chơng i tính toán thiết kế điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền dẫn thuỷ lực Truyền dẫn thuỷ lực truyền dẫn mà tốc độ cấu chấp hành đợc thay đổi vô cấp, nhờ có thay đổi lu lợng chảy qua van tiết lu, thay đổi suất bơm Do có hai phơng pháp điều chỉnh tốc độ - Điều chỉnh tốc độ thể tích - Điều chỉnh tốc độ tiết lu I- Điều chỉnh ổn định tốc độ thể tích I Điều chỉnh tốc độ thể tích 1- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ thể tích: M 1 a) b) Để điều chỉnh tốc độ ngời ta dùng bơm có xuất thay đổi Dầu từ bể chứa (hình a) bơm có xuất thay đổi đẩy lên theo đờng ống vào động dầu Dầu từ buồng không làm việc động dầu lại chảy bể Van an toàn dùng để xác định áp lực làm việc bơm đề phòng khí tải Khi muốn thay đổi vận tốc quay động dầu 3, ta thay đổi xuất bơm Khi cấu chấp hành có chuyển động thẳng tịnh tiến, ta dùng xi lanh lực bố trí theo sơ đồ nguyên tắc (hình b) Dầu từ bể bơm có xuất thay đổi đẩy lên, qua van đảo chiều vào buồng làm việc xi lanh, đẩy pít tông bàn máy chuyển động Dầu từ buồng xi lanh qua van đảo chiều 7, qua van áp lực bể Van có tác dụng tạo đờng dầu bể có áp lực nhỏ từ 0,3 đến 0,8 Ma; nh pít tông bàn máy chuyển động êm Đồng thời van luôn giữ lại hệ thống lợng dầu cần thiết, không cho dầu bể hết hệ thống không hoạt động Nh tránh đợc tợng không khí lọt vào hệ thống bơm ngừng hoạt động Tốc độ bàn máy đợc thay đổi nhờ thay đổi xuất bơm 2- Các phơng pháp thay đổi xuất bơm Năng xuất bơm thông thờng đợc điều chỉnh nhờ có dịch chuyển thẳng, quay cấu điều chỉnh để thay đổi thể tích làm việc bơm Ví dụ: Trong bơm pit tông hớng trục thay đổi góc nghiêng khối xi lanh với đĩa chủ động, thay đổi đợc hành trình pit tông, thay đổi đợc xuất bơm Trong bơm pít tông hớng kính bơm cánh gạt, xuất bơm đợc thay đổi nhờ thay đổi độ lệch tâm phần rôto Stato Bộ phận điều chỉnh xuất bơm có nhiều kết cấu khác Song đơn giản điều chỉnh tay (hình a); có trờng hợp dùng động điện phối hợp với truyền dẫn khí (hình b), dùng truyền dẫn thuỷ lực: (hình c) 3 ì ì - Qmax - Qmax + Qmax 1 2 + Qmax a) b) - Qmax + Qmax c) Tay quay quay để thay đổi xuất bơm 2; nhờ có dịch chuyển đai ốc pit tông 3- Xác định tổn thất vận tốc điều chỉnh tốc độ thể tích Để việc tính toán đợc thuận lợi ta lấy lợc đồ đợc đơn giản hoá nh hình a, gọi vo v vận tốc cần pít tông tải có tải Phơng trình cân lu p lợng tải (khi p = 0): p1 F1 p Qb = vo F1 v Qb vo = F1 p o b Qb Qb - xuất bơm a) đợc điều chỉnh ứng với giá trị vo tơng ứng F1 - diện tích pít-tông phía cần đẩy Khi có tải p0 Qb = v F1 + Qch Qch - tổn thất dò chảy hệ thống (gồm có dò chảy bơm, pít tông xi lanh thiết bị ống dẫn khác nữa, v.v ) Tổn thất dò chảy tỷ lệ thuận với tải trọng P Q b Q ch Do đó: v= F1 Vậy tổn thất vận tốc có tải là: Q ch v = vo - v = F1 Hệ số không đồng vận tốc Q ch v v = = vo v oF1 Đối với vận tốc thấp (vận tốc tải nhỏ) lực tải trọng lớn nên lợng dò chảy Qch lớn, hệ số không đồng vận tốc tăng; nên chuyên động pít tông không ổn định Trong trờng hợp phơng pháp điều chỉnh thể tích không đáp ứng đợc yêu cầu Tuy nhiên phơng pháp điều chỉnh tốc độ thể tích lại có u điểm là: bơm luôn làm việc áp lực cố định; mà áp lực làm việc tỷ lệ với tải trọng Nhìn sơ đồ ta thấy bơm xi lanh đặt van tiết lu nào, nên viết: pb = p1 + p p - tổn thất áp lực đờng ống từ bơm đến xi lanh Do áp lực p1 buồng làm việc xi lanh tỷ lệ với tải trọng P, áp lực làm việc bơm pb tỷ lệ thuận với tải trọng Vì ứng với lu lợng Qb công suất tiêu thụ bơm tỷ lệ thuận với áp lực pb bơm, nghĩa tỷ lệ với tải trọng P Nh tiết kiệm đợc lợng Do phơng pháp điều chỉnh tốc độ thể tích đợc dùng có hiệu thiết bị máy công tác có công xuất lớn II ổn định tốc độ điều chỉnh thể tích Sự tổn thất vận tốc điều chỉnh thể tích chủ yếu tải trọng tăng làm tăng dò chảy hệ thống truyền dẫn kể bơm Vì muốn giữ cho vận tốc không đổi, cần phải cung cấp thêm cho động dầu (hoặc cho xi lanh) lợng dầu để đủ bù đắp cho lợng dầu bị tổn hao dò chảy Một phơng pháp dùng để ổn định tốc độ điều chỉnh thể tích đợc trình bày sơ đồ nguyên tắc dới đây: Khi tải trọng P tăng, p p1 áp xuất p1 buồng F1 p v trái xi lanh tăng lên, pđ.c pb áp suất làm việc bơm pb tăng theo, + lợng dầu dò chảy bơm hệ thống tăng Mặt khác áp lực bơm p b tăng áp lực điều chỉnh pđ.c buồng cấu tự điều chỉnh tăng theo đẩy trụ pít tông dịch chuyển sang trái Trụ lại đẩy vành Stato bơm làm tăng thêm độ lệch tâm e bơm Vì lúc bơm tự động điều chỉnh xuất để cung cấp thêm cho hệ thống lợng dầu đủ để bù đắp cho lợng dầu bị tổn hao dò chảy Khi tải trọng P giảm, áp xuất p b giảm, pđ.c giảm, trụ pít tông dới tác dụng lò xo di chuyển sang phải; độ lệch tâm e giảm, xuất bơm giảm theo Vì tốc độ xi lanh truyền dẫn đợc ổn định o II Điều chỉnh ổn định tốc độ tiết lu I Điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu Trong truyền dẫn thuỷ lực, phơng pháp điều chỉnh tốc độ tiết lu đợc sử dụng rộng rãi Khác với phơng pháp điều chỉnh tốc độ thể tích, phơng pháp điều chỉnh tốc độ tiết lu bơm dầu có suất cố định, nên luôn đẩy vào hệ thống truyền dẫn lu lợng dầu không đổi Van tiết lu có nhiệm vụ điều tiết lu lợng để có vận tốc điều chỉnh khác Lợng dầu thừa bơm đẩy lên không xử dụng hết lại chảy bể 1- Sơ đồ điều chỉnh: Căn vào áp lực làm việc bơm, ngời ta chia thành: - Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu với áp lực làm việc bơm không đổi; pb = const - Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu với áp lực làm việc bơm thay đổi ; p b const a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu với áp lực bơm không đổi ) Van tiết lu đặt đờng dầu vào xi lanh (hình a) 2 3 1 a) b) Dầu từ bơm (với xuất không đổi) đợc đẩy lên qua van tiết lu 4, van đảo chiều tiếp vào buồng làm việc xi lanh Dầu từ buồng xi lanh qua van đảo chiều 5, qua van áp lực trở bể, van tạo đờng dầu bể áp lực nhỏ để hệ thống làm việc đợc êm Khi thay đổi lợng mở van tiết lu nhận đợc giá trị khác vận tốc áp lực làm việc bơm p b = const đợc xác định van an toàn Van van tràn nên dùng để xả phần dầu thừa qua bể - van tiết lu đặt đờng dầu (đờng dầu bể ) (H-b) Dầu từ bơm 1, qua van đảo chiều vào buồng làm việc xi lanh Dầu từ buồng xi lanh, qua van đảo chiều 2, theo đờng ống qua van tiết bể Khi thay đổi lợng mở van tiết lu làm thay đổi lu lợng dầu chảy bể; nhận đợc giá trị khác vận tốc Van an toàn dùng để giữ cho áp lực làm việc bơm không đổi p b = const Đồng thời để xả phần dầu thừa bể Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu với áp lực bơm không đổi đợc dùng rộng rãi đơn giản, đồng thời với bơm làm việc với áp lực không đổi lúc cung cấp cho số truyền dẫn khác hệ thống Sơ đồ van tiết lu đặt đờng dầu (đờng dầu bể) so với sơ đồ van tiết lu đặt đờng dầu vào có nhiều u điểm nh: - Nó cung cấp cho động xi lanh lực có độ cứng vững hai phía (cả hai buồng có áp lực) Vì sơ đồ đợc dùng nhiều hệ thống truyền dẫn mà tải trọng có thay đổi dấu (thay đổi chiều tác động) - Nó hạn chế đợc lực quán tính động dầu có chuyển động quay - Nó có nhiều khả tự ổn định, chống lại tự dao động, vận tốc chuyển động thấp b) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu với áp lực bơm thay đổi Trong sơ đồ van tiết lu đặt song song với xi lanh 3 Do dầu bơm đa lên chia làm hai dòng chảy song song: Một dòng vào xi lanh 3, dòng chảy qua van pb const tiết lu bể Vì van tiết lu Qb = const không đặt trực tiếp đờng nối từ bơm đến xi lanh nên áp lực làm việc bơm phụ thuộc vào tải trọng tác động lên pít tông ( pb const) Nh công suất tiêu thụ bơm tỷ lệ với tải trọng tiết kiệm đợc lợng; dầu bị nóng Mặt khác sơ đồ lại đơn giản Khi thay đổi lu lợng chảy qua van tiết lu ta thay đổi đợc vận tốc pít tông Tuy nhiên nhợc điểm chủ yếu sơ đồ là: Độ ổn định vận tốc độ cứng vững hệ thống so với sơ đồ khác; bơm làm việc với áp lực thay đổi nên sơ đồ truyền dẫn lại đòi hỏi phải có bơm riêng Chính mà sơ đồ đợc sử dụng rộng rãi 2- Xác định tổn thất vận tốc điều chỉnh tốc độ ph ơng pháp tiết lu a) Tổn thất vận tốc van tiết lu đặt đờng dầu vào xi lanh Từ lợc đồ tính toán ta nhận thấy tải P = 0, phơng trình cân lực tác động lên pít tông là: p1F1 = p2F2 + Pm.s Từ đó: p1 = p F2 + Pm s F1 Độ chênh áp xuất p trớc sau van tiết lu: p = pb - p1 p = pb - p 2F + Pm s F1 Trong đó: pb, p1, p2 - tơng ứng áp suất bơm, áp suất buồng làm việc buồi đối áp xi lanh F1 , F2 - diện tích làm việc pít tông Pm.s - thành phần lực ma sát cản trở chuyển động pít tông Khi có tải trọng P p1 p2 áp lực buồng làm việc xi lanh p'1 p'1F1 = p2F2 + Pm.s + P p F2 + Pm s + P p'1 = F1 F1 F2 Pb p' = Pb - p'1 p 2F + Pm s + P p' = Pb F1 P bể Hình Khi không kể đến ảnh hởng dò chảy hệ thống ta có: vận tốc pít tông không tải: vo = vo = f F1 Q t.l F1 p F + Pm s 2g pb 2 F1 Vận tốc pit tông có tải: Q' t.l v = F1 v = f F1 p F + Pm s + P 2g pb 2 F1 Trong đó: Qt.l ,Q't l - lu lợng chảy qua van tiết lu không có tải (m3/sec) - hệ số lu lợng ( = 0,65 ữ 0,73) f - diện tích tiết diện khe tiết lu mà dầu qua (m2) - trọng lợng riêng chất lỏng (kG/m3) g - gia tốc trọng trờng (m/séc2) Hệ số không đồng vận tốc van tiết lu đặt đờng dầu vào xi lanh là: v = vo v =1vo p b F1 p F2 Pm s P p b F1 p F2 Pm s Ta nhận thấy tải trọng P tăng hiệu số áp xuất p trớc sau van tiết lu giảm, lu lợng qua van giảm, vận tốc chuyển động cấu chấp hành giảm theo Tải trọng P lớn hệ số v lớn, vận tốc chuyển động không ổn định b) Tổn thất vận tốc van tiết lu đặt đờng dầu (chảy bể) Tơng tự nh p1 p2 Ta có: P Khi không tải P = F1 F2 p1F1 = p2F2 + Pm.s p2 = p1F1 Pm s F2 p = p2 - po = pb po p1F1 Pm s - po F2 Vì bơm làm việc với áp xuất không đổi, nên trờng hợp bỏ qua tổn thất đờng ống từ bơm đến buồng cần đẩy xi lanh ta viết p1 pb = const Vậy hiệu số áp xuất trớc sau van tiết lu là: p b F1 Pm s p = - po F2 Khi có tải: P0 pbF1 = p'2F2 + Pm.s + P áp lực dầu buồng có cần đẩy xi lanh có tải là: p b F1 Pm s P p'2 = F2 p' = p'2 - po p b F1 Pm s P p' = - po F2 Khi không kể đến ánh hởng dò chảy hệ thống ta có: - Vận tốc tải là: vo = Q t.l F2 = f F2 2g p b F1 Pm s po F2 = f F2 2g p b F1 Pm s P po F2 - Vận tốc có tải là: v= Q' t.l F2 - Hệ số không đồng vận tốc van tiết lu đặt đờng dầu là: v = vo v =1vo p b F1 p o F2 Pm s P p b F1 p o F2 Pm s Để hệ thống làm việc đợc êm ổn định, van tiết lu đặt đờng dầu vào buồng đối áp (buồng có cần đẩy) ngời ta taọ áp lực nhỏ p2 (theo kinh nghiệm thờng lấy p2 3.105 a Còn trờng hợp van tiết lu đặt đờng dầu áp lực dầu sau van tiết lu po có giá trị nhỏ đó, theo kinh nghiệm p o = 3.105 a Nh điều kiện tơng tự nh ta lấy p2 = po (nh nói) hệ số không đồng vận tốc v sơ đồ điều chỉnh tốc độ với van tiết lu đặt đờng dầu vào tơng tự nh van tiết lu đặt đờng dầu Tuy sơ đồ điều chỉnh tốc độ với van tiết lu đặt đờng dầu có nhiều u điểm hơn, nh phần nói II ổn định tốc độ điều chỉnh phơng pháp tiết lu 1- Bộ tự điều chỉnh ổn định tốc độ (bộ ổn tốc) Phơng pháp điều chỉnh tốc độ tiết lu đợc dùng rộng rãi đơn giản, rẻ tiền, phù hựp với trang thiết bị không đòi hỏi công suất lớn Tuy nhiên việc sử dụng van tiết lu thông thờng không ổn định đợc vận tốc cấu chấp hành tải trọng tăng Để ổn định tốc độ, ta thờng dùng tự điều chỉnh ổn định tốc độ (bộ ổn tốc) Bộ ổn tốc gồm có hai van: van tiết lu dùng để thay đổi giá trị vận tốc van điều chỉnh áp lực dùng để giữ cho hiệu số áp xuất trớc sau van tiết lu không đổi Các van đợc bố trí nối tiếp song song Các ổn tốc thờng đợc tiêu chuẩn hoá Sơ đồ kết cấu nguyên tắc làm việc ổn tốc đợc giới thiệu học phần I "cơ sở máy công cụ" giáo trình môn học "máy công cụ" 2- Sơ đồ bố trí tự điều chỉnh ổn định tốc độ Cũng nh van tiết lu đơn giản, tự điều chỉnh ổn định tốc độ đợc bố trí tơng tự theo sơ đồ dới đây: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ với áp lực bơm không đổi ; Pb= const Trong trờng hợp ta dùng ổn tốc có van tiết lu van điều chỉnh áp lực bố trí nối tiếp đặt đờng dầu vào xi lanh đờng dầu -) Bộ ổn tốc đặt đờng dầu vào (Hình a) Phơng trình cân lu lợng: Khi tải P = Qt.l = voF1 + Qch (1) - Khi có tải: P Q't.l = vF1 + Q'ch (2) Trong đó: Qt.l , Q't.l lu lợng chảy qua van tiết lu tải có tải vo , v vận tốc pit tông tải có tải Qch Q'ch lu lợng tổn thất dò chảy hệ thống không tải có tải p1 p2 F1 F2 v P p1 p2 F1 F2 v P Bộ ổn tốc Pb=const Pb = const Bộ ổn tốc Hình a Hình b Vì có ổn tốc nên ta có: Qt.l = Q't.l Từ phơng trình (1) (2) ta có: Q'ch Qch Qch v = vo - v = = F1 F1 Hệ số không đồng vận tốc: v Qch = v = v v o F1 o 10 Từ ta nhận thấy điều chỉnh tốc độ ổn tốc, mát vận tốc không phụ thuộc vào thay đổi hiệu số áp xuất van tiết lu nữa, mà chủ yếu phụ thuộc vào tổn thất dò chảy tổn thất khác hệ thống mà -) ổn tốc đặt đờng dầu (hình b) Tơng tự nh trên, sơ đồ điều chỉnh với áp lực bơm không đổi ta đặt ổn tốc đờng dầu bể Trong điều kiện tơng tự nh nhau, mặt ổn định tốc độ có kết tơng tự nh đặt ổn tốc đờng dầu vào b) Sơ đồ điều chỉnh với áp lực bơm thay đổi Pb const Trong trờng hợp phải dùng ổn tốc có van tiết lu van điều chỉnh áp lực bố trí song song đặt đờng dầu vào Về mặt ổn định tốc độ có kết tơng tự nh hai sơ đồ trên, nhng dầu bị nóng áp suất làm việc bơm thay đổi theo tải trọng nên tiết kiệm đợc công suất (hình c) p1 p2 F1 F2 v P Bộ ổn tốc Pb const Hình c III Cơ sở để tính toán chọn trang thiết bị truyền dẫn thuỷ lực Để tạo thuận lợi cho việc thiết kế, phần lớn phận trang thiết bị truyền dẫn thuỷ lực đợc tiêu chuẩn hoá Do sau tính toán đợc thông số bản, ta dựa vào thông số để chọn thiết bị 1- Chọn dầu: Dầu truyền dẫn thuỷ lực có vai trò quan trọng môi trờng để chuyển hoá loựng Do dầu phải thoả mãn yêu cầu dới dây: - Có tính bôi trơn tốt - Trong phạm vi nhiệt độ làm việc độ nhớt dầu phụ thuộc vào nhiệt độ - Không hoà tan loại khí khác; có nhiệt độ sôi cao 11 - Không cho phép không khí lẫn vào, có dễ dàng tách không khí khỏi dầu - Không có tác động với vật liệu khác dùng hệ thống, vật liệu cao su dùng để làm kín - Có độ vững bền cao tác động học hoá học; bị ôxy hoá điều kiện có nhiệt độ thời gian làm việc kéo dài - Có môđun đàn hồi thể tích cao - Có hệ số dẫn nhiệt lớn hệ số dãn nở nhiệt thấp - Có tính chất cách điện - Không gây độc hại cho ngời Trong số yêu cầu kể độ nhớt dầu yêu cầu để lựa chọn dầu Độ nhớt dầu thay đổi nhiệt độ áp lực hệ thống thay đổi, ảnh hởng lớn đến làm việc dầu hệ thống Do phải vào áp lực làm việc hệ thống mà chọn dầu có độ nhớt cho phù hợp Vậy sau tính toán đợc áp lực làm việc tối đa hệ thống vào áp lực để chọn Ví dụ: - Trong áp suất trung bình P 30 105 N/m2 nên chọn dầu có độ nhớt động học: = (0,1 ữ 0,2) 10-4 m2/sec - Khi áp suất p 70 105N/m2 cần chọn dầu có độ nhớt cao hơn: = (0,35 ữ 0,65) 10-4 m2/sec - Khi áp suất p 100 105 N/m2 chọn dầu có độ nhớt: = (1 ữ 2) 10-4 m2/sec 2- Chọn lới lọc bể chứa: Đối với lới lọc, trớc hết cần vào yêu cầu mức độ làm dầu mà lựa chọn phơng pháp kết cấu loại lới Sau tính lu lợng dầu cần thiết qua lới Tính toán diện tích phần lới mà dầu qua diện tích chung lới Tính toán áp lực làm việc lới, tra bảng để chọn lới đợc tiêu chuẩn hoá Đối với bể chứa (xem phần học phần I "cơ sở máy công cụ") 3- Chọn bơm: Trớc hết vào sơ đồ truyền dẫn yếu tố điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh thể tích hay phơng pháp tiết lu) để tính toán lu lợng cần thiết (tức suất) bơm Sau vào tải trọng tác động lên cấu chấp hành, lập phơng trình cân lực để tính toán áp lực cần thiết làm việc tính tổn thất áp lực từ bơm đến xi lanh (động 12 cơ) Tính toán áp lực làm việc bơm Căn vào xuất áp lực làm việc bơm, đồng thời dựa vào kinh nghiệm thực tế chọn bơm theo hớng dẫn dới đây: tông a) Theo lực kéo áp lực làm việc bơm: - Nếu P 20 KN pb 20 105 N/m2 nên chọn bơm bánh - Nếu P 50 KN pb 55 105 N/m2 nên chọn bơm cánh gạt - Nếu P > 50 KN p b (100 ữ 200) 105 N/m2 nên chọn bơm pit b) Theo lu lợng: - Nếu Qb 2,3 10-3 m3/sec nên chọn bơm bánh - Nếu Qb 3,3 10-3 m3/sec nên chọn bơm cánh gạt bơm píttông c) Theo hình thức điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ phơng pháp tiết lu chọn bơm có suất không đổi Khi điều chỉnh tốc độ thể tích chọn bơm có xuất thay đổi Tất loại bơm đợc tiêu chuẩn hoá Căn vào yêu cầu tính toán phân tích, chọn loại bơm có tính kỹ thuật phù hợp 4- Chọn động dầu xi lanh truyền lực: a) Khi chọn động dầu có chuyển động quay ứng dụng hớng dẫn nh nói chọn bơm b) Đối với xi lanh truyền lực Trớc hết vào sơ đồ truyền dẫn chọn để biết pit tông có cần đẩy phía hay hai phiá, yêu cầu hành trình pit tông Từ chọn chiều dài L xi lanh lanh) - Nếu L 20D dùng xi lanh thông thờng (D đờng kính xi - Nếu chiều dài hành trình công tác lớn chiều dài L xi lanh vợt giới hạn nên dùng động dầu kết hợp với truyền dẫn vitme đai ốc bánh - Từ lực tải trọng vận tốc cho, thành lập phơng trình cân lực phơng trình cân lu lợng để tính áp lực buồng làm việc buồng đối áp xi lanh Tính đờng kính xi lanh cần đẩy Căn vào thông số tài liệu hớng dẫn để chọn xi lanh cho phù hợp Các đờng kính xi lanh cần đẩy thờng đợc tiêu chuẩn hoá theo dẫy số dới đây: + Đờng kính xi lanh D(mm) 13 Dãy bản: 25, 32, 40, 50, 60 , 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 Dãy bổ xung: 28, 36, 45, 55, 70, 90, 110, 140, 180, 220, 280, 360 + Đối với cần đẩy: Đờng kính thông thờng cần đẩy: d = (0,25 ữ 0,35)D Dãy số d (mm): 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 60, 80, 100, 125, 160 Dãy bổ xung: 14, 18, 22, 28, 36, 45, 70, 90, 110, 140, 180 5- Chọn ống dẫn dầu: - Tuỳ theo công dụng chức đoạn ống mà ta chọn ống cứng kim loại chọn ống mềm hợp chất cao su sợi chất dẻo ống mềm thờng dùng để dẫn dầu cho phận di động Đặc trng ống dẫn tiết diện ngang tơng ứng với kích thớc đờng kính ống đợc tiêu chuẩn hoá Các ống cứng thờng đợc dùng ống kim loại thép không hàn, ống đồng, hợp kim nhôm - Khi dầu chảy ống, phần lợng phải tiêu tốn để, khắc phục ma sát phần tử chất lỏng với nhau, chất lỏng thành vách ống tổn thất cục khác, có tổn thất áp lực p Trong trờng hợp tổng quát tổn thất đợc xác định theo công thức: l v2 p = (a) d 2g - hệ số cản lực ma sát; - độ nhớt động học dầu; l - chiều dài đoạn thẳng ống dẫn; d - đờng kính ống; v - vận tốc chuyển động dầu ống 75 Với chế độ chảy tầng = Rc Với chế độ chảy rối: = 0,3164 RC-0,25 RC : hệ số Rây-nôn Trên máy cắt kim loại, coi chiều dài đờng ống không lớn lắm, tổn thất cục thiết bị đợc tiêu 14 chuẩn hoá đợc cho bảng tổn thất đờng ống đợc tính theo công thức đơn giản gần đúng: Pống = 0,05 P l.v P l.v - áp lực làm việc hệ thống Đờng kính ống tính theo lu lợng bơm Qb tốc độ v dầu: Qb (m) v Vận tốc dầu hệ thống tính toán ngời ta lấy: - Đối với ống hút v = 1,5 ữ m/sec - Đối với ống đẩy v = 3,5 m/sec - Đối với chỗ hẹp đoạn ngắn thì: v = 5,5 m/sec - Chiều dầy thành ống tính theo công thức: p d s= (m) 2[ ] k d 1,13 p - áp lực lớn (a) []k - ứng suất kéo cho phép (ống thép ống đồng) []k = 40 ữ 60 M a ; - Với ống đồng hợp kim đồng thau []k = 25 M a d - đờng kính ống (m) Sau tính toán đợc thông số kể trên, vào công dụng chức ống mà chọn theo tiêu chuẩn 6- Chọn thiết bị khác: Các thiết bị khác nh: van đảo chiều, van an toàn, van tiết lu, v.v đợc tiêu chuẩn hoá Do chọn thiết bị trớc hết cần vào bố trí chức thiết bị sơ đồ truyền dẫn để tính lu lợng áp lực làm việc chúng Từ dựa vào bảng hớng dẫn để chọn cụ thể - Trong trờng hợp cần thiết, trừ ổn tốc, tất thiết bị khác làm việc với lu lợng lớn lu lợng định mức thiết bị đó, nhng không đợc vợt 40% - Tổn thất áp lực thiết bị đợc tiêu chuẩn hoá theo bảng dới đây: 15 (Theo ký hiệu LB.Nga) Ký hiệu Tên gọi Tổn thất áp lực (M a) 71 Van điều khiển 0,15 ữ 0,20 73 54 Van đảo chiều Van an toàn 0,15 ữ 0,30 0,25 ữ 0,60 77 55 Van tiết lu Bộ ổn tốc 0,20 ữ 0,35 0,30 ữ 0,60 57 51 Van giảm áp Van chiều 0,30 ữ 0,15 ữ 0,20 52 Van tràn 0,20 ữ 0,30 IV- tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn thuỷ lực Để thiết kế truyền dẫn thuỷ lực cho máy thiết bị cụ thể đó, trớc hết phải có tài liệu xác định rõ nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể Các tài liệu phải rõ: 1- Các thành phần chu kỳ làm việc máy phận công tác 2- Đặc tính chuyển động truyền dẫn thuỷ lực phải đảm nhiệm Mối quan hệ chuyển động với chuyển động dạng truyền dẫn khác thực 3- Tải trọng tính toán cấu công tác máy 4- Những điều kiện làm việc máy 5- Mức độ tham gia hệ thống điện hệ thống khác vào việc điều khiển máy 6- Các yêu cầu riêng khác Khi thiết kế cần sử dụng tới mức tối đa cấu, thiết bị, phận chi tiết đợc tiêu chuẩn hoá Mặt khác cần quan tâm ứng dụng tiến kỹ thuật Dới trình bày ví dụ tính toán thiết kế truyền dẫn thuỷ lực Ví dụ: Hãy tính toán truyền dẫn thuỷ lực máy truốt với thông số kỹ thuật nh sau: - Lực công tác không 100KN 16 - áp lực làm việc Pl.v = M a - Vận tốc hành trình làm việc v l.v = 0,025 ữ 0,215 m/sec - Vận tốc hành trình chạy không vo = 0,33 m/sec; - Trọng lợng phận chuyển động: G = 3,5 KN - Phơng pháp điều chỉnh tốc độ hành trình làm việc: Điều chỉnh phơng pháp tiết lu có phân thành cấp - Phơng pháp thực hành trình chạy nhanh tải: theo sơ đồ vi sai - Điều khiển truyền dẫn tay Căn vào nhiệm vụ kỹ thuật tài liệu hớng dẫn ta chọn sơ đồ truyền dẫn Gỉa sử ta chọn đợc sơ đồ truyền dẫn dới vl.v Fl.v F1 pl.v vo III II I 10 Nguyên tắc làm việc sơ đồ truyền dẫn: + Với tốc độ hành trình làm việc dới 0,1m/sec, van nằm vị trí I, van 10 nằm vị trí "mở" Dầu từ bơm 6, qua van tiết l u 7, qua van điều khiển vào buồng có cần đẩy xi lanh Dầu từ buồng đối áp qua van chảy bể Dầu thừa bơm đẩy lên qua van an toàn bể Lúc dầu bơm đẩy lên qua van 10 bể Van chiều không cho dầu từ bơm đẩy lên qua van tiết lu lại chảy bể qua van 10 + Với tốc độ hành trình làm việc lớn 0,1 m/sec; lúc van 10 vị trí "đóng" không cho dầu qua van bể Khi dầu từ bơm 2, qua van chiều bổ sung thêm cho dòng dầu từ bơm đẩy lên để thực cấp tốc độ điều chỉnh lớn + Trong hành trình chạy không, van điều khiển nằm vị trí III Khi dầu từ bơm bơm lên qua van 4, chảy vào buồng cần đẩy xi lanh Dầu từ buồng qua van 4, van chiều bổ sung vào dòng dầu Nh buồng xi lanh lúc đợc nối với nhau, nên chuyển động hành trình chạy không theo sơ đồ vi sai 17 + Tại vị trí II van bịt kín đờng dầu cao áp không cho dầu chảy qua, dầu từ hai bơm đẩy lên qua van an toàn chảy bể Tính toán truyền dẫn: 1- Tính tải trọng: Để tính tải trọng, thành phần lực cắt gọt ta cần tính toán thành phần lực ma sát lực quán tính: - Lực ma sát chuyển động có tải tính theo công thức: Pm.s = k f G k - hệ số kể đến áp lực vòng làm kín khít đệm sống dẫn hớng: k = 0,12 ữ 0,15 f - hệ số ma sát động Khi vận tốc lớn 0,2 m/sec lấy f = 0,05 ữ 0,08; vận tốc nhỏ 0,2 m/sec lấy: f = 0,1 ữ 0,12 G - trọng lợng tập trung tất phận dịch chuyển lấy k = 0,15 Vì v < 0,2 m/sec nên lấy f = 0,1 Vậy: Pm.s = 0,15 ì 0,1 ì 3,5 = 0,05 KN + Lực ma sát chạy không: Pm.s,0 = k ì fo ì G fo - hệ số ma sát tĩnh: fo= 0,1 ữ 0,3 Chọn: fo = 0,2 Pm.s,0 = 0,15 ì 0,2 ì 3,5 = 0,1 KN + Lực quán tính: Lực quán tính xuất đổi chiều, phanh hãm bắt đầu rời chỗ để chuyển động Việc tính toán xác lực quán tính có nhiều khó khăn nhiều thời gian Do ta tính gần theo công thức: G v PQ.t = g t o PQ.t - lực quán tính G - trọng lợng phận cấu chuyển động g - gia tốc trọng trờng v - vận tốc lớn cấu chấp hành to - thời gian khởi động tính từ lúc v = đến lúc vận tốc đạt đến vận tốc công tác, thông thờng: to = (0,01 ữ 0,5) sec Khi chọn to = 0,3 sec ta có: PQ.t = 3,510 0,33 0,4 KN 9,81.0,3 Diện tích pít tông phía buồng làm việc: 18 F1 = Pmax = P v 10010 = 0,02 m2 5010 Theo công thức tính xi lanh vi sai ta có: v v Fs. F1 = vo F1 Từ rút diện tích pít tông phía cần đẩy Tức diện tích xi lanh Fs.l : Fs.l = F1 ( v v + v o ) 0,02( 0,215 + 0,33) = vo 0,33 Fs.l = 0,033 m2 Trong hành trình làm việc, buồng cần đẩy buồng đối áp, lực đối áp Pđ.a : Pđ.a = Po ì Fs .l Po - áp lực buồng đối áp, theo kinh nghiệm chọn (1 ữ 3)105 N/m2 Ta chọn Po= ì 105 N/m2 Vậy: Pđ.a = ì 105 ì 0,033 = 3,3 KN Phơng trình cân lực hành trình công tác: Pmax = Pc.g + Pm.s + Pđ.a Lực cắt gọt cực đại máy là: Pc.g = 100 - 0,05 - 0,33 = 96,65 KN Trong hành trình chạy không hai buồng xi lanh nối thông với nhau, dầu không bể mà dầu từ buồng có cần đẩy lại chảy qua van 4, van để vào buồng cần đẩy Vậy ta bỏ qua tổn thất coi áp lực hai buồng xi lanh lúc xấp xỉ gần áp lực làm việc bơm hành trình chạy không Pít tông chuyển động diện tích hai phía khác Fs l > F1 Nếu gọi p1 áp lực buồng cần đẩy hành trình chạy không, ta có phơng trình: p1 l Fs l = p1F1 + Pms.o + PQ.t Giải phơng trình ta có: Pm s.o + PQ t 0,1 + 0,4 = p1 = = 0,38 ì 105 N/m2 Fs. F1 0,033 0,02 + Khi chạy không lực đẩy là: Po = p1 ì Fs.l = 0,38 ì 105 ì 0,033 = 1,254 KN 19 2- Tính thông số xi lanh: - Đờng kính xi lanh: Fs. = 1,13 0,033 = 0,250 m D = 250 mm - Đờng kính cần đẩy pít tông D = 1,13 d = 1,13 Fs. F1 = 1,13 0,033 0,02 = 0,128 m d = 128mm Dựa vào tiêu chuẩn lấy: D = 250 mm ; d = 125mm 3- Các thông số bơm: Trong hành trình làm việc với vận tốc lớn vl.v = 0,215 m/sec lúc hai bơm đa dầu vào buồng có cần đẩy xi lanh, xuất bơm là: F1 v v 0,02.0,215 Qb = = = 0,00234 m3/sec o 2.0,92 o - hiệu suất bơm; lấy o = 0,92 Qb = 0,00234 m3/sec = 140 l/phút + Xác định áp xuất làm việc bơm: Tổn thất áp xuất van đảo chiều van tiết lu tra bảng (xem phần trên) ta có: p1 = (0,3 + 0,35) ì 106 = 6,5 ì 105 (a) Tổn thất áp xuất đờng ống: p2 = 0,05 pl.v = 0,05 ì ì 106 (a) p2 = 2,5 ì 105 (a) Vậy áp suất làm việc bơm hành trình làm việc là: pb = pl.v + p1 + p2 pb = (50 + 6,5 + 2,5) ì 105 (a) pb = 59 ì 105 (a) Căn vào lu lợng áp suất bơm vừa tính đợc ta chọn bơm Do điều chỉnh phơng pháp tiết lu nên phải chọn bơm có xuất không thay đổi (có thể bơm cánh gạt, bơm bánh răng) - Lu lợng Qb = 140 l/phút < 198 l/phút, (xem phần hớng dẫn chọn bơm: Qb 3,3 ì 10-3 m2/sec = 198 l/phút nên chọn bơm cánh gạt) Do ta chọn bơm cánh gạt tiêu chuẩn: -12 có: Qb = 140 l/phút pb = 63 ì 105 (a) Hiệu suất thể tích tt = 0,91 20 Hiệu suất chung = 0,7 Công suất N = 34 KW 4- Tính toán đờng kính ống dẫn dầu: Trong ví dụ tính cho đoạn từ van đến xi lanh 5, đoạn khác cách tính tơng tự Theo hớng dẫn phần chọn ống dẫn dầu ta có: dống = 1,13 Qb (m) v Qb - lu lợng bơm phải xét trờng hợp hành trình chạy không lúc mà đờng ống nối từ van đến buồng cần pít tông xi lanh phải cho lợng dầu lớn qua Đó là: Q = 2Qb + Q1 Q1 lợng dầu chảy từ buồng có cần đẩy sang bổ sung cho buồng cần đẩy hành trình chạy không Q1 = F1 vo = 0,02 0,33 = 0,006 m3/sec Q1 400 l/phút Vậy: Q = ì 140 + 400 = 680 l/phút Đờng kính ống đoạn là: dống 1,13 Q v v vận tốc dầu chảy ống, theo hớng dẫn phần ta chọn v = 4m/sec Q = 680 l/phút = 0,01133 m3/sec 0,01133 = 0,059 (m) = 60 (mm) dống 1,13 dống 5- Chọn van điều khiển 4: Chọn van điều khiển kiểu 474 thoả mãn yêu cầu cho lu lợng 680 l/phút qua áp lực làm việc pl.v = M a - Lợng dò chảy van áp lực làm việc lớn nhiệt độ dầu 45 ữ 50oC không vợt 0,05 l/phút 6- Chọn van tiết lu: 21 Căn vào lu lợng áp lực ta chọn van tiết lu 77 Van có lu lợng lớn qua 140 l/phút nhỏ 1l/phút (phù hợp với lu lợng bơm 140 l/phút; cần lu ý van cho lu lợng bơm qua mà thôi) 7- Chọn dầu: Theo hớng dẫn ta chọn "dầu công nghiệp 20" 22 [...]... Trớc hết căn cứ vào sơ đồ truyền dẫn và các yếu tố điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh bằng thể tích hay bằng phơng pháp tiết lu) để tính toán lu lợng cần thiết (tức năng suất) của bơm Sau đó căn cứ vào tải trọng tác động lên cơ cấu chấp hành, lập phơng trình cân bằng lực để tính toán áp lực cần thiết trong khi làm việc và tính các tổn thất áp lực từ bơm đến xi lanh (động 12 cơ) Tính toán áp lực làm việc của... suất (hình c) p1 p2 F1 F2 v P Bộ ổn tốc Pb const Hình c III Cơ sở để tính toán và chọn các trang thiết bị truyền dẫn thuỷ lực Để tạo thuận lợi cho việc thiết kế, phần lớn các bộ phận trang thiết bị của truyền dẫn thuỷ lực đều đã đợc tiêu chuẩn hoá Do đó sau khi đã tính toán đợc các thông số cơ bản, ta dựa vào các thông số đó để chọn các thiết bị 1- Chọn dầu: Dầu trong truyền dẫn thuỷ lực có vai trò... làm việc của dầu trong hệ thống Do đó phải căn cứ vào áp lực làm việc trong hệ thống mà chọn dầu có độ nhớt sao cho phù hợp Vậy sau khi đã tính toán đợc áp lực làm việc tối đa của hệ thống sẽ căn cứ vào áp lực này để chọn Ví dụ: - Trong những áp suất trung bình P 30 10 5 N/m2 nên chọn dầu có độ nhớt động học: = (0 ,1 ữ 0,2) 10 -4 m2/sec - Khi áp suất p 70 10 5N/m2 thì cần chọn dầu có độ nhớt cao hơn:... LB.Nga) Ký hiệu Tên gọi Tổn thất áp lực (M a) 71 Van điều khiển 0 ,15 ữ 0,20 73 54 Van đảo chiều Van an toàn 0 ,15 ữ 0,30 0,25 ữ 0,60 77 55 Van tiết lu Bộ ổn tốc 0,20 ữ 0,35 0,30 ữ 0,60 57 51 Van giảm áp Van một chiều 0,30 ữ 1 0 ,15 ữ 0,20 52 Van tràn 0,20 ữ 0,30 IV- tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn thuỷ lực Để thiết kế truyền dẫn thuỷ lực cho một máy hoặc một thiết bị cụ thể nào đó, trớc hết phải... Pm s.o + PQ t 0 ,1 + 0,4 = p1 = = 0,38 ì 10 5 N/m2 Fs. F1 0,033 0,02 + Khi chạy không lực đẩy là: Po = p1 ì Fs.l = 0,38 ì 10 5 ì 0,033 = 1, 254 KN 19 2- Tính các thông số của xi lanh: - Đờng kính của xi lanh: Fs. = 1, 13 0,033 = 0,250 m D = 250 mm - Đờng kính của cần đẩy pít tông D = 1, 13 d = 1, 13 Fs. F1 = 1, 13 0,033 0,02 = 0 ,12 8 m d = 12 8mm Dựa vào tiêu chuẩn lấy: D = 250 mm ; d = 12 5mm 3- Các thông... tải trọng: Để tính tải trọng, ngoài thành phần lực cắt gọt ra ta cần tính toán các thành phần lực ma sát và lực quán tính: - Lực ma sát khi chuyển động có tải tính theo công thức: Pm.s = k f G k - là hệ số kể đến áp lực của các vòng làm kín khít và của các căn đệm trong sống dẫn hớng: k = 0 ,12 ữ 0 ,15 f - là hệ số ma sát động Khi vận tốc lớn hơn 0,2 m/sec thì lấy f = 0,05 ữ 0,08; khi vận tốc nhỏ hơn... chỉ rõ: 1- Các thành phần chu kỳ làm việc của máy hoặc của các bộ phận công tác 2- Đặc tính của chuyển động do truyền dẫn thuỷ lực phải đảm nhiệm Mối quan hệ giữa chuyển động này với những chuyển động do các dạng truyền dẫn khác thực hiện 3- Tải trọng tính toán trên các cơ cấu công tác của máy 4- Những điều kiện làm việc của máy 5- Mức độ tham gia của hệ thống điện và các hệ thống khác vào việc điều khiển... thấy rằng khi điều chỉnh tốc độ bằng bộ ổn tốc, sự mất mát vận tốc không còn phụ thuộc vào sự thay đổi hiệu số áp xuất trong van tiết lu nữa, mà chủ yếu phụ thuộc vào tổn thất dò chảy và các tổn thất khác trong hệ thống mà thôi -) bộ ổn tốc đặt trên đờng dầu ra (hình b) Tơng tự nh trên, trong sơ đồ điều chỉnh với áp lực bơm không đổi ta cũng có thể đặt bộ ổn tốc trên đờng dầu ra về bể Trong điều kiện tơng... cầu riêng khác Khi thiết kế cần sử dụng tới mức tối đa các cơ cấu, thiết bị, các bộ phận và cả các chi tiết đã đợc tiêu chuẩn hoá Mặt khác cần quan tâm ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật mới Dới đây sẽ trình bày một ví dụ về tính toán thiết kế truyền dẫn thuỷ lực Ví dụ: Hãy tính toán truyền dẫn thuỷ lực của máy truốt với các thông số kỹ thuật nh sau: - Lực công tác không quá 10 0KN 16 - áp lực làm việc Pl.v... với các tác động cơ học hoặc hoá học; ít bị ôxy hoá trong điều kiện có nhiệt độ và thời gian làm việc kéo dài - Có môđun đàn hồi thể tích cao - Có hệ số dẫn nhiệt lớn và hệ số dãn nở nhiệt thấp - Có tính chất cách điện - Không gây độc hại cho ngời Trong số những yêu cầu kể trên thì độ nhớt của dầu là yêu cầu cơ bản nhất để lựa chọn dầu Độ nhớt của dầu thay đổi khi nhiệt độ và áp lực trong hệ thống thay