khiển khác thực tác động riêng rẽ van 2/2 lắp bảng Van 2/2 lắp bảng theo tiêu chuẩn DIN 2432 Các van lắp bảng (các khối điều khiển) kinh tế từ đường kính danh định 16 mm trở lên với số lượng lớn khoản 15.4 Van xả khí Van xả khí phải lắp điểm cao hệ thống đường ống để thu thập bẫy không khí Trong sơ đồ thể van xả khí tự động Hình đến hình vẽ pha sau: Hình 1: Xy lanh co vào, thời gian cần piston van xả khí đóng Hình Khi cần piston tiến ra, piston van xả nâng lên Không khí thoát qua lỗ thoát đến dầu thuỷ lực tiếp cận piston đảy lên Hình Tới xy lanh vươn hết, piston van xả khí bị đẩy xa đến di chuyển dầu thuỷ lực, làm kín đường đóng kín đường thoát khí Nếu áp suất giảm uống, lò xo giải phóng piston tới lỗ thoát khí mở lại trình lại lặp lại © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 228 15 Accessories Van xả khí tự động 15.5 Áp kế Đồng hồ dùng ống Bourdon Phần lơn thường sử dụng đồng hồ áp suất hoạt động nguyên lý ống Bourdon Ống Bourdon cong có mặt cắt hình ô van phẳng Khi dầu thuỷ lực chảy vào ống, áp suất đồng tạo khắp nơi Do khác diện tích bề mặt cong phía bên bề mặt cong phía bên trong, lực lớn tạo diện tích phía bên làm cong ống Bourdon phía trước Dich chuyển chuyền sang kim qua đòn bẩy, bánh Áp suất đọc thang đo Loại đồng hồ náy không bảo vệ chống qua áp Bộ tiết lưu giảm chấn phải lắp đường nối vào để bảo vệ lò xo khôn bị hỏng tăng đột biến ấp suất Cho áp suất 100 bar, ống Bourdon kiểu helicoid xoắn ốc sử dụng thay ống cung tròn Có thể đo đươc áp suất lên đến 1000 bar Những đồng hồ rấy nhạy với vị trí cụ thể lắp đặt vị trí định © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 229 15 Accessories Đồng hồ ống Bourdon Đồng hồ áp suất kiểu màng Trong loại đồng hồ này, ống Bourdon thay hộp chịu áp suất kim loại có múi sóng màng chịu áp suất kẹp hai mặt bích Khi phía bên hộp chịu áp màng gia áp, biến dạng Mức độ biến dạng xác định áp suất đo chuyền đến kim đo qua hệ thống khí Dải áp suất đo tuỳ thuộc vào thiết kế đo đến 25 bar Đồng hồ áp suất kiểu piston Trong đồng hồ áp suất kiểu piston, dầu thuỷ lực vận hành piston, lực chống lại áp suất lò xo Kim nối trực tiếp vào piston để hiển thị áp suất liên quan đồng hồ Áp kế piston bảo vệ chống qua tải 15.6 Cảm biến áp suất Đo áp suất xác nhiều thực Cảm biến áp suất thach anh, áp suất tác dụng lên màng và, tác động lên tinh thể thạch anh làm phát điện dòng điện thích hợp áp suất Tín hiệu điện khuyếch đại điện tử hiển thị thiết bị đánh giá dạng áp suất đo Các loại khác cảm biến vận hành đồng hồ sức căng, mà lắp ráp màng Dưới áp suất, màng bị biến dạng Sự kéo căng đồng hồ dẫn đến kết chuyển đổi thành tín hiệu điện Các tín hiệu lần khuyếch đại điện tử hiển thị phận tách riêng thiết bị Trong trường hợp cảm biến này, phần điện tử điều khiển khuyếch đại đï¬c tích hợp trực tiếp vào ỉong thân vỏ Ưu điểm Cảm biến áp suất điện tử: Áp suất hiển thị đánh giá điểm điều khiển từ xa cáp nối ghi lại thiết bị ghi Tác động trực tiếp Van áp suất qua khuyếch đại thực 230 © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 15 Accessories Đồng hồ đo thể tích dòng Nếu yêu cầu đo đơn lẻ để kiểm tra lưu lượng bơm thiết lập van điều khiển lưu lượng, phương pháp đơn giản để kiểm tra thể tích lưu lượng sử dụng bình đo đồng hồ bấm giây Nếu lưu tốc hệ thống thuỷ lực giám sát hiển thị liên tục, thiết bị trang sau chọn cho phù hợp với yêu cầu áp dụng độ xác 15.7 Thiết bị đo lưu tốc Lưu lượng thuỷ lực đo cách qua ống đo Một hình côn cố định đặt ống đo, mà tác động lên piston Nếu dầu thuỷ lực chảy qua đồng hồ đo khối côn piston, piston ép lò xo lại tuỳ theo tỉ lệ lưu lượng Piston làm việc lỗ phun di động Mặt cắt ngang dòng chảy tạo tuỳ theo vị trí khối côn Piston di chuyển tới chênh lệch áp suất làm chuyển dịch piston chống lại lò xo trạng thái cân Như lưu lượng phụ thuộc vào độ chênh áp lỗ phun, độ dịch chuyển piston hiển thị giá trị đo lưu lượng Sai số hiển thị dải đo 4% Lưu lương kế (biểu đồ làm việc UCC) Tuốc bin đo, đồng hồ đo dạng đóa ô van, đồng hồ đo kiểu bánh răng, đồng hồ đo dạng vòi phun điac trễ sử dụng cho đo lường xác điều chỉnh điều khiển đồng xy lanh động điều khiển định vị © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 231 15 Các phụ kiện Rôto tuốc bin đặt quay lưu lượng Tốc độ đánh giá trị đo lưu lượng hiển thị (sơ đồ) Đồng hồ đo kiểu bánh thiết kế động bánh Mỗi cảm nhận cảm ứng thiết bị đo Tốc độ qua chuyển đổi dạng lưu lượng Đồng hồ đo kiểu đóa ô van vân hành nguyên lý Một lần nữa, tốc độ đo theo cảm ứng Khi đó, trường hợp đồng hồ đo kiểu bánh răng, thể tích khoang đo nhận biết, lưu lượng tính từ ttốc độ mà đo Trong trường hợp đồng hồ kiểu vòi phun, p đo, chuyển đổi điện tử hiển thị lưu lượng Nguyên lý vận hành vách ngăn sau: Lưu lượng tác động lên vách ngăn đặt ống lưu lượng mà thực hành trình tuỳ theo giá trị lưu tốc Chiều dài hành trình cảm nhận không tiếp xúc Tín hiệu điện chuyển đổi hiển thị lưu tốc lỗ cho xác định tốc độ cảm ứng Port for determining speed by inductive means Bộ đo kiểu tuốc bin © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 233 16 Appendix Giá trị Ký hiệu Đơn vị SI Thứ nguyên Chiều dài s Mét m Lực F Newton N Thời gian t Giây s Vận tốc v Mét / Giây m/s Áp suất p Newtons / mét vuông N/m m = 1000 mm 1N=1 kg m s2 m m = 60 s N = Pa (Pascal) m2 Pa = 10-5 bar bar = 105 Pa = 10 Mật độ Kilogram/ Mét khối kg/m Diện tích A Mét vuông m V Mét khối m 1000 kg kg g =1 =1 3 m dm cm3 Khối lượng N cm2 m3 = 1000 l (Litre) l = dm3 Lưu lượng Q Mét khối / Giây m /s m3 l = 60000 s l = m3 60000 s Năng lượng, công W Newton mét Nm Nm = J (Joule) Công suất P Watts W kW = 1000 W = 1.36 PS PS = 0.763 kW Newton mét / Giây Nm/s 1W=1 Mét vuông / Giây m /s Nm J =1 s s Hệ số ma sát đường ống Hệ số Trở kháng Độ nhớt động học Hiệu suất Hằng số Reynolds’ 234 Re © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 15 Các phụ kiện Trong thuỷ lực, đơn vị áp suất bar sử dụng thông thường áp suất cao xuất Các đơn vị hệ thống quốc tế SI (System International) định dùng cho đơn vị áp suất Pascal với dành riêng rõ dàng: bar, đơn vị Atm Torr tránh Pascal = Pa = Nm = 10-5 bar m Pa Pa = N/m 2 bar = 10 N/cm mbar = N/dm Torr = mm Hg at = kp/cm bar mbar 10 10 10 100 10 -5 Torr at 7.5 10 1.02 10 10 750 1.02 0.75 1.02 10 1.33 10 -2 1.33 1.36 10 0.981 0.981 10 736 -3 -3 1.33 10 0.981 10 -3 -5 -3 -3 Chuyển đổi đơn vị áp suất (Các giá trị làm tròn số) DIN 1314 (12.71) Ví dụ 5000 kPa = ? bar p = 5000 kPa = 5000000 Pa = 5000000 10-5 bar = © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 5000000 bar = 50 bar 100000 235 15 Các phụ kiện © Festo Didactic GmbH & Co KG • TP 501 236 ... đặt thuỷ lực Thuỷ lực có nghóa gi? Các hệ thống thủy lực sử dụng nhà máy sản xuất đại dây chuyền chế tạo Nói đến thủy lực, đề cập đến việc tạo lực chuyển động dầu thủy lực Dầu thủy lực tượng... nguyên lý vật lý thuỷ lực 2.1 Áp suất Thủy lực ngành khoa học lực mô men truyền chất lỏng Thủy lực thuộc học chất lỏng Một khác biệt thủy tónh – hiệu ứng động học tạo áp suất nhân với tiết diện – thủy. .. nguyên lý vật lý thuỷ lực Ví dụ, F1 A2 tính sau: F1 A F2 A2 vaø A2 A F2 F1 Các lực nhỏ từ pit tông tạo lực lớn cách mở rộng bề mặt làm việc pit tông Đó nguyên lý ứng dụng hệ thống thủy lực từ