Truyền động thủy lực docx

1

ß1 . TruyÒn ®éng thñy lùc

1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i :

Muèn truyÒn c¬ n¨ng tõ bé phËn dÉn ®éng ®Õn bé phËn lµm viÖc cña c¸c m¸y, ngoµi c¸c lo¹i truyÒn ®éng

c¬ khÝ, ®iÖn,khÝ nÐn cßn cã truyÒn ®éng thuû lùc, lo¹i nµy ®¸p øng ®−îc yªu cÇu lµ ªm, æn ®Þnh, dÔ tù

®éng ho¸...

Tuú vµo lo¹i m¸y thuû lùc sö dông trong truyÒn ®éng mµ ph©n lo¹i thµnh truyÒn ®éng

thñy ®éng vµ truyÒn ®éng thñy tÜnh (thÓ tÝch), cã ®Æc ®iÓm sö dông vµ ph¹m vi lµm viÖc

kh¸c nhau.

¦u ®iÓm :

- DÔ thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh v« cÊp vµ tù ®éng ®iÒu chØnh vËn tèc chuyÓn ®éng cña bé phËn lµm

viÖc.

- DÔ dµng ®¶o chiÒu bé phËn lµm viÖc.

- §¶m b¶o cho m¸y lµm viÖc æn ®Þnh, kh«ng phô thuéc vµo sù thay ®æi t¶i träng ngoµi.

- TruyÒn ®−îc c«ng suÊt lµm viÖc lín.

- KÕt cÊu gän nhÑ, cã qu¸n tÝnh nhá do träng l−îng trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt truyÒn ®éng nhá, ®iÒu

nµy cã ý nghÜa lín trong c¸c hÖ thèng tù ®éng.

- ChÊt láng lµm viÖc chñ yÕu lµ dÇu kho¸ng nªn dÔ cã ®iÒu kiÖn b«i tr¬n tèt c¸c chi tiÕt, do ®ã

truyÒn chuyÓn ®éng ªm, kh«ng ån.

- Cã thÓ ®Ò phßng sù cè khi qu¸ t¶i.

Nh−îc ®iÓm:

- VËn tèc truyÒn ®éng h¹n chÕ do ®iÒu kiÖn chèng x©m thùc, ®Ò phßng va ®Ëp thñy lùc, do tæn thÊt

cét ¸p ...

- Lµm viÖc víi chÊt láng do ®ã ph¶i b¶o ®¶m ®iÒu kiÖn lµm kÝn, chÊt láng dÔ bÞ rß rØ, kh«ng khÝ lät

vµo truyÒn ®éng. V× vËy kÕt cÊu phøc t¹p , khã chÕ t¹o .

- Yªu cÇu vÒ chÊt láng lµm viÖc kh¸ phøc t¹p:

+ §é nhít (yªu cÇu rß rØ Ýt, thÊt n¨ng l−îng nhá).

+ TÝnh chÊt dÇu Ýt thay ®æi theo nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt.

+ TÝnh chÊt ho¸ häc bÒn v÷ng.

+ Khã ch¸y, Ýt hoµ tan víi c¸c chÊt kh¸c, kh«ng ¨n mßn kim lo¹i.

+ Th−êng lµm viÖc víi dÇu kho¸ng lµ chÊt láng dÔ ch¸y nªn ph¶i chó ý lµm m¸t m¸y.

TruyÒn ®éng thuû lùc do cã nhiÒu −u ®iÓm nªn ®−îc sö dông ngµy cµng nhiÒu trong c«ng nghiÖp.

§Ó kh¾c phôc nh÷ng nh−îc ®iÓm cña truyÒn ®éng thñy lùc, hiÖn nay ng−êi ta dïng c¸c lo¹i truyÒn

®éng liªn hîp nh− truyÒn ®éng thñy-c¬, ®iÖn-thuû-c¬ , thñy-khÝ-c¬ ...

Trong ch−¬ng nµy tr×nh bµy lo¹i truyÒn ®éng thñy ®éng .

I. S¬ ®å kÕt cÊu vµ nguyªn lý lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng:

TruyÒn ®éng thuû ®éng lµ mét thiÕt bÞ tæ hîp, chñ yÕu gåm hai m¸y thuû lùc c¸nh dÉn lµ

b¬m ly t©m vµ turbine thuû lùc, ®−îc sö dông réng r·i trong viÖc truyÒn c«ng suÊt lín víi

vËn tèc cao trong c¸c ngµnh m¸y vËn chuyÓn (« t«, m¸y kÐo, xe t¨ng, tµu thuû, tµu ho¶).

VÝ dô: truyÒn c«ng suÊt lín tõ ®éng c¬ ®Õn ch©n vÞt tµu thuû.

Ph©n lo¹i :

1. Khíp nèi thuû lùc: lµ kÕt cÊu ®¬n gi¶n nhÊt cña truyÒn ®éng thuû ®éng, truyÒn momen quay tõ

trôc dÉn (1) ®Õn trôc bÞ dÉn (2) mµ kh«ng thay ®æi momen ®ã. V× dïng m«i tr−êng chÊt láng lµ

kh©u trung gian nªn coi ®©y lµ nèi mÒm c¸c trôc.

2

S¬ ®å bao gåm:

- B¸nh b¬m (1) l¾p cè ®Þnh trªn trôc dÉn (5) nèi víi ®éng c¬ dÉn ®éng.

- B¸nh tuabin (2) l¾p cè ®Þnh trªn trôc bÞ dÉn (4)

- Vá (3) cña khíp nèi nèi víi b¸nh b¬m vµ l¾p lång kh«ng trªn trôc bÞ dÉn t¹o thµnh buång lµm viÖc

chøa chÊt láng.

Hai trôc dÉn vµ bÞ dÉn t¸ch rêi nhau, vá (3) cã thÓ quay lång kh«ng trªn trôc (4).

Khi trôc dÉn (5) quay kÐo b¸nh b¬m (1) quay theo => chÊt láng ®−îc cung cÊp n¨ng

l−îng vµ chuyÓn ®éng theo h−íng ly t©m ra khái b¸nh b¬m. Sau ®ã chÊt láng ®i vµo b¸nh

turbine (2), qua c¸c r·nh dÉn gi÷a c¸c c¸nh vµ truyÒn n¨ng l−îng cho b¸nh tuabin lµm cho

b¸nh TB quay cïng chiÒu víi b¸nh b¬m .

Nh− vËy momen quay ®· truyÒn tõ trôc dÉn (5) ®Õn trôc bÞ dÉn (4), chÊt láng sau khi ra khái b¸nh

turbine l¹i ®i vµo b¸nh b¬m thùc hiÖn qu¸ tr×nh tiÕp theo.

Mçi phÇn tö chÊt láng thùc hiÖn ®ång thêi 2 chuyÓn ®éng :

- TuÇn hoµn theo ph−¬ng tõ b¸nh b¬m (1) ®Õn turbine (2).

- Quay vßng quanh trôc cña khíp nèi.

⇒ ChuyÓn ®éng tæng hîp lµ chuyÓn ®éng xo¾n èc.

2. BiÕn tèc thuû lùc:

Sö dông khi cÇn biÕn ®æi momen quay gi÷a trôc dÉn vµ trôc bÞ dÉn, th−êng ®−îc dïng

®Ó t¨ng momen quay cña trôc bÞ dÉn v× sè vßng quay cña trôc bÞ dÉn th−êng nhá h¬n sè

vßng quay cña trôc dÉn, khi ®ã biÕn tèc thuû lùc ®ãng vai trß mét hép gi¶m tèc.

KÕt cÊu bao gåm:

- B¸nh b¬m (1) l¾p cè ®Þnh trªn trôc dÉn (4) .

- B¸nh turbine (3) l¾p cè ®Þnh trªn trôc bÞ dÉn (6) .

- Bé phËn dÉn h−íng hay b¸nh ph¶n øng l¾p cè ®Þnh.

Vá chøa chÊt láng t¹o thµnh buång lµm viÖc cña biÕn tèc thuû lùc.

Nguyªn lý lµm viÖc :

B¸nh ph¶n øng (bé phËn dÉn h−íng ) cã t¸c dông:

- Thay ®æi h−íng dßng ch¶y cho phï hîp víi lèi vµo cña m¸ng dÉn b¸nh c«ng t¸c tiÕp theo

(tr¸nh va ®Ëp) nhê gãc ®Æt c¸nh dÉn hîp lý.

- Thay ®æi trÞ sè vËn tèc cña dßng ch¶y cho phï hîp víi yªu cÇu ë lèi vµo b¸nh c«ng t¸c ®Æt tiÕp

sau nã.

XÐt s¬ ®å: B¥M -> B¸NH PH¶N øNG -> TUA BIN

ChÊt láng tõ b¸nh b¬m ®i vµo b¸nh ph¶n øng truyÒn cho BP¦ mét momen quay, nh−ng do b¸nh ®ã cè

®Þnh víi vá (kh«ng quay) nªn BP¦ truyÒn l¹i cho chÊt láng mét momen ®éng l−îng (moment ph¶n øng)

vµ chÊt láng tiÕp tôc ®i vµo b¸nh turbine lµm tuabin quay.

NÕu b¸nh ph¶n øng kh«ng g¾n víi vá cè ®Þnh nghÜa lµ cã thÓ quay tù do th× momen quay sÏ kh«ng ®æi khi

truyÒn tõ trôc dÉn ®Õn trôc bÞ dÉn. Khi ®ã biÕn tèc thuû lùc lµm viÖc nh− mét khíp nèi thuû lùc.

Nh− vËy dßng chÊt láng do b¬m t¹o nªn lÇn l−ît ®i qua c¸c m¸ng dÉn cña b¸nh ph¶n øng vµ b¸nh turbine,

kÐo b¸nh tuabin quay víi vËn tèc gãc vµ moment thay ®æi tuú theo trÞ sè momen c¶n t¸c dông lªn b¸nh

2

3

turbine: tÝnh chÊt tù ®éng thay ®æi v« cÊp vËn tèc quay cña trôc bÞ dÉn tuú theo phô t¶i t¸c dông lªn

trôc.

II . C¸c th«ng sè lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng:

1. C¸c th«ng sè c¬ b¶n:

a. C«ng suÊt trªn trôc dÉn (trôc b¸nh b¬m):

B P

B

trB

QH N

η η

γ

=

Q : l−u l−îng chÊt láng ch¶y tõ b¸nh b¬m ®Õn b¸nh turbine

HB

: cét ¸p do b¸nh b¬m t¹o ra

ηB

: hiÖu suÊt cña b¸nh b¬m

ηP

:hiÖu suÊt cña b¸nh ph¶n øng (nÕu cã)

γ :träng l−îng riªng cña chÊt láng lµm viÖc

b. C«ng suÊt lµm viÖc trªn trôc bÞ dÉn :

NtrT = γ.Q.HB

.ηT

= NtrB.ηB

.ηP

.ηT

= NtrB.η

ηT

:hiÖu suÊt cña b¸nh turbine

η :hiÖu suÊt toµn phÇn cña truyÒn ®éng thuû ®éng .

B P T Q H CK

trB

trT

N

N

η = = η η η = η η η

c. TØ sè truyÒn i cña truyÒn ®éng thuû ®éng: lµ tØ sè gi÷a sè vßng quay trôc bÞ dÉn víi sè vßng

quay cña trôc dÉn.

B

T

n

n

i =

d. HÖ sè biÕn tèc K (hÖ sè biÕn ®æi momen) :

B

T

M

M K =

Mµ : tr

N

N M M ω

ω

= ⇒ =

n i

n

N

N

K

T

B

trB

trT η ⇒ = = ⇒ η=K.i

2. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña truyÒn ®éng thuû ®éng :

a. Ph−¬ng tr×nh moment :

H×nh 7.5

- §èi víi b¸nh b¬m:

Q(C D C D )

2

1 MB = ρ 2u 2 − 1u 1

; MB > 0

- §èi víi b¸nh turbine: MT

< 0

Q(C D C D )

2

1 MT = − ρ 4u 4 − 3u 3

- §èi víi b¸nh ph¶n øng:

Q(C D C D )

2

1 MP = − ρ 6u 6 − 5u 5

MP

cã thÓ d−¬ng hay ©m tuú theo h−íng t¸c dông cña nã trïng víi h−íng t¸c dông cña Moment b¸nh b¬m

hoÆc ng−îc l¹i.

Céng ®¹i sè :

2 2 1 1 4 4 3 3 6 6 5 5

1

( )

2

M M M Q C D C D C D C D C D C D B T P u u u u u u + + = − + − + − ρ

Muèn cã hiÖu suÊt cao th× c¸c b¸nh bè trÝ rÊt s¸t nhau nªn kh«ng cã sù thay ®æi momen ®éng l−îng trong

khe hë gi÷a c¸c b¸nh ⇒ momen ®éng l−îng = const khi qua khe hë.

KÕt luËn : MB

+ MT

+ MP

=0 : Tæng ®¹i sè c¸c momen quay trong truyÒn ®éng thuû ®éng b»ng 0.

b. Ph−¬ng tr×nh c«ng suÊt vµ cét ¸p:

4

T¹i chÕ ®é æn ®Þnh c«ng suÊt cña b¸nh b¬m NB

truyÒn phÇn lín cho trôc bÞ dÉn NT

. PhÇn c«ng suÊt cßn l¹i

dïng ®Ó kh¾c phôc søc c¶n do chuyÓn ®éng cña chÊt láng trong buång lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû

®éng.

NB

= NT

+ Nw

(khi b¸nh ph¶n øng cè ®Þnh)

NB

= γQHB

: c«ng suÊt thuû lùc do b¬m cung cÊp cho CL

NT

= γQHT

: c«ng suÊt thuû lùc do CL cung cÊp cho b¸nh turbine

Nw

= γQhw

: c«ng suÊt tiªu hao do tæn thÊt.

VËy HB

= HT

+ hw

: HiÖu sè cét ¸p cña b¸nh b¬m vµ b¸nh turbine hoµn toµn dïng ®Ó kh¾c phôc tæn thÊt

thuû lùc trong buång lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng.

Tæn thÊt nµy gåm: hW = hB + hT + hPU

Nh÷ng tæn thÊt nµy do:

- Sù thay ®æi ®ét ngét h−íng chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y nhÊt lµ ë lèi vµo c¸c b¸nh ( t¸ch dßng

⇒ xo¸y + va ®Ëp ).

- Ma s¸t ë bÒ mÆt c¸c m¸ng dÉn.

- Tæn thÊt do sù thay ®æi vËn tèc dßng ch¶y (ë phÇn thu hÑp mÆt c¾t dßng ch¶y trong c¸c m¸ng dÉn).

C¸c d¹ng n¨ng l−îng tæn thÊt nµy biÕn thµnh nhiÖt n¨ng lµm nãng bé truyÒn ⇒ chÊt láng cã thÓ bÞ ph©n

huû vµ bèc ch¸y, do ®ã ph¶i chó ý ®Õn vÊn ®Ò lµm m¸t.

HiÖn nay hiÖu suÊt cña KNTL cã thÓ ®¹t ®−îc ®Õn 98% vµ trong BTTL lµ 90%, víi liªn hîp thuû c¬ cã

thÓ ®¹t ®−îc ®Õn 95%.

ß2 . Khíp nèi thuû lùc:

I. §Æc ®iÓm, tÝnh chÊt vµ c¸c th«ng sè cña KNTL

1. §Æc ®iÓm: KNTL chØ truyÒn momen quay cña ®éng c¬ mµ kh«ng thay ®æi trÞ sè momen.

V× kh«ng cã b¸nh ph¶n øng nªn tõ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng momen:

MB + MT=0 ⇒ MB= - MT

§iÒu nµy phï hîp víi nguyªn lý t¸c dông vµ ph¶n t¸c dông cña Newton.

Khi phô t¶i thay ®æi th× momen c¶n trªn trôc bÞ dÉn thay ®æi (t¨ng) th× sè vßng quay cña b¸nh turbine sÏ

thay ®æi theo (gi¶m), chuyÓn ®éng cña chÊt láng trong buång lµm viÖc sÏ thay ®æi dÉn ®Õn sù thay ®æi

cña momen quay cña turbine (t¨ng) sao cho c©n b»ng víi trÞ sè momen c¶n cña phô t¶i ⇒ moment b¸nh

b¬m còng thay ®æi. V× vËy khíp nèi thuû lùc lµ lo¹i truyÒn ®éng tù ®éng.

VÝ dô: Mc¶n t¨ng ⇒ sè vßng quay cña tuabin gi¶m ⇒ moment trªn trôc tuabin t¨ng lªn phï hîp víi phô

t¶i.

Së dÜ T

n gi¶m ⇒ MT

t¨ng lµ do 2 nguyªn nh©n sau :

- L−u l−îng tuÇn hoµn qua b¸nh c«ng t¸c t¨ng v× lùc ly t©m cña turbine gi¶m ⇒ chÊt láng ®i vµo

turbine nhiÒu h¬n .

- Sù thay ®æi gãc ®é cña dßng ch¶y ë lèi vµo vµ lèi ra cña turbine lµm t¨ng ¸p lùc cña chÊt láng lªn

c¸nh .

Do cã tæn thÊt trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña chÊt láng tõ b¸nh b¬m ®Õn b¸nh turbine nªn NT

<

NB

, mµ MT

= MB

nªn nT

lu«n lu«n nhá thua nB ⇒ TØ sè truyÒn: 1

n

n

i

B

T = <

HÖ sè tr−ît cña KNTL: lµ hiÖu sè gi÷a sè vßng quay gi÷a b¸nh b¬m vµ b¸nh turbine chia cho sè vßng

quay cña b¸nh b¬m.

1 i

n

n n

S

B

B T = −

−

=

HiÖu suÊt cña KNTL:

i

n

n

n

n

M

M

N

N

B

T

B

T

B

T

B

T η = = ⇒ η = = (V× 1

M

M

B

T = )

NhËn xÐt :