ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÀI TẬP LỚN THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN NHÓM ONE GIRL GVHD: Trần Nguyên Duy phương STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Họ và tên sinh viên Ngô Triết Lãm Phan Minh Luật Trần Nhật Minh Nguyễn Văn Liêm Nguyễn Văn Trí Nguyễn Thanh Phúc Trần Thị Thu Thúy Huỳnh Thanh Tâm Thái Hoàng Vũ
MSSV 21301995 21302265 21302384 21302037 21304360 21303046 21304028 21303503 21304907
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2015
MỤC LỤC SÁCH POWER HYDRAULICS
1
BÀI TẬP A1
1
BÀI TẬP A2
21
CHƯƠNG 1
31
CHƯƠNG 2
32
CHƯƠNG 3
50
CHƯƠNG 4
55
CHƯƠNG 5
68
CHƯƠNG 6
69
SÁCH POWER PNEUMATICS
75
23 CÂU BÀI TẬP
75
CHƯƠNG 1
89
CHƯƠNG 2
94
CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 4
102
CHƯƠNG 5 CHƯƠNG 6
107
CHƯƠNG 7
109
CHƯƠNG 8 CHƯƠNG 9 CHƯƠNG 10
SÁCH FLUID POWER ENGINEERING
109
CHƯƠNG 1
113
CHƯƠNG 2
121
CHƯƠNG 3
132
CHƯƠNG 4
139
CHƯƠNG 5
171
CHƯƠNG 6
194
CHƯƠNG 7
211
CHƯƠNG 8
227
CHƯƠNG 9
242
CHƯƠNG 10
109
CHƯƠNG 11
268
POWER HYDRAULICS Bài tập A.1 Bài A.1.1 Correct the draughing error. Chỉnh sửa lại lỗi sai của mạch.
Hình A.1
Bài làm: -Van giãm áp có tác dụng xả dầu về bể khi xylanh đi hết hành trình nhưng không cần thiết do bơm bằng tay. -Đường dầu về bể ở van điều hướng đặt sai chỗ. Phải đặt ở ô trạng thái dưới. -Van tiết lưu làm cho xylanh hạ tải từ từ nhưng chính xác nên dùng van tiết lưu điều chỉnh được. Bài A.1.2 Correct the draughing error. Chỉnh sửa lại lỗi sai của mạch
1
Hình A.2 Bài làm: -Van 1 chiều lắp sai hướng cần đổi chiều van 1 chiều lại. Bài A.1.3 In the circuit shown in Figure A.3, given that the load included pressure on the extend stroke in 150 bar and on the retract stroke is 70 bar, and the relief valve pressure setting is 165 bar, draw a pressure-time for a complete extend and retract cylcle. The graph should start and end with directional control valve in the mid position. Assume the extend stroke takes 12 seconds and the retract stroke 9 seconds. Một mạch thủy lực cho như hình A.3, áp suất khi đẩy là 150bar và khi lùi về với áp suất 70bar, van giới hạn áp suất gián tiếp 2 tầng được cài đặt ở 165bar. Vẽ biểu đồ qua hệ giữa áp suất với thời gian cho một chu trình đẩy và kéo về của xilanh. Biểu đồ bắt đầu và kết thúc với van điều hướng ở trạng thái giữa. Gia sử quá trình đẩy mất 12 giây và kéo về mất 9 giây.
Hinh A.3
2
Biểu đồ quan hệ giữa áp suất với thời gian. Bài A.1.4
Hình A.4
What are the characteristics of this circuit and in what cercumstances is it most usually employed?
3
Đặc điểm của mạch thủy lực trên và mạch trên thường được dùng trong trong trường hợp nào? Bài làm: -Mạch thủy lực trên gồm: động cơ điên, bơm thủy lực một chiều lưu lượng cố định, van điều hướng, van giới hạn áp suất, xilanh tác động kép không giảm chấn. -Van giới hạn áp suất có thể điều chỉnh được dùng để giới hạn áp suất tối đa trong mạch trong những trường hợp mạch hoạt động với tải khác nhau. -Trạng thái ban đầu thì van trạng thái hoạt động ở ô bên phải, dầu từ động cơ đẩy xylanh lùi về và dầu qua van trạng thái về bể, áp suất tối đa trong mạch là áp suất cài đặt trên van an toàn. Khi van điều hướng chuyển sang trạng thái bên phải thì xilanh tiến ra với tốc độ nhanh do ngoài lượng dầu do bơm cung cấp còn có lượng dầu do nhánh kia của xylanh cấp. Do đó tiết kiệm được thời gian. Mạch thủy lực trên thường được sử dụng trong các máy dập hoặc máy kẹp phôi trong công nghiệp. Bài A.1.5 Correct the draughting error in this figure. What advantage has this two pump circuit over a single pump system? Name a particular application where it is frequently used. Sửa các lỗi sai trong mạch thủy lực. Lợi thế của việc sử dụng 2 bơm so với 1 bơm? Hệ thống được ứng dụng ở đâu?
Hình A.5
4
-Lỗi sai: Van 1 chiều lắp sai hướngđổi chiều van 1 chiều lại, van xả tải bên trái nên dùng van xả tải loại gián tiếp. - Bơm thứ 1 cung cấp lưu lượng lớn, áp suất nhỏ: bơm này có tác dụng đẩy xylanh đi nhanh trong quá trình chạy không tải và sẽ ngừng cung cấp lưu lượng khi chạm chi tiết. -Bơm thứ 2 cung cấp áp suất lớn, lưu lượng nhỏ: bơm này luôn hoạt động, khi chạm chi tiết bơm 1 ngưng nhưng bơm này vẫn hoạt động và phát huy tác dụng của nó. ‘’tác dụng ép cần áp suất lớn’’. -Ưu điểm của hệ 2 bơm: tiết kiệm thời gian và năng lượng do đặc tính của 2 bơm đã nêu trên. Dễ chế tạo và lắp ráp ‘’vì nếu hệ thống cần 1 bơm loại lớn thì rất khó đáp ứng, 2 bơm loại nhỏ thì dễ hơn’’ - Ứng dụng: trong các máy dập chi tiết... Bài A.1.6 What advantage has apressure compensated pump in this application? How can the efficiency of the circuit emproved? Ưu điểm của việc sử dụng bơm bù áp trong mạch? Làm thế nào để tăng hiệu suất hoạt động?
Hình A.6
Bài làm:
5
-Mạch trên sử dụng bơm có lưu lượng riêng có thể thay đổi được với 2 ngõ điều khiển. -Ở trạng thái xả (van điều hướng ở trạng thái giữa), áp trong mạch rất nhỏ do dầu được thông thẳng về bể. Khi đó tín hiệu đường điều khiển ngõ lớn sẽ thắng ngõ nhỏ ( bề mặt làm việc ngõ lớn lớn hơn ngõ nhỏ) làm cho góc nghiêng của đĩa nhỏ lại làm cho lưu lượng trong mạch giảm. -Khi chuyển trạng thái van điều hướng bằng cách kích các cuộn dây thì áp trong mạch tăng lên làm cho van 3/2 chuyển trạng thái (đường điều khiển của ngõ lớn sẽ thông với bể), do đó tín hiệu điều khiển từ ngõ nhỏ sẽ làm tăng góc nghiêng của bơm, tăng lưu lượng dầu được đẩy lên mạch. -Lợi thế của phương pháp điều khiển này là tạo ra được một lực ép lớn nhưng ít tổn hại tới bơm do lưu lượng khi ép thấp.Van điều khiển áp suất trực tiếp cũng ít bị hư hại hơn vì lưu lượng nhỏ. Thời gian đẩy ra nhanh do xy lanh được cung cấp một lưu lượng lớn. Hệ thống này gọn nhẹ hơn hệ thống sử dụng nhiều bơm. Bài A.1.7 Should control circuit fail, what will be expect on the system? Modify the circuit to ‘fail sefe’.
Hình A.7
Mạch thủy lực như trên khi hoạt động có thể xảy ra sự cố gì? Ảnh hưởng đến hệ thống như thế nào?. Thay đổi mạch như thế nào để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống? Bài làm 6
Trong trường hợp mạch bị hỏng dầu từ bơm vẫn tiếp tục được bơm lên không tới được bộ phận công tác làm tăng áp suất hệ thống gây hư hại mạch. Nên mạch được thiết kế thêm 1 van phân phối bên nhánh trái. Trường hợp bình thường chịu tác động của lò xo ‘’Khi trong mạch xảy ra sự cố mà van tràn bên phải không hoạt động’’ thì ta tác động điện vào van này. Làm cho nó chuyển trạng thái xả dầu về thùng. Giảm áp lực trong mạch.. Bài A.1.8 The cylinder shown in this circuit which contains draughing errors can not be extended. Using the standar valves modify the circuit so that cylinder can be extended and retracted by the manual direction control valve. The extend function must be initialy high speed changing to slow speed when the pressure induded by the load reaches a specified valve. Mạch thủy lực điều khiển xilanh được cho như bên dưới, hình vẽ có một vài lỗi làm cho xilanh không thể đẩy đi được. Sử dụng một cái van cơ bản cơ bản để hiệu chỉnh mạch sao cho xilanh có thể đẩy đi và kéo về bằng cách điều khiển van điều hướng. Với chức năng đi ra, ban đầu phải di chuyển với tốc độ cao rồi chậm lại khi áp suất gây ra bởi tải đạt đến giá trị thiết lập.
B
A
M
Bài làm 7
Van 1 chiều đặt sai hướng, van điều hướng B dùng trong trường hợp này là sai Đổi chiều van 1 chiều, thay van điều hướng B thành van 4/3 Bài A.1.9 what special about the check valve in this circuit and what is its purpose?
Hình A.9 `
`
M `
`
Có gì đặc biệt ở van một chiều trong mạch và mục địch lắp van một chiều như vậy là gì? Bài làm Khi kích từ cho trạng thái 1 của van trạng thái A hoạt động, đường dầu chính sẽ tác động làm trạng thái thứ 3 của van trạng thái B hoạt động, áp suất tác dụng vào mặt pittông làm pittông chuyển động sang phải (hành trình đi). Tương tự, khi kích từ làm trạng thái 3 của van trạng thái A hoạt động, pittông sẽ di chuyển ngược về bên trái (hành trình về). Nghĩa là van A và van B tác động đồng thời, điểu khiển hành trình pittông tốt hơn. Van trạng thái B được nối với van một chiều có lò xo trước khi về bể, nên khi mạch không hoạt động thì pittông sẽ không di chuyển do được hãm dưới áp suất lò xo của van một chiều. Bài A.1.10 When this circuit was built it would not operate. Why? Suggest a simple modification to correct this design fault.
8
Hình A.10
Tại sao mạch thủy lực như trên không làm việc được? Đề nghị một phương án đơn giản để hiệu chỉnh lại mạch để hoạt động đúng. Bài làm Đường điều khiển lấy tín hiệu từ đường dầu chính đến cùng lúc 2 công tắc từ. Do đó, trong mọi trường hợp, áp suất do công tắc từ được kích hoạt luôn bị triệt tiêu hay nói cách khác trạng thái 1 và 3 không thể hoạt động, đường dầu chính luôn di chuyển qua trạng thái 2 của van trạng thái, nên đường dầu không thể di chuyển lên pittông được. Khắc phục: dùng them một van điều hướng nữa để điều khiên 2 ngõ điều khiển của van 4/3 trên. Bài A.1.11 The solenoid A is energized during the extend stroke but not during retract. How does this effect the function of the circuit? Cuộn dây A được kích suốt thời gian đẩy của xilanh nhưng ngắt trong quá trình về. Chức năng này tác động như thế nào trong mạch?
Hình A.1.11
9
Bài làm: Mạch có thể cài đặt áp suất an toàn ở 2 cấp 300 bar hoặc 100 bar.Khi không kích cuộn A thì mạch được giới hạn áp suất ở áp suất 100 bar.Khi kích cuộn A thì áp suất an toàn cài đặt ở 300 bar.Vì vậy với hành trình đi ra áp suất giới hạn ở 300 bar,khi lui về áp suất giới hạn ở 100 bar từ đó ta có hành trình đi ra tải lớn hơn nhiều so với tải khi lui về,việc sử dụng hệ thống như vậy sẽ đảm bảo mất mát năng lượng qua van an toàn là nhỏ.Và tiêu hao công suất của bơm là ít hơn khi không có van áp suất 100 bar ở phía sau Bài A.1.12 Correct the draughting errors and determine the sequence of operation of the cyclinder: a. When solenoid 1 is energized. b. When solenoid 2 is energized. What is purpose of valve C Sửa lỗi trong mạch và xác định thứ tự hoạt động của các xylanh: a. Khi cuộn 1 được kích. b. Khi cuộn 2 được kích. Mục đích của van C để làm gì Hình A.12
Bài làm: Sai ở cụm van tuần tự, thay thế cụm trong bài bằng cụm như hình sau:
10
a. Khi cuộn 1 được kích điện: Pittông của xy lanh A lui về trước sau đó đến cuối hành trình thì pittông của xylanh B tiến ra. Van tuần tự có tác dụng. b. Khi cuộn 2 được kích điện: Pittông của xy lanh B lui về trước sau đó đến cuối hành trình thì pittông của xylanh A tiến ra. Lúc này van tuần tự không có tác dụng.Tác dụng của van giảm áp C: do nhánh B có áp suất hoạt động nhỏ hơn áp suất trong mạch chính nên phải dùng van giảm áp để cài đặt áp suất hoạt động cho nhánh B
Bài A.1.13 This circuit is extended to hydraulically lock a loaded cylinder in any position and to control the retract speed. Comment on its suitability and modify if necessary. Suggest a pressure setting for the relief valve if the load is 10 tonnes and cylinder bore 100mm diameter. Mạch có thể giữ tải ở bất kì vị trí nào và điều khiển vận tốc kéo về. Tính giá trị cách cài đặt van giới hạn áp suất nếu tải 10 tấn và đường kính xilanh là 100mm.
11
Hình A.13
-Khi cuộn dây bên trái của van điều khiển hướng được kích hoạt thì bơm sẽ bơm dầu lên buồng dưới của xy lanh, qua van một chiều. khi đó xy kanh sẽ đi lên, khi đó buồng trên của xy lanh sẽ thoát dầu ra thông qua van một chiều. - Khi cuộn dây bên phải của van điều khiển hướn được kich hoạt thì bơm sẽ bơm dầu lên buồng trên của xy lanh, qua van tiết lưu, làm giảm lưu lượng bơm lên, giảm tốc độ hạn xuống của tải, đồng thì buồng dưới sẽ thoát dâu ra khi đường điều khiển van một chiều có tin hiếu, nghĩa là nhánh dầu bơm lên phải có áp suất, vi vây làm tải không rơi tư do -Khi cả van điều khiển hướng ở trạng thái giữa thì, các hệ thống bên trong dâu có áp suất nhỏ, khi đó văn một chiều bên phải không mở cho dâu thoát ra, tải được giữ cố định. - Áp suất cài đặt cho van ấn định áp suất phải lớn hơn áp suất tạo ra để đủ nâng tải lên. Áp suất cài đặt ở van: P 1,3.
F 10.9,81.103 1,3. .105 162,5bar .0,12 A 4
Bài A.1.14 Expand the function of circuit Why use adouble solenoid valve rather than a single solenoid spring offset valve for A? What type of transition centre condition do you recommend for this valve? If the motor displacement is 25ml/rev, and which the flow
12
controls set at valve shown, what is the theoretical maximum motor speed possible under the following condition? a) Solenoids 1 and 2 both de-energized. b) Solenoids 1 energized. c) Solenoids 2 energized. Giải thích hoạt động của mạch. Tại sao sử dụng 2 nam châm điện lại tốt hơn việc sử dụng một nam châm điện và một lò lo để cài đặt ở van A. Kiểu chuyển đổi trạng thái của van trên là gì? Nếu thể tích riêng là 25ml/vòng và van chỉnh lưu được cài đặt ở giá trị thấp thì tốc độ lý thuyết cực đại của motor là bao nhiêu. a) Van 1 và 2 không được cấp điện. b) Van 1 được cấp điện. c) Van 2 được cấp điện. Bài làm: -Van điều khiển hướng dùng hai cuộn dây sẽ, khi điều khiển dễ điều khiển và có độ chính xác cao hơn. Thời gian đáp ứng cảu cuộn dây điện cao hơn của loxo. -Khi cả hai cuộn dây đều không có tín hiện điện, thì van điều khiển hướng sẽ kích hoạt ô trạng thái giữa, khi đó đường điều khiển của hai van một chiều đều không có tín hiệu áp, cả hai van đều đóng không cho lưu lượng qua, lưu lượng cung cấp cho hệ thống 1.103 l rev rev . 40 chỉ là 1 l/min. Vận tốc theo lý thuyết của động cơ là: . 25 min ml min
-Khi cuộn dây số 1 có tín hiệu điện thì, ô trạng thái phên trái sẽ mở, khi đó đường điều khiển của van một chiều bên trái có tin hiệu áp, sẽ mở ra cho lưu lượng chay qua, đồng thời đường tín hiệu của van một chiều bên phải không có tín hiệu sẽ đóng lại, khi đó lưu lượng cấp lên hệ thống là 21 l/min. Vận tốc theo lý thuyết của động cơ là : 21.103 l rev rev . 840 25 min ml min
-Khi cuộn dây số 2 có tín hiệu điện thì, ô trạng thái phên phải sẽ mở, khi đó đường điều khiển của van một chiều bên phải có tin hiệu áp, sẽ mở ra cho lưu lượng chay qua, 13
đồng thời đường tín hiệu của van một chiều bên trái không có tín hiệu sẽ đóng lại, khi đó lưu lượng cấp lên hệ thống là 6 l/min. 6.103 l rev rev . 240 Vận tốc theo lý thuyết của động cơ là 25 min ml min
25 ml/rev
5 l/min
20 l/min 1 l/min
M
25 ml/min, maximum
Bài A.1.15 in this manually-operated hydraulic clamping circuit, what is the purpose of the 0.5-liter accumulator? If the relift valve setting is 200bar, suggest a gas precharge pressure for the accumulator. Mạch được điều khiển bằng tay dùng để kẹp chi tiết, mục đích của bình tích áp 0,5lít là gì? Nếu van an toàn cài ở áp suất 200bar thì áp suất ở bình tích áp là bao nhiêu? 14
Bài A.15
Bài làm: -Mục đích của bình tích áp: sau khi ép chi tiết ở một áp suất cần thiết, thì thì van điều khiển hướng sẽ kích hoạt ô trạng thái giữa, áp suất của bơm không còn cung cấp cho bittong, áp suât sẽ được giữ lại nhờ van một chiều. nhưng vẫn sẽ có rò dầu ở van một chiều, nen sẽ gây sụp áp khi giữ một thời gian dài, khi đó bình tích áp sẽ cung cấp thêm áp suất cho pittong đê chống sự sụp áp này. -Áp suất cài đặt ở bình tích áp: (0,7…0,9).P = (0,7..0,9).200 = (140…180)bar Bài A.1.16 The cylinder in the circuit is required to give a single high-speed stroke at infrequent intervals. Comment on its suitability and suggest any necessary modification. What is the function of the flow control valve? Suggest a pressure setting for the valve A. Xi lanh trong mạch được yêu cầu một hành trình đơn tốc độ cao ở những khoảng thời gian bất thường. Hãy nhận xét và sửa đổi nếu cần thiết. Chức năng của van điều khiển lưu lượng là gì? Tính thiết kế áp suất cài đặt cho van A. 15
A
200bar
M
Bài làm 1. Lúc áp suất hệ thống chưa đạt tới áp suất cài đặt của van giới hạn áp suất thì chất lỏng vừa đi vào xilanh vừa vào chứa trong bình tích. Khi áp suất trong bình tích đạt tới áp suất cài đặt của van A, làm van A mở cho 1 lượng dầu nhỏ từ bơm chảy về bể chứa. Khi đó áp suất trong hệ thống sẽ giảm , bình tích hoạt động làm tăng áp, nhưng có van tiết lưu nên có thể điều chỉnh lưu lượng do bình tích áp cấp cho mạch. Cùng lúc đó vừa có dầu vào xi lanh do bơm cung cấp vừa có dầu do bình tích cung cấp, làm cho xilanh co tốc độ hành trình cao.Khi áp suất hệ thống đến và vượt quá 200 bar, làm cho van giới hạn áp suất ( cài đặt 200bar) mở lượng dầu sẽ chảy về bể chứa. 2. Nếu van A có lực lò xo cài đặt nhỏ hơn 200 bar thì khi áp suất trong mạch chưa đến 200 bar dầu đã bị xả về bể nên không đáp ứng được yêu cầu về áp lực làm việc. Do đó, ta có thể cài đặt giá trị lực lò xo trong van A lớn hơn áp suất giới hạn trong mạch khoảng 10%, nếu lớn quá thì sẽ ảnh hưởng đến đường ống dẫn dầu từ bình tích đến van A lúc bình tích xả áp. Áp suất cài đặt cho van A = 200 * 1.1 = 220 bar Bài A.1.17 Acylinder is required to extend initialy at high speed but under low load. When the limit sweetch is actuated the stroke is completed at low speed load and high 16
load. Explain how this is achieved by above circuit. Why are two accumulators used? What is the purpose of the pressure switch P? Hệ thống xilanh-pittong được yêu cầu đẩy với tốc độ cao và tải nhỏ. Khi công tắc hành trình được kích hoạt (ở cuối hành trình) thì pittong quay về với tốc độ chậm và tải lớn. Giải thích làm sao mạch làm được như vây. Tại sao lại sử dụng 2 bình tích áp? Mục đích của công tác áp suất P?
B
Electric al supply A
P
200bar
Electrical supply
220bar
M
Bài làm: Khi bơm hoạt động, ban đầu áp sẽ được tích vào các bình tích áp A, B. Khi kích van điều hướng 4/3 cho pittong đẩy ra, khi pittong đến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình, mang tải và quay về. Khi công tắc hành trình đóng làm kích hoạt van điều hướng của bình tích áp B làm bình tích áp xả áp ra hệ thống hỗ trợ cho pittong kéo về. Bình tích áp A có nhiệm vụ tăng tốc cho pittong trong quá trình đẩy. Công tắc áp suất P có ta tác dụng giữ áp giới hạn 200bar trong mạch khi đẩy đi vói tải nhỏ, áp lớn 220bar khi kéo về với áp lớn. 17
Bài A.1.18 This non-reversing hydrostatic has a high interial load and is found to overrun as the flow rate is adjusted to reduce speed. Suggest a suitable modification. Hệ thống truyền lực thủy tĩnh không đảo chiều có một tải trọng quán tính lớn và được nhận thấy chạy quá tốc độ, dùng tốc độ dòng chảy để điều chỉnh giảm tốc độ. Hãy đề nghị sửa đổi lại cho phù hợp.
Hình A.18 Bài làm -Để điều chỉnh lưu lượng cần phải có van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng vào động cơ, từ đó có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ. -Vì tải có quán tính cao nên để giảm tốc cần đặt thêm một van over-center nối tiếp với động cơ thủy lực trong hệ thống để tránh quán tính của tải, giữ tải ở vị trí cân bằng hoặc phanh động cơ một cách từ từ. Bài A.1.19 In this hydrostatic transmition what is the purpose of the portion of the circuit includes the three-position, three –port directional contrl valve? What is suitable setting the associated relief valve? Mục đích của phần tử van điều khiển hướng 3 vị trị, 3 cửa trong mạch truyền động thủy lực này là gì? Các van tràn có liên quan được cài đặt phù hợp là gì?
18
5bar
250bar
M
Bài làm: Mục đích của van điều khiển trạng thái 3 cửa, 3 vị trí là: khi lưu lượng dầu do bơm 2 chiều có lưu lượng riêng thay đổi cấp cho mạch mà ở hai nhánh của bơm có lưu lượng khác nhau thì bên nhánh có lưu lượng lớn hơn sẽ làm cho áp suất trong nhánh đó cao hơn,do đó làm cho van 3 cửa 3 vị trí sẽ chuyển sang trang thái sao cho đường dầu ở nhánh kia sẽ thông với van tràn để về bể thông qua van 3 cửa 3 vị trí này. Các van tràn được dùng hợp lý trong mạch: - Van tràn 1(được cài 5 bar): được gắn với đường dầu do bơm 1 chiều lưu lượng riêng cố định để xả tải ban đầu cho mạch. - Van tràn 2(được cài 250 bar): có tác dụng xả dầu về van tràn 1 đồng thời giãm lưu lượng cho 2 nhánh của mạch thủy lực khi áp suất trong mạch vượt quá 250 bar. - Van tràn 3: có tác dụng xả dầu về bể khi van 3 cửa 3 vị trí thay đổi vị trí. Bài A.1.20 The hydrostatic transmission is subject to pressure surges when the directional control valve is switched. Suggest modification to alleviate these surges. Hệ thống thủy lực này chịu áp lực rất lớn khi các van điều khiển hướng chuyển trạng thái.Hãy đề nghị sửa đổi để khắc phục giảm bớt áp lực này.
19
HìnhA.20 8bar
150bar
M
Bài làm Ta có thể sử dụng bình chứa (loại thông dụng nhất là loại nén khí) để chống sốc cho các thiết bị trong mạch khi van phân phối chuyển hướng. Khi có dòng đột ngột vào, một phần chúng sẽ vào bình chứa, giảm cho thiết bị hoạt động chính, lượng lưu chất tích trữnày sẽ được dùng để bù vào dòng khi dòng đột ngột tắt. Lưu lượng có thể được điều chỉnh thông qua van tiết lưu.
20
BÀI TẬP A2: Câu A2.1 A pump having a displacement (swept volume) of 1,7 cm3 per revolution is driven at 1500 rev/min. If the pump has a volumetric efficiency of 87% and overall efficiency of 76% Calculate: A) the pump delivery in liters per minute B) The power required to drive the pump when it is operating against a pressure of 150 bar. Lưu lượng riêng của bơm là 1.7 cm3/vòng, tốc độ 1500 vòng/phút. Hiệu suất thể tích là 87% và hiệu suất tổng là 76%. Tính: Lưu lượng thực của bơm (lit/phút) (a) Công suất cần thiết để vận hành bơm khi bơm hoạt động dưới áp suất 150 (b) bar Bài làm (a) Lưu lượng thực bơm: Q D p .n p .v 1, 7.1500.0,87 2, 22l / min . (b) Công suất cần để vận hành bơm: P
1 Q. p 1 2, 22.150 . . 0.73kW . 0 600 0, 76 600
Câu A2.2 A gear pupm delivery 15 l/min against a system pressure of 200 bar at a driven speed of 1430 rev/min. If the input is 6,8 kW and the torque efficiency of the pump is 87% calculate the pump displacement in cm3 per revolution. Lưu lượng thực của bơm 15lit/phút, áp suất 200 bar, tốc độ 1430 vòng/phút. Nếu công suất đầu vào là 6.8kW và hiệu suất cơ là 87%. Tính lưu lượng riêng của bơm (cm3/vòng). Bài làm Công suất đầu vào: P Mà 0 v .t v
Q. p 1 Q. p 15.200 . 0 0, 735. 600 0 600 P 600.6,8
0 0, 735 0,845. t 0,87 1
Lưu lượng riêng của bơm: D p
Q 15 12, 4cm3 / vg. v .n p 0,845.1430
Câu A2.3 A hydraulic system requires 32 l/min of fluid at a pressure of 260 bar. The pump to be used is a manually-vayiable axial piston punp having a maximum displaycement per revolution of 28 cm3. The pump is driven at 1430 rev/min and has an overall efficient of 85 and a volumetric efficiency of 0,90. Calculate A) At what percentage of maximun displaycement the pump has to be set. What power nwt ro drive the pump. Một hệ thống thủy lực cần lưu lượng 32lit/phút tại áp suất 260 bar. Bơm được sử dụng có lưu lượng riêng lớn nhất là 28 cm3/vòng. Tốc độ 1430 vòng/phút và hiệu suất tổng 0.85, hiệu suất thể tích 0.90. Tính: (a) Phần trăm lưu lượng bơm so với lưu lượng lớn nhất của bơm (b) Công suất cần thiết để vận hành bơm Bài làm (a) Lưu lượng lớn nhất của bơm: Qmax v D p max n p 0,9.28.1430 36, 036l / min . Suy ra phần trăm lưu lượng thực so với lưu lượng lớn nhất là: %Q
Q 32 .100% .100% 88%. Qmax 36, 036
(b) Công suất cần thiết: P
1 Q. p 1 32.260 . . 16,3kW . 0 600 0,85 600
Câu A2.4 A hydraulic pump having a displacement of 8,8 ml/rev runs at 2880 rev/min. If its volumetric efficiency and torque efficiency are 93% and 91% respectively determine: A) The actual pump delivery B) The input power to the pump when it operates against a pressure of 350 bar Một bơm thủy lực có lưu lượng riêng là 8.8 ml/vòng, tốc độ 2880 vòng/phút. Nếu hiệu suất thể tích và hiệu suất cơ lần lượt là 93% và 91%. Xác định: (a) Lưu lượng thục cùa bơm (b) Công suất đầu vào khi bơm hoạt động dưới công suất 350 bar. Bài làm (a) Lưu lượng thực của bơm: 2
Q v .D p .n p 0,93.8,8.2880 23,57l / min .
(b) Công suất đầu vào: P
1 Q. p 1 23,57.350 . . 16, 25kW . 0 600 0,93.0,91 600
Câu A2.5 A hydraulic cricuit using 35 liters of fluid per minute is supplied by a pump having a fixed displaycement of 12,5 cm3 /rev driven at 2280 rev/min. The pump has a volumetric efficiency of 0.85 and overall efficiency of 0,75. If the system pressure is set at 180 bar by the relief valve calculate: 1. The quanlity of fluid delivered by the pump. 2. The power required to drive the pump. The heat generated owing to the excess flow passing over relief valve. Một mạch thủy lực sử dụng 25lít chất lỏng trong một phút và được cung cấp bởi một máy bơm có lưu lượng riêng là 12.5 cm3/vòng và tốc độ 2880 vòng/phút. Bơm có hiệu suất thể tích là 0.85 và hiệu suất tổng là 0.75, áp suất của hệ thống là 180bar. Tính: (a) Lưu lượng được cung cấp bởi bơm. (b) Công suất cần thiết để vận hành bơm. (c) Công suất do dòng chảy chạy qua van an toàn. Bài làm (a) Lưu lượng bơm: Q v .D p .n p 0,85.12,5.2880 30, 6l / min . (b) Công suất cần thiết: P
1 Q. p 1 30, 6.180 . . 12, 24kW . 0 600 0, 75 600
(c) Công suất do dòng chảy chạy qua van an toàn để đảm bào lưu lượng trong mạch là 25l/min: P
(Q p Q). p 600
(30, 6 25).180 1, 68kW . 600
Câu A2.6 A hydraulic circuit consists of a fixed-displaycement gear pump supplying hydraulic fluid to a cylinder which has a bore of 100-mm diamater, a rod of 56-mm diameter and a stroke of 400 mm. Pumps are available with displaycement increasing in steps of 1 ml/rev from 5 ml; the volumetric efficiency is 88% and its overall efficiency is 80%. The pupm is driven directly from an electric motor with an on-load speed of 1430 rev/min. Select a suitable pump so that the cylinder can be reciprocated through a complete cycle once every 12 seconds. 3
Một mạch thủy lực gồm 1 bơm có lưu lượng riêng không đổi cấp lưu chất cho một xy lanh có đường kính 100mm, đường kính trục 56mm và hành trình là 400mm. Bơm có lưu lượng tăng dần từng bước 1ml/vòng đến khi đạt 5ml; hiệu suất thể tích là 88%, hiệu suất tổng là 80%. Bơm được điều khiển trực tiếp thông qua một mô tơ điện có tốc độ 1430 vòng/phút. Lựa chọn bơm phù hợp để xy lanh có thể hoàn thành 1 chu kì mỗi 12 giây. Bài làm Thể tích cần để đẩy xylanh ở hành trình tiến ra: V1
D2 4
.s
.0,12 4
.0, 4 3,14l.
Thể tích để đẩy xylanh ở hành trình thu về: (D2 d 2 ) .(0,12 0, 0562 ) V2
4
.s
4
.0, 4 2, 2l.
Gọi lưu lượng thực của bơm là Q, thời gian hoàn thành mỗi chu kì là: t
V1 V2 V V 3,14 2, 2 12 Q 1 2 0, 445l / s. Q Q 12 12
Lưu lượng riêng của bơm: D p
Q 0, 445.60 21, 2ml / vg. n p .v 1430.0,88
Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng là 21,2 ml/vg Câu A2.7 A pump having a displacement of 25 ml/rev is driven at 1440 rev/min by a 10 kW electric motor. If the pump’s overall and torque efficiencis are 85% and 90% respectively determine: the quantily delivered by the pump The maximum pressure the pump can operate against without overloading the motor. Một máy bơm có lưu lượng riêng 25 ml/vòng, tốc độ 1440 vòng/phút, công suất máy bơm 10kW. Hiệu suất tổng và hiệu suất cơ lần lượt la 85% và 90%. Xác định: (a) Lưu lượng thực của bơm (b) Áp suất tối đa mà bơm có thể hoạt động mà không bị quá tải. Bài làm 4
(a) Lưu lượng thực: Q v .D p .n p
0,85 .25.1440 34l / min . 0,9
(b) Áp suất tối da để bơm không bị quá tải: pmax
P.600.0 10.600.0,85 150bar. Q 34
Câu A2.8 A pump having a thoretical delivery of 35 l/min and the volumetric efficiency of 90% drives a cylinder having a bore of 110mm, a rod diameter of 65 mm and a stroke of 700 mm. Determine: 1) The extend and retract velocities of the cylinder. 2) The time for one complete cycle. Bơm có lưu lượng theo lý thuyết là 35 lít/phút và hiệu suất thể tích là 90%, đường kính xylanh là 110mm, đường kính trục là 65mm, hành trình pittông là 700mm. Tính: (a) Vận tốc đi và về của xylanh. (b) Thời gian hoàn tất 1 chu trình. Bài làm (a) Diện tích xy lanh: A1
D2 4
.0,112
Diện tích mặt vành khuyên: A2
4
(D2 d 2 )
Suy ra vận tốc đi của xy lanh: v1 Vận tốc về của xy lanh: v2
9,5dm3 .
4
.(0,112 0, 0652 ) 4
6, 2dm3 .
Q 35 .v .0,9 0, 055m / s A1 60.9,5
Q 35 .v .0,9 0, 085m / s A2 60.6, 2
(b) Thời gian hoàn tất 1 chu trình là: t t1 t2
s s 0, 7 0, 7 20,96s. v1 v2 0, 055 0, 085
Câu A2.9 A pump/ accumulator power pack is to supply the fluid flow demand by a hydrauic system as know in Figure A.21. The system working pressure is 125 bar and the maximum pressure at the accumulator is 200 bar. Assuming the accumulator pre-charge pressure is 90% of its maximum working pressure. Determine: 5
1. The actual pump delivery required. 2. The maximum volume of fluid to be stored in the accumulator. 3. The accumulator volume assuming isothermal charge and discharge of the accumulator. Một bơm thủy lực dùng để cung cấp lưu lượng chất lỏng theo yêu cầu của một hệ thống thủy lực như hình A.21. Hệ thống làm việc với áp suất 125 bar và áp suất lớn nhất của bình là 200 bar. Áp suất được tích trữ trước là 90% áp suất làm việc lớn nhất. Xác định: (a) Lưu lượng cấn thiết cho máy bơm (b) Thể tích lớn nhất có thể chứa trong bình tích áp. (c) Thể tích bình tích áp giả định qua trình xả và nạp dầu là đẳng nhiệt. Bài làm (a) Lưu lượng cần cho máy bơm: Q
45.5 30.5 15.5 15l / min 0, 25l / s. 30
(b) Ta có bảng biểu thị lưu lượng vào hoặc ra khỏi bình tích áp ở các giai đoạn như sau: Giai đoạn
Lưu lượng hệ thống yêu cầu (l/s) 0-5s 0,75 5-10s 0 10-15s 0,5 15-25s 0 25-30s 0,25 Từ các thông tin trên ta có biểu đồ:
Lưu lượng bơm cung cấp 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Thể tích vào hoặc ra khỏi bình tích áp Ra 0,5.5= 2,5 lít Vào 0,25.5=1,25 lít Ra 0,25.5= 1,25 lít Vào 0,25.10= 2,5 lít Vào 0 lít
6
Vậy thể tích lớn nhất mà bình tích áp có thể chứa được là 2,5 lít. (c) Áp suất tích trữ trước trong bình tích áp: p1 0,9.125 112,5bar 113,5 bar tuyệt đối. Áp suất tối đa trong bình tích áp: p2 200bar 201bar tuyệt đối. Áp suất tối thiểu trong bình tích áp: p3 125bar 126bar tuyệt đối. Gọi V1, V2, V3 lần lượt là thể tích lưu chất có trong bình tích áp ở các áp suất trên. Ta có mối liên hệ: V3-V2= 2,5 lít. Áp dụng quá trình đẳng nhiệt cho 3 giai đoạn: p1 V2 113,5 V2 V1 0,565V1. p2 V1 201 p2 V3 126 V2 V3 0, 627V3 . p3 V2 201
7
V1 7, 43l Suy ra: V2 4, 2l V 6, 7l 3
Vậy thể tích bình tích áp có thể xem như bằng 7,43 lít. Câu A2.10 A pressure cylinder having a bore of 140 mm and a 100 mm diameter rod is to have an initial approach speed of 5m/min and a final pressing speed of 0.5m.min. The system pressure for rapid approach is 40 bar and for final pressing 350 bar. A two-pump, highlow system is to be used; both pumps may be assumed to have volumetric and overall efficienes of 0,95 and 0,85 respectively. Determine:
The flowes to the cyclinder for rapid approach and final pressing. Suitable deliveries for each pump The displaycement of each pump if the drive speed is 1720 rev/min. The retract speed if the pressure required for retraction is 25 bar maximum.
Một xylanh ép có đường kính 140 mm và đường kính trục là 100 mm có vận tốc ban đầu là 5 m/phút và vận tốc ép cuối cùng là 0,5 m/phút. Áp suất hệ lúc tiến nhanh là 40 bar và áp suất nén cuối cùng là 350 bar. Giả thiết 2 bơm có hiệu suất thể tích và hiệu suất tổng lần lượt là 0,95và 0,85. Xác định: (a) Lưu lượng đến xylanh lúc tiến nhanh và ép cuối cùng. (b) Lưu lượng thích hợp cho mỗi bơm. (c) Lưu lượng riêng của mỗi bơm nếu vận tốc là 1720 vòng/phút. (d) Công suất yêu cầu của motor bơm trong lúc tiến nhanh và nén. (e) Vận tốc lùi về nếu áp suất yêu cầu tối đa là 25 bar. Bài làm (a) Lưu lượng đến xylanh lúc tiến nhanh: Q1 v1. A 5.
.0,142 4
Lưu lượng đến xylanh lúc ép cuối cùng: Q2 v2 . A 0,5.
77l / min .
.0,142 4
7, 7l / min .
(b) Lưu lượng thích hợp cho mỗi bơm: Bơm dùng để đẩy xylanh tiến nhanh: q1 Q1 Q2 77 7, 7 69,3l. Bơm dùng cho quá trình ép: q2 Q2 7, 7l.
8
(c) Bơm dùng để đẩy xylanh tiến nhanh: D p1 Bơm dùng cho quá trình ép: D p 2 (d) Trong quá trình tiến nhanh: P1 Trong quá trình nén: P2
q1 69,3 42, 4ml / vg. v .n p 0,95.1720
q2 7, 7 4, 7ml / vg. v .n p 0,95.1720
Q1. p1 77.40 6, 04kW . 0 .600 0,85.600
Q2 . p2 7, 7.350 5, 28kW . 0 .600 0,85.600
77.103 10, 2m / min . (e) Vận tốc lùi về: Q1 vre .( A a) vre (0,142 0,12 ) 4
Câu A2.11 A pump driven at 1440 rev/min having displacement of 12,5 ml/rev and a volumetric efficiency of 87% is used to supply fluid to a circuit with two cylinders. If the cylinder dimensions are 63 mm borex35 mm rodx250 mm stroke, and 80 mm bore x55mm rodx150mm stroke, find the minimum cycle time for both cylinders to extend and retract fully. Một bơm thủy lực có số vòng quay là 1440 vòng/phút, lưu lượng riêng 12.5 ml/vòng, hiệu suất thể tích 87% cung cấp dầu cho hệ thống gồm hai xi-lanh thủy lực. Nếu một xi-lanh có kích thước 63 mm (đường kính đáy) x 35 mm (đường kính trục) x 250 mm (hành trình) và xi-lanh còn lại có kích thước 80 mm x 55 mm x 150 mm. Tính thời gian chu kì ngắn nhất để cả hai xi-lanh đẩy và thu về? Bài làm Lưu lượng thực của bơm: Q v .D p .n p 0,87.12,5.103.1440 15, 66l / min . Thể tích cần để đẩy 2 xy lanh tiến ra: Vex Vex1 Vex 2
4
(0, 0632.0, 25 0, 082.0,15) 1,53l.
Thể tích cần để đẩy 2 xy lanh thu về: 2 2 Vre Vre1 Vre 2
4
[(0, 063 0, 035 ).0, 25 (0, 082 0, 0552 ).0,15] 0,94l.
Vậy thời gian ngắn nhất để hoàn thành 1 chu kì là: t
Vre Vex 0,94 1,53 0,158 min 9, 46s. Q 15, 66 9
Câu A2.12 A hydraulic cylinder is required to exert a minimum forward dynamic thrust of 25 tonnes and a minimum return dynamic thrust of 15 tonnes. Determine a suitable standard size metric cylinder if the maximum system pressure is 200 bar. Assume that the dynamic thrust is 0.9 times the static thrust. What pressure is required at the cylinder to give the desired thrusts if the effect of back pressure is neglected? Xi-lanh thủy lực tạo ra lực đẩy nhỏ nhất là 25 tấn và lực kéo về nhỏ nhất là 15 tấn. Tìm đường kính thích hợp của xi-lanh nếu áp suất lớn nhất của hệ thống là 200 bar. Giả thuyết rằng lực động bằng 0,9 lần lực tĩnh. Áp suất của xi-lanh để đáp ứng lực yêu cầu nếu bỏ qua hiệu suất áp suất? Bài làm m1.9,81 25.103.9,81 Q 272500 N 1 0,9 0,9 Giả thiết: Fd 0,9 Ft 3 Q m2 .9,81 15.10 .9,81 163500 N 2 0,9 0,9
D2 4.272500 D 131, 7mm Quá trình tiến ra: Q1 pmax . 4 200.105. Theo tiêu chuẩn ta chọn xy lanh có kích thước: 140 90mm Q .4 272500.4 177bar. Áp suất của xy lanh lúc tiến ra: p1 1 2 D .0,142
Áp suất của xy lanh lúc thu về: p2
Q2 .4 163500.4 181bar. 2 2 ( D d ) .(0,142 0, 092 )
Câu A2.13 A hydraulic cylinder as shown infigure A.22 is to accelerate a load of 50 tonnes horizontally from rest to velocity of 10 m/min in 50 mm. Take the coefficient of fricition () betwen the load and the guides as 0,1 ; assume zero back-pressure. Determine: a. A suitable size of standerd metric cylinder if the maximum allowable pressure at the cylinder is 180 bar. b. The fluid flow rate required to drive the piston forward at 3 m/min.
Một xi-lanh thủy lực tác dụng lên tải nặng 50 tấn theo phương ngang từ trạng thái nghỉ đến vận tốc 10m/phút với quãng đường di chuyển là 50mm. Hệ số ma sát giữa tải và sàn là 0,1. Xác định: (a) Đường kính xi-lanh nếu áp suất là tối đa là 180 bar. (b) Lưu lượng cần cung cấp nếu vận tốc của pittong là 3m/phút. 10
Bài làm Ta có phương trình cân bằng lực: p. A Fms ma
Chiếu lên phương ngang ta được: p. A Fms ma A 50.103.
Suy ra A
m.
v2 kmg 2s p
(10 / 60) 2 0,1.50.103.9,81 2.0, 05 3,5.103 m 2 . 180.105
Vậy đường kính xy lanh: D
4A
4.3,5.103
66, 7mm.
Theo tiêu chuẩn ta chọn D= 80 mm. (c) Lưu lượng cần cung cấp: Q v. A 3.
.0, 082 4
15,1l / min .
Câu A2.14 A cylinder having a bore of 50 mm with a rod diemater of 32 mm is used to lift a vartical load of 3 tonnes. The circuit used is shown in A.23. The quantity delivered by the pump is 8l/min, the relift valve is see at 180 bar and the cylinder extend meter-out flowcontrol valve is set at 4l.min , Calculator: A) The extend speed. B) The pressure reading at gauge P1 when the cylinder is extending at a steedy speed. C) The pressure regestered on gauge P1 if the cylinder is extended under no load conditions i.e. Load removed. D) The setting of the retrct flow control valve in 1l/min if the retract speed is the same as 11
the extend speed. Một xi lanh có đường kính xi-lanh là 50 mm và đường kính trục là 32 mm được sử dụng để nâng tải có khối lượng 3 tấn. Hệ thống như hình vẽ. Lưu lượng bơm là 8 lít/phút, van giảm áp cài đặt 180 bar. Khi xi-lanh đẩy thì lưu lượng qua van là 4 lít/phút. Tính: (a) Vận tốc đẩy. (b) Giá trị đọc được ở P1 khi xi-lanh đang đẩy với vận tốc ổn định. (c) Giá trị P1 nếu xi-lanh hoạt động ở trạng thái đẩy không tải. (d) Giá trị cài đặt ở van lưu lượng khi xi-lanh lùi về để vận tốc lùi về bằng vận tốc đẩy.
Bài làm (a) Vận tốc đẩy: ve
Qe 4Qe 4.4.103 3, 45m / min . A a ( D 2 d 2 ) (0, 052 0.0322 )
(b) Khi xy lanh đẩy ta có biểu thức: pmax . A mg p1.( A a ) Suy ra p1
180.105.
.0, 052 4
3.103.9,81
(0, 052 0, 032 2 )
51bar .
4
12
.0, 052 4 305bar. (c) Khi ở trạng thái không tải: p1 2 (0, 05 0, 032 2 ) 4 (d) Giả thiết vận tốc về bằng vận tốc đẩy suy ra 180.
Qr vr . A ve .
D2 4
3, 45.
.0, 052 4
6, 77l / min .
Câu A2.15 A hydraulic cylinder is required to lift a 600 kg load throght a vertical height of 4 m. The working pressure is not to exceed 100 bar at the cylinder inlet port; neglect the effect of back pressure. The cylinder is to be front flange mounted, the load fully guided with the piston rod connection being pivoted. Determine the sizes of a suitable standerd piston rod and cylinder bore. Một xi-lanh thủy lực cần nâng một vật nặng 6000-kg theo phương thẳng đứng một đoạn 4m. Áp suất làm việc ở cổng vào không vượt quá 100 bar ; bỏ qua ảnh hưởng của áp suất đẩy. Xi-lanh được lắp mặt bích phía trước, vật nặng được dẫn hướng bằng trục piston lắc được. Tính đường kính thích hợp của trục piston và xi-lanh. Bài làm
Ta có: K
2 .E.
d4 64
2
L
Với: K= 6000 kg. E= 2,1.106 kg/cm2 L 2 2m 64.L2 .K 64.8.104.6000 4 46, 6mm. Suy ra: d 3 .E 3 .2,1.106 4
Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính trục piston là d= 56mm. Mặt khác khi nâng tải: p.
D2 4
mg D
4.mg 4.6000.9,81 86, 6mm p. 100.105.
Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính xy lanh D= 100mm. Câu A2.16 13
A hydralic cylinder having a bore of 125 mm and a rod diemeter of 90 mm is used to lift a load of 20 tonnes at a maximun speed of 5 m/min. The load has to be brought to rest in the cushion length of 50 mm at the end of the stroke, system pressure being applied to the full bore end of the cylinder during retardantion. Determine: a. The pressure required ti lift the load assuming zero back pressure at the annulus side of the cylinder. b. The fluid flow rate raise the load at 5m/min. c. The average pressure in cushion during retardation. Một xi lanh thủy lực có đường kính nòng là 125 mm và đường kính thanh đẩy là 90mm được sử dụng để nâng một tải 20 tấn với tốc độ tối đa là 5 m/phút. Tải được nâng đến trạng thái tĩnh trong đoạn giảm chấn dài 50 mm ở cuối hành trình, áp suất hệ thống tác dụng vào nòng của xi lanh trong suốt thời gian trễ. Xác định: (a) Áp suất khi nâng tải, giả sử áp suất về tác động vào tiết diện vành khăn bằng 0. (b) Lưu lượng nâng tải với tốc độ 5m/phút. (c) Áp suất trung bình trong đoạn giảm chấn trong hành trình trễ. Bài làm (a) Áp suất nâng tải: p
4mg 4.20.103.9,81 160bar. .D 2 .0,1252
(b) Lưu lượng nâng tải: Q v. A 5.
.0,1252 4
61,35l / min .
(c) Các lực tác dụng lên piston như sau:
2
1 5 Động năng của tải: K mv 2 0,5.20.103. 69, 44 N . 2 60 14
Lực trung bình trong đoạn làm chậm tải là: FK Áp suất trung bỉnh trong đoạn giảm chấn: p1
K 69, 44 1389 N . l 0, 05
FK 4.1389 2,35bar. A a (0,1252 0, 092 )
p. A 160.0,1252 332, 2bar. Áp suất giảm chấn để thắng được áp suất dầu là: pc A a 0,1252 0, 092
Câu A2.17 A centre lathe head stock is to be driven by a ‘constant power’ hydrostatic transmission. The varibale- displacement non-reversing hydraulic motor is to have a speed range of 300 to 2500 rev/min. The maximum power required at the output of the hydraulic motor is 6 kW. The maximum pressure available at the pump delivery is 125 bar and the pressure drop between the pump and motor is 5 bar. The torque and volumertric efficiencies of both the pump and motor may be taken as 0,85. Assuming an open loop transmission, determine: A) The ideal motor displacement and the actual pump delivery required. B) The input power required by the pump. Một mũi dao máy tiện được dẫn động bởi một hệ thống thủy lực “công suất cố định”. Một môtơ thủy lực một chiều đa tốc có tốc độ quay từ 300 đến 2500 vòng/phút. Công suất tối đa ở đầu ra môtơ là 6 kW. Áp suất tối đa của bơm là 125 bar và sụt áp giữa bơm và môtơ là 5 bar. Hiệu suất cơ và hiệu suất thể tích của cả bơm và môtơ là 0,85. Giả sự hệ thống mạch hở, xác định: (a) Lưu lượng riêng của môtơ và lưu lượng của bơm. (b) Công suất đầu vào của bơm. Bài làm (a) Sụt áp giữa bơm và môtơ là 5 bar suy ra áp suất motor: pm p p 5 125 5 120bar. Hiệu suất tổng của bơm và motor là 0 m 0 p 0,852 0, 7225. Lưu lượng thực qua motor: Q Mặt khác Q
Dm .nm
vm
Dm
Pm .600 6.600 41,5l / min . pm .0 m 120.0, 7225
Q.vm 41,5.0,85 nm 300 2500
Vậy lưu lượng riêng của motor: Dm 14 118cm3 / min . 15
Lưu lượng thực qua bơm: Q p Qm 41,5l / min . (b) Công suất đầu vào của bơm: Pp
Qp . p p
.
1
600 op
41,5.125 11,96kW . 600.0, 7225
Câu A2.18 A hydraulic cylinder has to move a load horizontally throught a distance of 3 m. The cylinder is font flange mounted and the load rigidly connected to the piston rod and fully guided. The extend force which has to be extend by the cylinder is 1.6 tonnes and the retract force 0,7 tonne. Assume the effective dynamic thrust is 0,9 times the static thrust. If the maximum system pressure is limmited to 150 bar, determine a suitable standard metric size of cylinder and calculate the actual operating pressure.
Một xy lanh thủy lực di chuyển 1 tải đi ngang 1 khoảng cách là 3m. Tải được gắn cố định trên piston và có dẫn hướng. Lực đẩy tác dụng lên xy lanh khi có tải là 1,6 tấn, lực kéo về khi không tải là 0,7 tấn. Hiệu suất áp lực động bằng 0,9 lần áp lực tĩnh. Nếu áp suất tối đa của hệ thống là 150bar, hãy xác định kích thước xylanh và tính toán lại áp suất vận hành của hệ thống. Bài làm Đường kính trục piston: Trục có dẫn hướng nên L
l 150cm. 2
Lực làm việc tối đa F= 1,6 tấn FS
F 1777, 78kg. 0,9
Hệ số an toàn: s= 3,5. Suy ra K FS .s 1777, 78.3,5 6222, 23kg. Mặt khác: K
2 .E.
d4
2 2 64 d 4 64.L .K 4 64.150 .6222, 23 34, 2mm. L2 3 .E 3 .2,1.106
Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính trục piston là d= 36mm. Đường kính xy lanh: F F 1, 6.103.9,81 A 0, 0012m 2 . Khi xy lanh đẩy lên ta có quan hệ: p. A 5 0,9 0,9. p 0,9.150.10
Suy ra D
4A
4.0, 0012
39mm.
16
Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính xy lanh là D= 50mm để phù hợp với với đường kính trục piston. Xác định lại áp suất vận hành của hệ thống: 1, 6.103.9,81 89bar. Khi xy lanh tiến ra: pe D2 .0, 052 0,9. 0,9. 4 4 Fe
Fr 0, 7.103.9,81 81bar. Khi xy lanh thu về: pr (D2 d 2 ) (0, 052 0, 0362 ) 0,9. 0,9. 4 4
Câu A2.19 A hydraulic cylinder has to move a load horizontally throught a distance of 3 m. The cylinder is font flange mounted and the load rigidly connected to the piston rod and fully guided. The extend force which has to be extend by the cylinder is 1.6 tonnes and the retract force 0,7 tonne. Assume the effective dynamic thrust is 0,9 times the static thrust. If the maximum system pressure is limmited to 150 bar, determine a suitable standard metric size of cylinder and calculate the actual operating pressure.
Cho 1 máy công cụ dùng xylanh thủy lực có phản hồi, khi chu trình đi ra của xylanh là piston đi nhanh với tốc độ 10m/phút ứng với quãng đường 1m với lực đẩy lúc đó là 2.5 tấn. Khi công tắc áp suất chuyển trạng thái thì tốc độ di chuyển của piston khi đó là 0,25m/min ứng với quãng đường là 0,5m với lực đẩy khi đó là 10 tấn. Áp suất lớn nhất của xy lanh là 200 bar. (a) Chọn kích thước xy lanh theo tiêu chuẩn (b) Tính toán lưu lượng bơm cho cả hai giai đoạn trong hành trình đi ra của xi lanh. Bài làm (a) Chọn kích thước cho xy lanh: Đường kính trục piston: Ta có: L
l 100 50 75cm. 2 2
Lực làm việc tối đa FS= 10 tấn. Hệ số an toàn: s= 3,5. Suy ra K FS .s 10.103.3,5 35000kg. Mặt khác: K
2 .E.
d4
2 2 64 d 4 64.L .K 4 64.75 .35000 37,3mm. L2 3 .E 3 .2,1.106
17
Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính trục piston là d= 45mm. Đường kính xy lanh: Khi xy lanh đẩy lên ta có quan hệ: p. A F A Suy ra D
4A
F 10.103.9,81 0, 0049m 2 . p 200.105
4.0, 0049
79mm. Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính xy lanh là D= 80mm. (b) Lưu lượng bơm: Do là mạch tái phản hồi nên:
+ Khi xy lanh tiến nhanh: Q1 v1.a v1. + Khi xy lanh nén: Q2
.D 2 4
.v2
d2 4
.0, 082 4
10.
.0, 0452 4
15,9l / min .
.0, 25 1, 257l / min .
Câu A2.20 A hydraulic cylinder having a bore of 125 mm, a rod of 80 mm diameter and a stroke of 350 mm is to fully extend and retract in a total of 15 seconds. The extend thrust to be exerted by the cylinder is 20 tonnes, the retract thrust being 10 tonnes. Determine:
The theoretical system pressure when the cylinder is extending The theoretical system pressure when the cylinder is retrscting The theoretical pump delivery required. The actual pump diplacement if the volumetric efficiency is 90% and the pump driven at 1440 rev/min. Themaximum power input to the pump if the torque efficiency is 85%
Cho 1 xy lanh thủy lực có đường kính xylanh là D=125 mm, đường kính thanh đẩy là d=80mm, và quãng đường di chuyển là 350 mm, thời gian cả đi lẫn về là 15s. Áp lực đi ra là 20 tấn, áp lực kéo vào là 10 tấn. Xác định: (a) Áp suất hệ thống khi xylanh đi ra. (b) Áp suất hệ thống khi xylanh đi vào. (c) Xác định lưu lượng lý thuyết của bơm. (d) Lưu lượng riêng của bơm nếu hiệu suất thể tích là 90% và vận tốc bơm n=1440 rev/min. (e) Công suất đầu vào lớn nhất của bơm nếu hiệu suất cơ là 85%. Bài làm
18
(a) Áp suất khi xy lanh đi ra: p
4mg 4.20.103.9,81 160bar. .D 2 .0,1252
4m2 g 4.10.103.9,81 135, 4bar. (b) Áp suất khi xy lanh đi vào: p .( D 2 d 2 ) .(0,1252 0, 082 )
(c) Thể tích cần thiết để đẩy xy lanh tiến ra: V1
D2 4
.s
.0,1252 4
.0,35 4,3l.
Thể tích cần thiết để đẩy xy lanh tiến ra: (D2 d 2 ) .(0,1252 0, 082 ) V1
4
.s
4
.0,35 2,54l.
Suy ra lưu lượng lý thuyết của bơm để hoàn thành 1 chu trình 15s: V1 V2 4,3 2,54 27,36l / min . t 15 Q 27,36 21,1ml / vg. (d) Lưu lượng riêng của bơm: D p v .n p 0,9.1440 Q
(e) Công suất đầu vào của bơm: P
Q. p 1 27,36.160 . 9,54kW . 600 t .v 600.0,85.0,9
Câu A2.21 In a open-loop hydrostatic transmission the motor displaycement is 0,5 liter/rev and it is to run at 65 rev/min. The pump supplying fluid to the motor is driven at 1440 rev/min. If the torque and overall efficienies of both the pump and motor are 95% and 85% respectively, determine: a) A suitable pump displacement. b) The pressure at the motor if the torque required at the motor is 100 Nm c) The input power to the pump if the pressure drop in the pipeword etc. Between the pump and motor is 5 bar. Trong một vòng lặp truyền động thủy lực mở, môtơ có lưu lượng riêng là 0.5 l/vg và có tốc độ 65 vòng / phút. Nếu hiệu suất cơ và hiệu suất tổng của cả máy bơm và motor tương ứng là 95% và 85%, xác định: a) Lưu lượng riêng của bơm. b) Áp suất ở motor nếu mô-men xoắn yêu cầu của motor là 1.000 Nm. c) Năng lượng đầu vào máy bơm nếu áp suất giảm trong các hệ thống đường ống, vv giữa bơm và động cơ là 5 bar. Bài làm (a) Lưu lượng riêng của bơm:
19
Lưu lượng chảy trong mạch: Qm Q p Q
Suy ra: D p
Qp n p .
(b) Ta có: Tm
p v
Dm .nm
m
0,5.65 36,3l / min . 0,85 0,95
36,3 28, 2ml / vg. 0,85 1440. 0,95
Dm . pm .tm 2 .Tm 2 .1000 pm 132,3bar. m 2 Dm .t 0,5.103.0,95
(c) Sụt áp trong mạch là 5 bar suy ra áp suất của bơm: pp=132,3+5=137,3 bar. Năng lượng máy bơm: Pp
Q p . p p 1 36,3.137,3 . 9, 77kW . 600 0 600.0,85
Câu A2.22 A hydraulic motor required to develop a torque of 100 Nm at a maximum speed of 600 rev/min. The maximum pressure drop across the motor is to be 150 bar. The torque and volumetric efficiencies are both 0,9. Determine: a) A suitable motor displacement. b) The flow required to the motor. Một động cơ thủy lực cần phải tác dụng một mô men 100Nm với tốc độ tối đa 600 vòng/ph. Áp suất tối đa sụt qua động cơ là 150 bar. Hiệu suất thể tích và cơ đều là 0,9. Xác định: (a) Lưu lượng riêng động cơ. (b) Lưu lượng cần thiết tới động cơ. Bài làm p .D . m 2 .100 46,5ml / vg. (a) Lưu lượng riêng của bơm: Tm m m t Dm 2 150.105.0,9 (b) Lưu lượng cần thiết tới động cơ: Qm
Dm .nm
vm
46,5.103.600 31l / min . 0,9
Câu A2.23 A lather head stock is directly driven by a hydraclic motor. The lathe is used to turn a bar with a maximum diameter of 60 mm.The maximum tangential cutting force on the lathe tool is 2 kN and the maximum rotational speed of the head stock is 700 rev/min. The maximum pressure set by the relief valve is 200 bar and the total pressure drop between the relief valve and the hydraulic motor is bar, the back-pressure at the motor being 5 bar. Thr overall and volumetric efficiencies of the motor are 0,85 and 0,9 respectively. Determine: 20
(a) (b) (c)
The minimum displaycement in cm3/rad. The flow rate to the motor at maximum speed. The maximum hydraulic input power to the motor.
Một máy tiện được vận hành bởi một động cơ thủy lực. Máy tiện có thể tiện được một thanh có đường kính lớn nhất là 60mm. Lực cắt tiếp tuyến lớn nhất của máy tiện là 2kN và tốc độ quay lớn nhất của đầu máy tiện là 700 vòng/phút. Áp suất lớn nhất cài đặt ở van an toàn là 200bar, sự giảm áp giữa động cơ thủy lực và van an toàn là 10bar, áp suất sau bơm là 5bar. Hiệu suất tổng và hiệu suất thể tích của động cơ lần lượt là 0,85 và 0,9. Tính: (a) Lưu lượng riêng lớn nhất của động cơ theo đơn vị cm3/rad. (b) Lưu lượng qua động cơ tại vận tốc lớn nhất. (c) Công suất lớn nhất cần cung cấp cho động cơ. Bài làm d 2
(a) Moment do lực cắt gây ra: Tm Fc . 2000.
0, 06 60 Nm. 2
Suy ra lưu lượng riêng của motor: p .D . m 2 .60 Tm m m t Dm 21,58ml / vg 3, 43ml / rad . 2 5 0,85 (200 10 5).10 . 0,9
(b) Lưu lượng qua motor: Qm
Dm .nm
vm
21,58.103.700 16,8l / min . 0,9
(c) Công suất lớn nhất cần cung cấp: Pm
Q. pm m 16,8.200 .0 .0,85 4, 76kW . 600 600
Câu A2.24 A hydraulic motor with a displaycement of 475 cm3/rev is used to drive directly a conveyor drum having a diemeter of 0,7 m.The pressure drop over the motor is 140 bar and the actual flow into the motor 48 l/min. The overall and torque efficiency of the motor are 0,9 and 0,94 respectively. Determine: A) The torque at the conveyor drum. B) The power in kilowatts supplied to the conveyor drum. C) The linear speed of the conveyor belt. Một động cơ thủy lực có lưu lượng riêng 475cm3/rev được sử dụng để vận hành trực tiếp một tang trống băng tải có đường kính 0.7m. Áp suất tác động lên động cơ là 140 bar và lưu lượng thực tế vào động cơ 48l/min. Hiệu suất tổng và hiệu suất cơ của động cơ lần lượt là 0,9 và 0,94. Xác định : 21
(a) Mô-men xoắn ở tang trống băng tải. (b) Công suất tính bằng kW cung cấp cho tang trống băng tải. (c) Tốc độ dài của băng tải. Bài làm (a) Moment xoắn ở tang trống băng tải: tm .Dm . pm 0,94.475.106.140.105 Tm 995 Nm. 2 2 Q. pm m 48.140 .0 .0,9 10,1kW . 600 600 0,9 48. m Q.v 0,94 96, 75vg / min 10,13rad / s. (c) Tốc độ quay của tang trống: nm Dm 475.103
(b) Công suất cần cung cấp cho tang trống: Pm
Tốc độ dài của băng tải: vr nm .r 10,13.
0, 7 3,55m / s 213m / min . 2
Câu A2.25 A vehicle weighting 2 tonnes is to be driven up a slope of 1 in 10 (1 vartical in 10 measured along the slope) at a speed of 20 km/h. The coefficient of rolling resistance may be taken as 0,1. The vehicle is driven hydraulically by two fixed-displaycement motors fitted in the rear wheels which have an effective diameter of 850 mm. The volumetric and torque efficiency of the motors are both 0,95. The maximum pressure drop across the motors is 250 bar. Determine: -
The required motor displaycement. The fluid flow from the pump at maximum speed.
Một xe nặng 2 tấn di chuyển lên dốc tỉ lệ 1:10 với vận tốc 20 km/h. Hệ số ma sát lăn là 0,1. Xe được dẫn động thủy lực nhờ hai động cơ có lưu lượng riêng cố định nằm ở bánh sau với đường kính hiệu dụng là 850mm. Hiệu suất thể tích và cơ đều là 0,95. Sụt áp tối đa qua động cơ là 250 bar. Xác định: (a) Lưu lượng riêng của động cơ cần dung. (b) Lưu lượng từ bơm ở tốc độ cao nhất của xe. Bài làm (a) Ta có: sin 0,1 cos 0,995 Các lực tác dụng lên xe: Chiếu lên phương Ox ta được phương trình cân bằng lực: F Fms P sin . Suy ra F k .mg.cos mg sin 2000.9,81.(0,1.0,995 0,1) 3914, 2 N .
22
F 1957,1N . 2 0,85 831,8 Nm. Momen của mỗi motor: Tm Fc .r 1957,1. 2 2 .Tm 2 .831,8 0, 22l / vg. Suy ra lưu lượng riêng của mỗi động cơ: Dm pm .t 250.105.0,95
Vậy lực mà mỗi motor phải đạt được là Fc
2v (b) Số vòng quay của motor: nm r d
Lưu lượng cho mỗi motor: Qm
nm .Dm
v
1000 60 784rad / min 124vg / min . 0,85
2.20.
28,9l / min .
Suy ra lưu lượng từ bơm cấp cho 2 motor: Q p 2Qm 2.28,9 57,8l / min . Câu A2.26 A rotating feed table with a mass of 50 kg and a radius of gyration of 0.4 m is driven by a hydraulic motor. The table has to be accelerated from rest to a maximum speed of 120 rev/min in 0m5 second. The maximum pressure drop across the motor is 200 bar. Taking the volumetric and torque efficiencies of the motor as 0,96 and 0,95 respectively, determine: a. A suitable displaycement for the motor. b. The actual pump delivery required to drive the motor at maximum speed if the pump efficiencies are the same as those of the motor. Một bàn ăn xoay với khối lượng tới hạn là 500kg và bán kính là 0,4m được dẫn động bằng động cơ thủy lực. Bàn được gia tốc từ trạng thái nghỉ tới tốc độ lớn nhất 120 vòng/phút trong 0,5s. Áp suất lớn nhất qua động cơ là 200bar. Hiệu suất cơ và thể tích của động cơ lần lượt là 0,96 và 0,95. Tính (a) Lưu lượng riêng của động cơ. (b) Tính lưu lượng thực của bơm cung cấp cho động cơ tại tốc độ lớn nhất nêu hiệu suất giống động cơ. Bài làm (a) Moment quán tính của bàn ăn: I mr 2 50.0, 42 8(kg.m 2 ). w 120.2 25,13rad / s 2 . Gia tốc góc: t
60.0,5
Moment cần cung cấp cho động cơ: Tm I 8.25,13 201, 06(Nm). 23
Ta có: Tm mt Dm pm Tm 201, 06.102 Dm m 10, 6(cm3 / rad ) 66,5(cm3 / vg ). 5 t pm 0,95.200.10 (b) Lưu lượng thực của bơm: Q p Qm
Dm .nm
vm
66,5.103.120 8, 4l. 0,95
Câu A2.27 A hydraulically-powered haulage is used to wind a train of wagons up a drift mine. The weight of the train is 5 tonnes, the slope of the track is 1 vertical 10 measured along the slope length. Thr haulage rope is layerd on the drum but to simplify tha calculation assume that the effective diemeter remains constant at 1 m. The track has a length from the haulage to the pit bottom of 1500 m. The haulage rope has a weight of 4 kg/m run. The haulage drum has a weight of 1,5 tonnes when the haulage rope is fully unwound and a radius of gyration of 0,5 m. The train is to be capable of being accelerated from rest at the bottom of the slope to a stop speed of 5 km/h in 10 seconde. The maximum pressure drop across the haulage motor is 300 bar and the torque and the volumetric efficiencies of the motor are both 95%. 1. Calculate the motor displaycement per revolution. 2. Should the haulage have to be stopped halfway to suface, what would bbe the maximum possible acceleration on restarting? Take into account the change in drum inertia owing to the haulage rope being wound on to the drum. 3. If the pump supplying the haulage motor has a volumetric efficiency of 92% and an overall efficiency of 82%, Calculate the required displaycement per revolution when it is driven at 2200 rev/min. 4. What is the input power needed by the pump if the total pressure loss between the pump and motor is 30 bar? Một đầu máy thủy lực được dùng để kéo xe lửa lên khu hầm mỏ. Trọng lượng của xe lửa là 5 tấn, độ dốc cần kéo lên là 1:10 theo chiều dài dọc mặt nghiêng dốc. Dây tải để đơn giản thì ta giả sử rằng đường kính suốt chiều dài là hằng số và bằng 1m. Chiều dài dây tải suốt từ đầu tới cuối là 1500 m. Dây tải có khối lượng riêng là 4 kg/m chiều dài. Khối lượng của tang trống là 1,5tấn khi chưa cuộn dây vào và có bán kính là 0,5m.Toa tàu có khả năng tăng tốc từ trạng thái ban đầu đứng yên lên tốc độ cao nhất là
24
5 km/h trong 10 giây. Áp suất lớn nhất đạt được tác dụng lên mô tơ kéo là 300bar và hiệu suất cơ và thể tích của mô tơ đều là 0,95. (a) Tính lưu lượng riêng của môtơ. (b) Đầu kéo có dừng lại nửa chừng, gia tốc lớn nhất có thể đạt được lúc khởi động lại là gì?Có tính đến lực quán tính của tang trống. (c) Nếu bơm cung cấp cho đầu kéo mô tơ có hiệu suất thể tích là 0,92 và hiệu suất tổng là 0,87, hãy tính lưu lượng riêng cần thiết khi nó đạt tốc độ quay là 2200 vg/ph. (d) Tính công suất đầu vào cần thiết của bơm nếu tổng áp suất bị mất giữa bơm và mô tơ là 30bar. Bài làm v t
(a) Gia tốc của tàu: a
5.1000 0,14m / s 2 . 3600.10
Phương trình phân tích lực: F P sin ma. Suy ra F m( g sin a) [(5 1,5).1000 4.1500].(10.0,1 0,14) 14236, 25 N . Moment cần cấp cho motor: Tm F .r 14236, 25.0,5 7118,125 Nm. Vậy lưu lượng riêng của motor: Dm
2 Tm 2 .7118,125 1, 6l / vg. m t . pm 0,95.300.105
(b) Khi lên được nửa đường, khối lượng tang trống là: m 1,5.1000 4.750 4500kg. Suy ra moment quán tính của tang trống: I mr 2 4500.0,52 1125 Nm 2 . a r
Phương trình động học: F m( g sin a) I . . Suy ra a
14236, 25 (5000 1500 750.4). 8000
1125 0,5
10 10 0, 4621l / s 2 .
(c) lưu lượng riêng của bơm: Q p pv .D p .n p Lưu lượng riêng của môtơ: Qm
Dm .nm mv
Mà lưu lượng do bơm cấp bị mất mát do hiệu suất của bơm mới bằng lượng lưu lượng của môtơ nên ta có: p
o . pv .D m n p
Dm .n m
v
m
Dm
m
Dm .n m 1, 6.26,53 0, 0254(l / vg ) p p v . o . v .n p 0,95.0,87.0,92.2200
5 10 60v 36 26,53(v / ph) Với: nm 2 R 2 .0,5 60
25
(d) Ta có, mất áp từ bơm qua mô tơ là 30 bar nên áp suất lớn nhất ở bơm là 330 bar.Do đó, công suất cần thiết cấp cho bơm là: D n p 25, 4.103.2200.0,92 P p p v pp 330 32,5kW po .600 0,87.600 Câu A2.28 A closed loop hydraulic system consists of a avariablr-displaycement pump driving a fixed displaycement motor as shown diagramatiacally in figure A.24 1. Show that
Where s is the Laplace transform function, Kp is the pump constant for a given speed p is the motor displaycement, and is the constant, The combined leakage coessicient for the pump and motor is B) Determine from first principles the response of the system to a unit step input after a time equal to 3 .Calculate the value of . In a particular system the values are Load inertia, I=100 Nms2 Leakage coefficient, =12x10-3 l/min/bar Most displacement, dm=25 ml per eadian Pump flow constant, Kp=5x10-3m2s-1 C) Draw a polar plot for the frequency response of the system to an input sin t for values of between 1 and 10 radians per second.
Một hệ thống thủy lực vòng kín bao gồm một bơm lưu lượng riêng thay đổi được dẫn động một động cơ lưu lượng riêng cố định như sơ đồ A.24. (a) Chứng minh rằng:
Trong đó s là hàm biến đổi Laplace, ,
là dòng cố định từ bơm ứng với một tốc độ
là lưu lượng riêng của động cơ, là hằng số thời gian. Bỏ qua tính nén được của 26
chất lỏng. Hệ số dòng rò kết tổng của bơm và động cơ là . (b) Xác định nguyên tắc đáp ứng đầu tiên của hệ thống đối với một đầu vào bậc thang sau một khoảng thời gian . Tính toán giá trị của . Trong một hệ thống cụ thể giá trị là: Quán tính của tải I= 100Nm.s2 Hệ số rò rỉ
l/min/bar.
Lưu lượng riêng của động cơ
25ml/rad
Lưu lượng của bơm (c) Vẽ một đồ thị trong hệ tọa độ cực thể hiện đáp ứng của hệ thống cho đầu vào với giá trị của
từ 1 đến 10 rad/s. Bài làm
(a) Rò rỉ của bơm: p Pp Lưu lượng thực từ bơm K pY p Pp q Rò rỉ motor m Pm Lưu lượng thực sử dụng trong motor q m Pm m d m Do đó : m d m K pY p Pp m Pm Bỏ qua sự giảm áp trong hệ thống P= Pm= Pp Và nếu là hệ số rò rỉ của bơm và motor thì m d m K pY P Nếu momen ra của motor là Tm thì Tm d m P I
d m dt
Trong đó I là tải trọng tĩnh của đầu ra. Thay P vào ta được: I
d m d m ( K pY m d m ) / m dt
Sử dụng biến đổi laplace:
27
Is m ( s )
d m ( K pY ( s ) m ( s ) d m )
m ( s )(Is
d m2
)
dm
K pY ( s )
K m ( s ) (d m K p / ) / Is (d m2 / ) p (1/ (1 s))(*) Y (s) dm
(b) Ta có:
Từ (*) suy ra m
Kp dm
I d m2
(1 e t / )
(c) Ta có Y=sinωt suy ra Y ( s)
12.103.100 0,32 105.1000.(25.106 ) 2
5.103 (1 e 3 ) 190(rad / s) 25.106
s 2 2
M ( ) [(t 2 2 )1/2 ]1.0, 2.103 [(12 0,322 )1/2 ]1.0, 2.10 3 tan 1 (0,32)
28
Câu A2.29 A dumper truck is to be driven by a reversible flow -controlled hydrostatic transmission. The details of the vehicle and drive are Gross weight of vehicle Number of driven wheels Rolling resistance Rolling radius of wheels Maximum vehicle speed on flat Time to accelerate to maximun speed on flat The vehicle is to be capable of climbing a maximum gradient of 1 in 4; maximum speed and acceleration on gradient are unimportant. Variable-displaycement pumps are available with maximum theoretical deliveries starting at 20 l/min and increasing in step of 10 l/min when driven at engine speed. Fixed-capacity motors aer available with capacities staring at 0,1 l/rev in increasing steps of 0,05 l/rev The maximum operating pressure of the system is 300 bar. Both punps and motors have volumetric efficiencies of 0,95, The torque efficiency of the motor is 0,94 and the overall efficiency of the pump 0,9.
Neglecting any pressure drops in pipework select suitable hydraulic pump and motors and determine the power to the pump. If the vehicle weight distribution is 70% on the rear wheels, 30% on the front wheels and the coefficient of traction between the driven wheels and the ground is 0,95 determine the maximum gradient up which the vehicle could climb.
Một xe tải được dẫn động bằng động cơ thủy lực, có các thông số sau. Khối lượng xe =7 tấn Số bánh xe= 2 (bánh sau) Ma sát lăn= 100kg trên 1 tấn Bán kính lăn của bánh xe= 0.4m Tốc độ lớn nhất trên mặt phẳng = 15km/h 29
Thời gian đạt được tốc độ lớn nhất=5s Xe có khả năng đi lên dốc lơn nhất là 1: 4. Vận tốc lớn nhất khi lên dốc không quan trọng. Giá trị của lưu lượng riêng bơm theo lý thuyết bắt đầu 20 l/phút và tăng lên từng bước là 10 l/phút. Động cơ có lưu lượng riêng bắt đầu từ 0,1 l/phút và tăng theo từng bước 0,05 l/phút. Áp suất lớn nhất của hệ thống là 300 bar. Cả bơm và động cơ đều có hiệu suất thể tích là 0,95, hiệu suất cơ của động cơ là 0,94. Hiệu suất tổng của bơm là 0,9 (a) Bỏ qua áp suất rò khi làm việc, chọn giá trị công suất đầu vào của động cơ và motor. (b) Nếu khối lượng xe phân bố 70% bánh sau và 30% bánh trước, hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đất à 0.95. Xác định đoạn dốc tối đa mà xe có thể leo lên được. Bài làm a) Số vòng quay của motor: nm 60 Gia tốc của motor: a
15 99, 47(vg / ph) 3, 6(2 .0, 4)
15 5 (m / s 2 ) 3, 6.5 6
Lực ma sát: Fm 100.7.9,81 6867( N ) 5 6
Lực quán tính: Fqt 7000. 5833,3( N ) Lực cần thiết để lên dốc khi độ dốc lớn nhất là: F
7000 9,81 17167,5( N ) 4
Tổng lực motor cần phát động khi tốc độ quay lớn nhất: Fo=6867+5833,3 = 12700,3(N) Tổng lực motor cần phát động khi leo dốc lớn nhất: Fo=6867+17167,5 = 24034,5(N) Moment mỗi motor cần có: T=24034,5.0,4/2=4806,9 Nm Lưu lượng riêng của motor: Dm
T .2 4806,9.2 103 1, 07(l / vg ) 5 0,94 P 0,94.300.10
Nên ta chọn lưu lượng riêng của bơm là 1,1 (l/vòng). 30
Lưu lượng của motor: Qm 2 Lưu lượng của bơm: Q p
nm Dm 99, 47.1,1 2 230,36(l / ph) 0,95 0,95
Qm 242,1(l / ph) 0,95
Áp suất của hệ thống: 300/2 = 150 bar Công suất vào của bơm: N p
Q p PP 600.0,9
67, 25kW
b) Lực cần để xe có thể leo dốc: Fo 7000.0, 7.9,81.0,95 45665,55( N )
Chương 1 1.1 Cửa hút của bơm đặt thấp hơn mặt thoáng của bể chứa 0.6 m. Biết tỷ trọng của dầu là 0.86. Xác định cột áp tĩnh tại cửa hút của bơm? Trả lời: Khối lượng riêng của nước: 1g/cm3 hoặc 1000kg/m3 Khi đó khối lượng riêng của dầu là 0,86.1g/cm3 hoặc 860kg/m3 Áp suất tĩnh tại cửa hút: = 860.0,6 = 516 kg/m2 = 0,0516 kg/cm2 =0,0516.0,981 = 0,0506 bar Lưu ý: 1 kg/cm2 = 0, 981 bar 1.2 Tính toán đường kính đường hút và đường đẩy của bơm có lưu lượng 40 l/ph,vận tốc lớn nhất đường hút là 1.2 m/s, đường đẩy là 3.5 m/s. Trả lời: Trường hợp đường hút của bơm: Lưu lượng = Vận tốc trung bình x Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy Diện tích của ống = Lưu lượng = 40 l/phút = 40/60 x 10-3 m3/s Diện tích của ống =
= 0,555.10-3 m2 31
Đường kính đường hút của bơm: Diện tích của ống = πD2/4 = 0,555.10-3 m2 Suy ra: D = 0,0266 m = 26,6 mm Vậy đường kính nhỏ nhất đường hút của bơm : D = 26,6 mm Chú ý: Trong tất cả các tính toán cần chú ý đến tất cả các đơn vị đều đúng Thay thế, nếu vận tốc dòng chày là 1 m/s2 thì khi đó, đường kính đường hút của bơm sẽ là 29 mm. Đường kính cần thiết của đường đẩy của bơm có thể được tính toán theo cách tương tự lấy vận tốc của dòng chảy là 3,5 m/s2. Khi đó, đường kính nhỏ nhất của đường đẩy của bơm là 15,6 mm Trong thực tế, đường kính tính ra được không chắc rằng sẽ có sẵn, trong một số trường hợp đó ta sẽ chọn một ống tiêu chuẩn có đường kính lớn hơn. Ngoài ra, một số ống có đường kính tiêu chuẩn nhỏ hơn cũng có thể đươc chọn, nhưng cần phải kiểm tra lại và tính toán để đảm bảo rằng vận tốc dòng chảy nằm trong phạm vi cho phép. Ví dụ: Một ống tiêu chuẩn có đường kính ngoài là 20mm và dày 2,5 mm có bán sẵn trên thị trường. Nó cho phép sử dụng với đường kính 15 mm. Vận tốc dòng chảy = Diện tích ống = Vận tốc dòng chảy =
=> Thoả
Điều này cũng quan trọng để đảm bảo rằng độ dày của thành ống là đủ để chịu được áp suất làm việc của chất lỏng 1.3 Một máy bơm thuỷ lực cung cấp lưu lượng 12 l/phút với áp suất 200 bar 1. Tính toán công suất của bơm 2. Nếu hiệu suất tổng của bơm là 60%. Tinh công suất motor cần thiết để bơm hoạt động đúng công suất. Giải: 1. Công suất bơm (kW) 2. Hiệu suất tổng của bơm => Công suất motor
6,67 kW
Chương 2. 2.1 Bơm có lưu lượng riêng 14cm3/vòng, số vòng quay 1440 vòng/phút và chịu được áp suất lớn nhất là 150 bar. Hiệu suất thể tích của bơm 0,9, hiệu suất tổng 0,8. Tính: 32
1. Lưu lượng chất lỏng bơm cung cấp trong 1 phút 2. Công suất nạp vào trục bơm 3. Moment tại trục bơm Giaỉ 1. Lưu lương bơm: Qp = Hiệu suất thể tích x lưu lượng riêng x Số vòng quay = 0,9.14.10-3.1440 = 18,14 lit/phhút 2. Công suất trục bơm = Nếu lưu lượng Q có đơn vị lít/phút và áp suất P có đơn vị bar, khi đó Công suất thuỷ lực
kW
Công suất trục bơm = 5,67 kW Hiệu suất cơ =
3. Moment tại trục bơm:
Ví dụ 2.2 Một máy bơm có lưu lượng riêng 1 lít / phút được đưa vào một ống có tổng thể tích của lít. Nếu cuối đường ống đột nhiên bị chặn, tính toán gia tăng áp lực sau 1 giây.
Ví dụ 2.3
33
Một xy lanh thủy lực làm việc theo chu trình như sau: tiến ra trong 5s với áp suất 25 bar, lưu lượng là 12 l/min; sau đó dừng lại trong 25s với áp suất 200 bar. Tiếp theo lùi về trong 4s với áp suất 35 bar, lưu lượng là 12 l/min; dừng lại trong 26s với áp suất 200 bar. Áp suất/lưu lượng cần cho hệ thống được trình bày ở hình vẽ. Ta thấy rằng lưu lượng chỉ cần cho 15% trên tòan bộ chu trình. Nếu sử dụng bơm có lưu lượng riêng cố định với lưu lượng là 12 l/min thì lưu lượng này phải xả qua van giới hạn áp suất được cài đặt ở giá trị 200 bar trên 85% chu trình.
Công suất cung cấp theo lý thuyết là Lưu lượng x Áp suất = (12*200)/600 = 4 kW Nếu sử dụng hệ thống thủy lực như hình dưới thì phần lớn năng lượng cung cấp này chuyển thành nhiệt năng khi dầu xả qua van giới hạn áp suất.
34
Thể tích dầu cần cung cấp cho1 chu trình làm việ
Cho hành trình đi về Lượng dầu cần cho1 phút là (1+0.8) = 1.8 lít Như vậy, nếu ta trữ trước dầu trong bính tích áp(lượng dầu này được cung cấp bởi bơm trong lúc cơ cấu chấp hành dừng lại) thì bơm có lưu lượng 1.8 l/min là đủ. Tuy nhiên, vì áp suất 200 bar cần duy trì cho khoảng thời gian cơ cấu chấphành dừng lại, nên áp suất dầu nén trong bình tích áp phải cao hơn giá trị này, ví dụ 250 bar. Khi đó áp suất trong hệ thống sẽ dao động trong phạm vi từ 200 đến 250 bar. Đây là nhược điểm của hệ thống. Việc xác định chính xác lưu lượng của bơm cần cung cấp dầu cho cơ cấu chấp hành thực hiện đúng theo thời gian yêu cầu trong trường hợp này là rất khó. Để cho chắc chắn, ta chọn bơm có lưu lượng lớn hơn, ví dụ 2 l/min và van giới hạn áp suất ở 250 bar. Khi đó, công suất cung cấp cần là: 35
(2*250)/600 = 0,83 kW Giá trị này nhỏ hơn rất nhiều so với khi hệ thống không sử dụng bình tích áp.
Ví dụ 2.4: Hãy tham khảo để Hình 2.24 Một băng tải được điều khiển bởi một động cơ thủy lực, và bằng cách sử dụng ba máy bơm có lưu lượng riêng khác nhau, bảy bước tốc độ có thể đạt được, ngoài bước không.
Ví dụ 2.5 Một máy ép cần lưu lượng là 200 l/min ở giai đoạn làm việc vận tốc cao cho công đoạn đóng và mở khuôn với áp suất là 30 bar. Giai đoạn ép áp suất làm việc là 400 bar, lưu lượng dao động từ 12 đến 20 l/min. Công suất cần ở giai đoạn đóng/mở khuôn là: 36
(200*30)/600 = 10kW Để sử dụng luôn công suất này cho giai đoạn ép thì: q*400 = 200 x 30 với q là lưu lượng khả thi trong quá trình ép =>q= 15 l/min là chấp nhận được. Vậy yêu cầu lưu lượng của bơm như sau : Ở áp suất cao, lưu lượng thấp : 15 l/min Ở áp suất thấp, lưu lượng lớn: (200 –15) = 185 l/min.
Bơm đôi này tương đương với 1 bơm lưu lượng không đổi có lưu lượng 200l/min, làm việc ở áp suất 400 bar, tiêu thụ công suất vào là 133,3 kW. Ví dụ 2.6 Thông tin thiết kế : Một hệ thống thủy lực được cung cấp dầu bởi một bơm mà sơ đồ đặc tính về lưu lượng và áp suất trong một chu kỳ làm việc được mô tả ở hình sau. Thời gian để thực hiện hết một chu trình là 30s. Hệ thống chỉ cần lưu lượng trong một phần hai chu trình. Nhưng thời gian cần duy trì áp suất chiếm 2/3 trên tổng số thời gian. Bốn phương pháp điều khiển được xem xét là: 3) Sử dụng bơm có thể tích riêng cố định 4) Sử dụng 2 bơm có thể tích riêng cố định 5) Sử dụng hệ thống bình tích áp 6) Sử dụng bơm có thể tích riêng thay đổi được. 37
Sơ đồ về lưu lượng và áp suất trong một chu kỳ làm việc:
3. Sử dụng bơm lưu lượng riêng không đổi
38
Lưu lượng lý thuyết của bơm là 25 l/min. Tuy nhiên, để đảm bảo an tòan thông thường giá trị này được cộng thêm khỏang chừng 10%. Vậy lưu lượng thực của bơm là 27.5 l/min Áp suất gây ra bởi tải là 150 bar.Van giới hạn áp suất phải chỉnh lớn hơn áp suất gây ra bởi tải 10%. Như vậy, áp suất lớn nhất bơm sẽ chịu là150 + 10%= 165 bar Chọn động cơ điện để kéo bơm có vận tốc quay là 1440 rev/min. Như vậy, tại vận tốc quay là 1500 rev/min lưu lượng của bơm là27.5 x (1500/1440) = 28.7 l/min
Các bơm theo tiêu chuẩn có thôn số gần với kết quả tính tóan là: 39
c) Bơm 1PL 060 với lưu lượng cung cấp tại vận tốc 1500 rev/min là 28.1 l/min (tương đương với 27 l/min tại vận tốc 1440 rev/min). Áp suất có thể làm việc đến 250 bar. d) Bơm 1PL 072 với lưu lượng cung cấp tại vận tốc 1500 rev/min là 33.6 l/min (tương đương với 33.2 l/min tại vận tốc1440 rev/min). Áp suất có thể làm việc đến 210 bar Như vậy, lựa chọn a) là phù hợp với yêu cầu mà hệ thống cần. Khi chọn bơm này, công suất động cơ điện dùng để kéo bơm phải là: (27 x 165)/600 = 7.4 kW Tại giây thứ 10, năng suất cần cung cấp cho hệ thống là: (25 x 150)/600 = 6.25 kW Năng lượng thủy lực cần cung cấp tại giây thứ 30 là: (20 x 100)/600 = 3.3 kW Vì bơm được sử dụng là lọai có thể tích riêng cố định (bơm luôn cung cấp lưu lượng khi động cơ họat động). Do vậy, mặt dù từ giây 10 đến giây 15 cơ cấu chấp hành không nhận lưu lượng, nhưng áp suất trong suốt thời gian này vẫn yêu cầu duy trì ở giá trị 150 bar. Nên bơm vẫn phản nén dầu lên hệ thống. Tuy nhiên tòan bộ lượng dầu này phải xả về bể chứa qua nhánh van giới hạn áp suất (mục đích của việc cấp dầu lúc này là duy trì áp suất)
40
Năng lượng dư sẽ biến thành nhiệt năng. Năng lượng lý thuyết được cung cấp bởi động cơ là 7.4 kW cho thời gian làm việc là 20s. Nhưng năng lượng tạo ra công được dùng giữa giây thứ 5 và 10, và giữa giây thứ 20 và 30. Như vậy : Năng lượng cung cấp lý thuyết là : 7.4 x 20 = 148 kJ Năng lượng sử dụng có ích là : (6.25 x 5/2) + (3.3 x 10/2) = 32.12 kJ Hiệu suất của hệ thống là : (32.12 x 100)/148 = 21.7 % 2. Sử dụng 2 bơm lưu lượng không đổi:
41
Khi sử dụng hai bơm có lưu lượng cố định, một bơm dùng để cấp lưu lượng lớn và một bơm dùng để cấp lưu lượng nhỏ.Hai bơm được chọn có lưu lượng là 20 l/min và 5l/min.Để an tòan, lưu lượng của bơm nên cao hơn 10% so với lưu lượng cần. Vì vậy, hai bơm nên có lưu lượng là 22 l/min và 5.5 l/min. Hệ 2 bơm là có thể đạt được với bơm bánh răng. Hình dưới trình bày một vài loại bơm có thể kết hợp với nhau.
Hệ thống dựa trên cơ sở chu kì thời gian nên cảm biến thời gian có thể dùng để điều khiển bơm cấp công suất. Với 2 bộ lọc trên hình thì một lượng dầu không đổi sẽ chảy qua mỗi bộ lọc bất chấp cơ cấu chấp hành có tải hay không và tất cả dầu sẽ được lọc. Nếu 1 42
bộ lọc được đặt ở trước cơ cấu chấp hành thì chỉ dầu qua cơ cấu chấp hành được lọc, và bộ lọc này sẽ làm việc dựa vào cuộn dây a và b. Dòng chảy qua hệ thống được điều khiển bởi 2 role điện từ a, b bằng role thời gian. Khi cả 2 cuộn dây không hoạt động, dầu từ 2 bơm về bể ở áp suất bằng 0 và tiêu tốn năng lượng. Khi 1 cuộn hoạt động dòng dầu về bể bị khóa và dầu đi vào hệ thống. Lưu lượng thực tế của hai bơm sau khi chọn theo catalog của nhà sản xuất là 22.9 l/min và 5.7 l/min tại vận tốc quay là 1440 rev/min với áp suất làm việc 175 bar. Áp suất làm việc thực thế của bơm là 165 bar. Như vậy lựa chọn trên là chấp nhận được. Khi bơm làm việc ở áp suất 165 bar thì lưu lượng cung cấp sẽ cao hơn các giá trị 22.9 l/min và 5.7 l/min một chút. Năng lượng được cung cấp bởi bơm 22.9 l/min ớ áp suất 165 bar là: (22.9 x 165)/600 = 6.3 kW Năng lượng được cung cấp bởi bơm 5.7 l/min ớ áp suất 165 bar là: (5.7 x 165)/600 = 1.6 kW Hình dưới trình bày sơ đồ năng lượng cung cấp cho hệ thống và năng lượng tiêu thụ trong một chu trình làm việc. Tổng năng lượng cung cấp cho hệ thống là [(1.6+6.3) x 5]+ (1.6 x5) +(6.3 x 10) = 110.5 kJ Phần trước ta đã biết năng lượng sử dụng có ích là 32.12 kJ. Vậy hiệu suất của hệ thống này là : (32.12 / 110.5) x 100 = 29.1%
5. Sử dụng bình tích áp : 43
Trong hệ thống có sử dụng bình tích áp, lưu lượng cung cấp bởi bơm sẽ được lưu trữ trong bình tích áp với 1 ápsuất nén nhất định tùy theo các thông số hiện có của hệ thống. Để tính kích thước của một bình tích áp, các thông số sau đây cần phải được xác định: Lưu lượng lớn nhất cần từ bình tích áp Áp suất làm việc lớn nhất Áp suất làm việc nhỏ nhất Áp suất cần nạp cho bình tích áp Để tính lưu lượng lớn nhất từ bình tích áp ta tìm lưu lượng trung bình cần trong một chu trình làm việc. Theo dữ liệu bài toán ta tính như sau: a) b) c) d)
Thể tích dầu đến hệ thống = 25 l/min cho 5s + 20 l/min cho 10s =(25/60 x 5) + (20/60 x 10) = 5.42 lít cho1 chu trình Lưu lượng trung bình cho1 chu trình được tính như sau: Thể tích dầu trong 1 chutrình/ Thời gian thực hiện = 5.42 / 0.5 = 10.84 l/min = 0.18 l/s Thể tích dầu vào/ra bình tích áp được tính bằng cách nhân lưu lượng trung bình với thời gian. i) Từ giây 0 đến giây 5 Lưu lượng cung cấp bởi bơm= 0.18 l/s Hệ thống nhận = 0 Lưu lượng vào bình tích áp là 0.18 l/s Thể tích dầu vào bình tích áp từ giây 0 đến giây 5 là 0.18 x 5 = 0.9 lít. i) Từ giây 0 đến giây 5 Lưu lượng cung cấp bởi bơm = 0.18 l/s Hệ thống nhận = 0 Lưu lượng vào bình tích áp là 0.18 l/s. Thể tích dầu vào bình tích áp từ giấy 0 đến giây 5 là 0.18 x 5 = 0.9 lít (iii) Tương tự, từ giây thứ 10 đến giây thứ 20 của chu trình Lưu lượng vào bình tích áp là 0.18 x 10 = 1.8 lít 44
(iv)Từ giây thứ 20 đến giây thứ 30 Bơm cung cấp = 0.18l/min Hệ thống cần = 20l/min = 0.333l/s Lưu lượng cần phải bù từ bình tích áp = 0.333–0.18 = 0.153l/min Như vậy thể tích dầu cần từ bình tích áp từ giây 20 đến giây 30 là 0.153x10=1.53lít.
Thể tích dầu được lưu trữ lớn nhất trong bình tích áp là (1.53 + 0.285) = 1.815 l.
Áp suất làm việc của hệ thống là 150 bar. Áp suất khí nén trong bình tích áp được chọn bằng 90% giá trị này, tức là 0.9 x 150 = 135 bar. Áp suất lớn nhất được chọn phải nằm trong vùng cho phép của bơm, đối với bơm bánh răng áp suất này khỏang chừng 250 bar. Như vậy ta có thể chọn áp suất lớn nhất để tính tóan là 207 bar. 45
Để tính được kích thước thực của bình tích áp, các trạng thái khác nhau của khí trong bình tích áp được xem xét. Chú ý rằng các giá trị áp suất và nhiệt độ trong các phép tính liên quan đến chất khí phải là các giá trị tuyệt đối. Áp suất khí ban đầu, P1= 135 bar đồng hồ= 136 bar, áp suất tuyệt đối. Áp suất lớn nhất, P2 = 207 bar đồng hồ = 208 bar, áp suất tuyệt đối. Áp suất nhỏ nhất, P3 = 150 bar đồng hồ = 151 bar, áp suất tuyệt đối.
Thể tích dầu (nhỏ nhất) cần cung cấp bởi bình tích áp như đã tính ở phần trên là: V3–V2 = 1.815 l Giả sử quá trình chuyển đổi từ trạnh thái a) sang b) là quá trình đẳng nhiệt, khi đó P1V1 = P2V2 Hay (V1/V2) = (P2/P1) = 208/136= 1.529 Giả sử rằng quá trình chuyển trạng thái từ b) sang c) là quá trình đẳng entropi, khi đó P2V2 = P3V3 , γ= 1.4 => (V3/V2) = 1.257 Vậy V3–V2 = 1.815 V1 = 1.529 V2 V3 = 1.257 V2 Từ các công thức trên ta tính được V1 = 10.8 l 46
Như vậy, theo kết quả tính tóan ở trên thì bình tích áp phải có thể tích tối thiểu là 10.8 lít. Khí trong bình phải nén trước với áp suất 135 bar và áp suất lớn nhất là 207 bar.Bơm cần phải cấp một lưu lượng là 10.84 l/min áp suất làm việc lớn nhất là 207 bar. Bơm được chọn là OPL 028: Lưu lượng là 13.17 l/min tại vận tốc quay 1440 rev/min, nghĩalà 0.219 l/s. Sau khi đã chọn bơm, ta tính lại để chọn bình tích áp như sau: Để tránh hiện tượng dư dầu trong bình tích áp (vì điều này làm giảm tuổi thọ của túi khí) thì cần phải lắp thêm vào hệ thống 1 van xả tải (unloading valve). Thời gian để xả tải là 1.155 / 0.219 (lưu lượng bơm) = 5.27 s. Như vậy, V3–V2 = 1.14 lít Giả sử áp suất là bằng nhau như trong phần tính tóan ở trên, vậy thì V1 = 1.529 V2, V3 = 1.257 V2 Từ đây ta tính được V1 = 6.78 lít. Như vậy bình tích áp có thể tích là 10 lít là đủ để dùng cho trường hợp này với bơm IPL 028 có lưu lượng là 13.17 l/min Sơ đồ thủy lực của hệ thống được trình bày ở hình vẽ. Giá trị được cài đặt cho công tắc áp suất là 207 bar.
47
Hệ thống sử dụng van giới hạn áp suất tác động gián tiếp được điều khiển nhờ một van điện từ. Điều này cho phép bơm khởi động không tải ở giai đọan ban đầu. Thời gian bơm xả tải trong một chu trình làm việc được tính bằng: 1.155/0.219 = 5.27 s. Năng lượng thủy lực cung cấp bởi bơm là: (13.17 l/min x 207 bar) / 600 = 4.54 kW Vì bơm xả tải trong 5s, do vậy hiệu suất của hệ thống được tính là: 28.3 %.
4. Sử dụng bơm thể tích riêng thay đổi:
48
Áp suất làm việc của hệ thống là 150 bar do vậy các bơm cánh gạt không sử dụng được (Vì các bơm cánh gạt chỉ làm việc ở áp suất từ 70 cho đến 100 bar). Trong trường hợp này bơm piston được lựa chọn. Áp suất làm việc của các bơm piston có thể lên đến 350 bar. Bơm được chọn phải có lưu lượng tối thiểu là 25 l/min ở áp suất làm 32 việc 150 bar. Từ catalog của nhà sản xuất (bảng 2.3) bơm PVB10 có lưu lượng lý thuyết là 21.1 l/min tại vận tốc 1000 rev/min với áp suất làm việc tối đa là 210 bar.Như vậy tại vận tốc quay 1440 rev/min bơm có lưu lượng là 30.4 l/min. Ta có thể chỉnh thể tích riêng của bơm để có lưu lượng lớn nhất là 25 l/min. Ở hành trình từ giây thứ 20 đến giây thứ 30, lưu lựơng mà hệ thống cần là 20 l/min, nhỏ hơn lưu lượng lớn nhất của bơm. Như vậy, cần thiết phải lắp vào hệ thống van điều chỉnh lưu lượng để nhận được giá trị này. Áp suất cân bằng của bơm được chỉnh ở giá trị đúng bằng áp suất làm việc lớn nhất là 150 bar. Trong hệ thống vẫn phải có 1 van an tòan để để phòng sự cố, van này được điều chỉnh cao hơn áp suất cân bằng của bơm, là 180 bar. Năng lượng thủy lực cung cấp là: Từ giây 5 đế Từgiây20 đến30: (20 x 150)/600 = 5 kW Hiệu suất của hệ thống là: 39,5%
49
Chương 3: Ví dụ 3.1: Với tải trọng 10kN và diện tích mặt cắt ngang xylanh là 0,002m2 (tương đương 50mm đường kính). 10x103 10x103 2 (N / m ) 50bar Áp lực gây ra 0, 002 0, 002x105
Áp lực điều chỉnh ở van cân bằng 50x1.3=65bar Ví dụ 3.2: Xét 1 lực 100kN ép bởi dụng cụ cân nặng 5kN Đường kính mặt xylanh là 80mm Đường kính thanh đẩy là 60mm
Diện tích đầu lớn piston là
.0, 082 4
0, 005m2
Diện tích hình vành khăn là 0, 082 0, 062
4
0, 0028m2
5.103 .105 17,8bar Áp suất tác dụng lên hình vành khăn để đối trọng 0, 0028
Áp suất cần điều chỉnh ở van cân bằng =17,8.1,3=23bar Áp suất để có thể thắng lực lò xo van cân bằng đẩy xylanh đi xuống = 23.0,0028/0,005=13bar 50
Áp suất để đạt được 100kN lực ép
100.103.105 13 213bar 0, 005
Ví dụ 3.3: Xét ví dụ 3.2 được thay bởi van qua tâm với tỉ lệ tín hiệu vào là 2:1, cài đặt 23 bar để cân bằng với dụng cụ. Áp suất cần để mở van là 23/2=11,5 bar, áp suất để xylanh đi xuống là 11,5 bar (100 5).103.105 190bar Áp suất để đạt được 100kN lực ép là 0, 005
Ví dụ 3.4: Phần chính của một mạch đang hoạt động ở 180 bar. Một mạch thứ 2 được cấp từ mạch chính thông qua một van giảm áp đòi hỏi một dòng chảy liên tục 30l/ph ở 100 bar. Năng lượng mất mát qua van giảm áp là:
(180 100)(bar ) x 30(l/ min) 4(kW ) 600
Năng lượng mất đi do tỏa nhiệt vào tự nhiên. Trong thực tế, chi phí lắp đặt một bộ trao đổi nhiệt và điều hành chi phí cần được cân nhắc với mạch thay thế hệ thống hai máy bơm. Ví dụ 3.5: Một xylanh có thể đẩy 100kN và kéo ngược lại 10kN. Những ảnh hưởng của việc sử dụng các phương pháp khác nhau để qui định tốc độ được xem xét. Trong tất cả các trường hợp, tốc độ khoảng 5m/min khi sử dụng toàn bộ lưu lượng bơm. Giả sử rằng áp suất lớn nhất là 160 bar, và áp suất mất mát đối với các bộ phận là: Bộ lọc: 3 bar Van dẫn hướng: 2 bar Van điều khiển lưu lượng: 10 bar Van 1 chiều: 3 bar Hãy xác định: a) Kích thước xylanh ( tỉ lệ giữa diện tích xylanh và trục là 2:1) b) Kích thước bơm 51
c) Hiệu suất Bài giải Trường hợp: không có sự điều chỉnh lưu lượng
a) Áp suất lớn nhất ở mặt piston là: 160 – 3 – 2 = 155 bar Áp suất ở hình vành khăn là 2 bar tương đương với 1bar ở mặt piston vì tỉ lệ áp suất là 2:1. Do đó áp suất lớn nhất để đẩy tải ở mặt piston là 155 – 1 = 154bar. Diện tích mặt piston =
100.103 0,00649m2 5 154.10 2
4 Đường kính piston .0,00649 0,0909m 90,9mm Theo tiêu chuẩn (tham khảo bảng 4.1) chọn piston 100mm x 70mm
Diện tích mặt piston là: 7,85.103 m2 Diện tích hình vành khăn: 4.103 m2 b) Lưu lượng yêu cầu để vận tốc khi lùi là 5 m/phút 4.103.5 20 lít/phút Tốc độ khi tiến
20.103 2,55 mét/phút 7,85.103
Áp suất để đẩy tải
100.103 12,7.106 N / m2 127bar 3 7,85.10
52
Áp suất để đẩy tải lùi về:
10.103 2,5.106 / m2 25bar 3 4.10
Áp suất ở bơm khi tiến: Áp suất mất mát trên van điều hướng ngõ B thông ngõ T là 1 bar Áp suất tải gây ra là 127bar Áp suất rơi trên van điều hướng ngõ P thông A là 2 bar Do đó áp suất yêu cầu ở bơm là 133bar Cài đặt áp suất ở van an toàn là 133 + 10%.133 = 146bar Áp suất yêu cầu của bơm khi lùi: 2.2 + 25 + 2 + 3 =34bar c) Hiệu suất hệ thống
20.127 .100 95,5% 20.133 20.25 .100 73,5% Hiệu suất hành trình lùi 20.34 Hiệu suất hành trình đẩy =
Ví dụ 3.6: Cho hệ thống như hình 3.44. Hãy xác định tốc độ và lực đẩy: 1. Trong quá trình tiến nhanh 2. Trong quá trình nén chặt 3. Trong quá trình kết thúc Bỏ qua áp suất rơi trong mạch. Lưu lượng riêng mà các bơm cung cấp lần lượt là 20, 5 và 5 cm3/ vòng. 1. Quá trình tiến nhanh (kích hoạt cuộn C): Lưu lượng cấp cho xylanh = 10/min Tốc độ tiến nhanh =
10.103 m3 / min 0,25m / min 0,04 m2
Lực đẩy lớn nhất = 70.105 (N/ m2 ).0,04(m2 ) 280kN 2. Quá trình nén chặt (kích hoạt cuộn A và C): Lưu lượng cấp cho xylanh =
(5 5) .10(l / min) 3,3(l / min) (20 5 5)
3,3.103 m3 / min Tốc độ nén chặt 0,083m / min 0,04 m2 53
Áp suất lý thuyết trong quá trình nén chặt = 70.
20 5 5 (bar ) 210(bar ) 5 5
Lực ép lý thuyết tring quá trình nén chặt = 210(bar ).0,04(m2 ) 840kN 3. Trong quá trình kết thúc Lưu lượng cấp cho xylanh =
5 .10(l / min) 1,67(l / min) 20 5 5
Áp suất lý thuyết trong quá trình kết thúc: 70.
20 5 5 (bar ) 420bar 5
Lực lớn nhất trong quá trình kết thúc 420.105.0,04.103 1680kN
Các kết quả áp suất và áp lực vừa tính là theo lý thuyết. Trong thực tế, các giá trị sẽ thấp hơn do sự kém hiệu quả của bộ chia dòng. Ví dụ 3.7: Xét van như hình 3.70 có tỉ số AA:AX là 1:1,1. Nếu áp suất để thắng lực lò xo là 3 bar và áp suất điều khiển là 7 bar.
AX=AA+AB Nếu AA:AX=1+1,1
AB:AX=(1,1-1):1,1=0,1:1,1
Khi dòng chảy từ A đến B áp suất yêu cầu ở A để mở van là: 54
PA=(PX+spring)AX/AA=(7+3)(1,1/1)=11bar Nếu dòng chảy từ B tới A áp suất yêu cầu ở B để mở van là: PB=(PX+spring)(AX/AB)=(7+3)(1,1/0,1)=110bar Vì thế áp suất thấp ở cổng điều khiển X có thể cân bằng với áp suất cao ở cổng B. Khi không có áp suất ở cổng X, van sẽ mở cung cấp áp suất cho cổng A hoặc B để thắng lực lò xo. Áp suất thực phụ thuộc vào tỉ lệ diên tích. Chương 4 Ví dụ 4.1: Một xylanh hành trình có đường kính là 65mm được cung cấp năng lượng bởi bơm tay làm xê dịch 5ml mỗi chu kì. Áp suất lớn nhất trong hệ thống được giới hạn là 350 bar. a. Vẽ biểu đồ sơ đồ mạch phù hợp biểu diễn xylanh, bơm và một số van yêu cầu. b. Tính số chu kì bơm cần để làm xylanh dịch chỉnh 50mm c. Tính tải trọng tối đa được nâng lên khi sử dụng hệ thống Bài giải a. Vẽ biểu đồ sơ đồ mạch phù hợp biểu diễn xylanh, bơm và một số van yêu cầu:
b. Thể tích của thanh đẩy bằng với thể tích của chất lỏng cung cấp và xylanh. Đường kính thanh đẩy là d, khoảng di trượt của thanh đẩy là L, Lưu lượng riêng mỗi chu trình kép của bơm là D, số chu trình kép là S. d2 L V.S Thể tíc thanh đẩy = thể tích chất lỏng cấp vào: 4
55
Thay giá trị vào ta được: .652 4
.106 (m2 ).50.103 ( mm) 5.106 ( m3 ).S
.652 S
4
.50.103 5
c. Lực đẩy = áp suất . diện tích thanh đẩy 2 5 2 .65 Löïc ñay å 350.10 (N/ m ).
4
33,18 chutrìnhkeù p
.106 (m2 ) 116080N 116,08kN
Ví dụ 4.2: Một xy lanh hành trình 3 tầng được sử dụng để nghiêng một chiếc xe tải. Khi xe tải nghiêng hoàn toàn thì xylanh chịu 1 lực tương đương 4000kg. Đường kính ngoài của các tầng lần lượt là 60, 80, 100. Nếu bơm cung cấp cho xylanh 1 lưu lượng là 10l/min, hãy tính vận tốc và áp suất của mỗi tầng khi xe tải nghiêng hoàn toàn. (i) Tầng 1: Đường kính tầng 1 = 100mm Vận tốc tầng 1 =
Quantity flowing 10.103 m3 1,27m / min Area ( / 4).0,12 min.m2
Áp suất tầng 1 =
Load 4000.9,81 N 5.106 N / m2 50bar 2 2 Area ( / 4).0,1 m
(ii) Tầng 2: Đường kính tầng 2 = 80mm Vận tốc tầng 2 =
Quantity flowing 10.103 m3 1,99m / min Area ( / 4).0,082 min.m2
Áp suất tầng 2 =
Load 4000.9,81 N 7,81.106 N / m2 78,1bar 2 2 Area ( / 4).0,08 m
(iii) Tầng 3: Đường kính tầng 3 = 60mm
56
Vận tốc tầng 2 =
Quantity flowing 10.103 m3 3,54m / min Area ( / 4).0,062 min.m2
Áp suất tầng 2 =
Load 4000.9,81 N 6 2 13,9.10 N / m 139bar Area ( / 4).0,062 m2
Ví dụ 4.3: Một xylanh thủy lực có đường kính 200mm và trục piston có đường kính 140mm. Vận tốc là 5m/min, hãy tính a. b. c. d.
Lưu lượng cung cấp phía mặt xylanh khi xylanh tiến(QE). Lưu lượng cung cấp phía hình vành khăn để xylanh tiến (qE). Vận tốc xylanh lùi về khi sử dụng QE. Lưu lượng phía mặt xy lanh khi xylanh lùi. Bài giải a) Lưu lượng dầu cung cấp phía mặt xylanh để đẩy xylanh ứng với vận tốc 5m/min QE Areaof piston .Velocity
4
.0,22 (m2 ).
5 (m / s) 0,00262m3 / s 157l / min 60
b) Lưu lượng dầu phía hình vành khăn khi xy lanh tiến: qE Annulusarea .Velocity
0,2 4
2
605 (m / s)
0,142 .
3
0,00134m3 / s 80l / min
c) Ứng với lưu lượng QE thì vận tốc lùi về của xylanh là: V
QE 0,00262 0,162m / s 9,8m / min A a 2 2 0,2 0,14 4
d) Lưu lượng phía mặt xylanh khi xylanh lùi: QR A.V 0,03142.0,164(m2 .m / s) 0,00515(m3 / s) 309l/ min
Ví dụ 4.4: Nếu áp suất tối đa áp dụng cho xylanh trong ví dụ 4.3 là 100bar, hãy tính: a. Năng lượng để đẩy tới 57
b. Năng lượng để lùi về Giả sử rằng lực động = 0,9 lần lực tĩnh Bài giải .0,2
2
a. Diện tích mặt xylanh =
4
0,0314m2
Lực đẩy xylanh = 0,9.áp suất.diện tích mặt xylanh N 0,9.100.105.0,0314 2 .m2 283kN m
b. Diện tích hình vành khăn:
4
(0,22 0,142 ) 0,016m2 N ..m2 144kN 2 m
Lực đẩy xylanh lùi 0,9.100.105.0,016 Ví dụ 4.5:
Xylanh thủy lực sử dụng trong ví dụ 4.3 và 4.4 có đường kính trong là 200mm và đường kính thanh đẩy là 140mm, được lắp như hình 4.8.
(i) Nếu sử dụng lưu lượng 157l/min, hãy tính vận tốc để đẩy xylanh tiến ra (ii) Nếu áp suất tối đa là 100bar, hãy tính áp lực để đẩy xylanh ra. Bài giải .0,142 0,0154m2 (i) Diện tích mặt cắt ngang thanh đẩy 4
58
Van ä toc áñaå y
Löulöôn ïg 157.103 liters m3 10,2m / min Dieä n tíchmaë t thanhñaå y 0,0154 min liter m2
(ii) Löc ï ñaå y xy lanh 0,9.aù p suaá t .dieä n tíchmaë t thanh ñaå y N 0,9.100.105.0,0154 2 .m2 138,6kN m
Ví dụ 4.6: Một khối có cân nặng 2000kg được đẩy ra với vận tốc 1m/s cách vị trí ở trạng thái nghỉ 1 khoảng 50mm. hệ số ma sát giữa tải và sóng trượt là 0.15. Hãy tính đường kính trong của xylanh để đẩy tải nếu áp suất lớn nhất là 100bar. ( ma sát của lớp đệm tương đương áp suất giảm là 5bar, áp suất đẩy xylanh về là 0) Ta có:
v 2 u 2 2as 12 02 2.a.0,05 a 10m / s 2 Lực đẩy nhanh: F
W 2000.9,81 .a .10 20000 N g 9,81
Lực ma sat: P W 0,15.2000.9,81 2943N Áp suất tác dụng lên mặt lơn piston= 100 – 5 = 95 bar
20000 2943 D2 2 2 A 0,002415m 2415mm Ta có: 95.105 4 D 55, 4mm Theo tiêu chuẩn chọn D=63mm Ví dụ 4.7: Một xylanh có đường kính trong 125mm và đường kính trục piston là 70mm. Nó dẫn động cho tải 2000kg chuyển động lên xuống với vận tốc lớn nhất là 3m/s. Tốc độ nâng lên được cài đặt bằng cách chỉnh lưu lượng riêng bơm, vận tốc đẩy xuống điều chỉnh bởi van điều khiển lưu lượng. Tải xuống chậm với khoảng hành trình là 50mm. Nếu
59
van giới hạn áp suất được cài đặt 140bar, xác định áp suất trung bình khi xylanh tiến và lùi. Động năng =
1 1 MV 2 .200.32 9000 Nm 2 2
Lực trung bình để dịch chuyển tải 1 khoảng 50mm =
9000.103 180kN 50
Trọng lượng tải = 2000.9,81=19,6kN Diện tích hình vành khăn =
Diện tích mặt piston =
4
4
(0,1252 0,07 2 ) 0,084m2
.0,1252 12,3.103 m2
Áp lực tác dụng lên đệm khi xylanh đẩy = 180.103 19,6.103 19,1.106 N / m2 191bar 5 8, 4.10
Khi piston đi vào đệm, áp lực phía mặt piston sẽ tăng đến áp suất van an toàn. Áp suất đó sẽ ép piston vào vòng đệm làm tăng áp suất vòng đệm làm chậm tải. Áp suất vòng đệm vượt qua áp suất thủy lực là:
Dieä n tíchmaë t piston 12,3.103 Ap Ùsuatá. 140. 205bar Dieä n tíchvaø nhkhaê n 8,4.103 Do đó áp suất trung bình ở hành trình đẩy là (190 + 205) = 395 bar Trong khi giảm chấn, ảnh hưởng của diện tích vành khăn sẽ giảm vì phần che đi vào đệm. Điều đó được bỏ qua và trong thực tế áp suất vòng đệm sẽ còn lớn hơn. Khi tải lùi, lực tác dụng lên tải được biểu diễn như hình. Áp suất do van điều khiển lưu lượng trong mạch sẽ nhổ nhất nếu piston vào đệm và được bỏ qua trong tính toán. Lực trên đệm thắng động năng của tải, khối lượng của tải và lực do áp suất thủy lực. Lực tác động do thủy lực (140.105 ).(8,4.103 ) 117,6kN 60
Lực tác dụng lên đệm 180 19,6 117,6 317,2kN Áp suất tác dụng lên đệm
317,2 25800N / m2 258bar 0,0123
Áp suất trung bình trong đệm khi lùi sẽ là 258bar. Ví dụ 4.8: Một mạch hồi tiếp của máy dập hướng lên được biểu diễn như hình 4.19 yêu cầu đặc tính tốc độ tải và chi tiết lắp đặt. Xylanh chịu một lực 7 tấn để nâng con trượt và dụng cụ. Khi xylanh đóng, áp suất hệ thống sẽ tăng và điều hành công tắc áp suất để thay đổi mạch từ hồi tiếp trở thành mạch thông thường. Công tắc áp suất được cài đặt với giá trị 20% giá trị áp suất nâng con trượt và dụng cụ. Hãy xác định xylanh tiêu chuẩn (chọn theo bảng 4.1), lưu lượng bơm và áp suất cài đặt công tác áp suất. hệ thống làm việc với áp suất không vượt quá 250bar. Xác định đường kính nhỏ nhất của trục piston khi uốn dọc Độ cong, K
2EJ L2
Với K = 20 tấn, E = 2,1.106 kg/cm2 J
L=
d4 64
han øhtrìnhxylanh 2
1,7
1,2m 120cm
2
64.L2 .K 4 64.1202.20000 Ta có: d 4,1cm 41mm 3E 3.2,1.106 4
Đó là chưa kể đến hệ số an toàn được sử dụng từ 3 đến 4. Tính lại với hệ số na toàn là 3,5. Khi đó tải trọng an toàn là K/3,5=20 tấn. Do đó: K = 20 . 20000
d
4
64.1202.20000.3,5 56mm 3.2,1.106
Đường kính xylanh 61
Lực đẩy lớn nhất yêu cầu là 20 tấn Áp suất cho phép là 250 bar Giả sử lực đẩy động học = 0,9.áp suất.diện tích
20.103.9,81 d2 2 Diện tích piston A 0,00872m d 0,015m 105mm 4 250.105.0,9 Từ bảng 4.1, đường kính phù hợp là 125mm với đường kính trục piston là 70mm. Áp suất hệ thống ở với tải trọng động 20 tấn là:
P
Löïc ñaå y 1 20000.9,81 1 . . 177,7bar Dien ä tích 0,9 .0,1252 0,9 4
Lực 7 tấn dưới điều bằng với áp suất yêu cầu nhân với diện tích vành khăn. Tải trọng động = 0,9 tải trọng tĩnh. áp suất yêu cầu
7000.9,81 1 . 198,4bar .0,072 0,9 4
Khi thay đổi áp suất cài đặt để áp suất hệ thống tăng 20% với yêu cầu lực đẩy 7 tấn. Áp suất cài đặt = 198,4 . 1,2 = 238bar. Lưu lượng yêu cầu trong quá trình tái đẩy =
Lưu lượng quá trong lúc đẩy bình thường =
.0,072 15 4
.
60
.0,1252 5 4
.
60
.60.1000 57,7l / min
.60.1000 61,3l / min
Ví dụ 4.9: Một động cơ có lưu lượng riêng 300cm3/rev và vận tốc 200rev/min với áp suất rơi là 200 bar. Hiệu suất thể tích là 90%, hiệu suất cơ là 95%. Hiệu suất tổng m0 0,9.0,95 0,855 . Lưu lượng chảy trong 1 phút =
300 .200 60l / min 1000
62
Lưu lượng thực tế của motor: Qm
60 60 66,7l / min mv 0,9
Mô men lý thuyết
DmPm 300.106.200.105 955Nm 2 2
Mô men thực tế: T 0,95.955 907Nm Công suất thực tế 2 nm.T 2 . Công suất lý thuyết
200 .907 19kW 60
Q.P 66,7.200 22,23kW 600 600
Công suất thực tế = Công suất lý thuyết nhân hiệu suất tổng = 22,23.0,855 19kW Ví dụ 4.10: Thiết kế máy trộn bê tông Bên trong của máy trộn trống chứa một loạt các cánh quạt xoắn ốc quay ngược chiều kim đồng hồ để vật liệu vào máy, quay cùng chiều kim đồng hồ để trộn bê tông. Bơm có vận tốc từ 600 đến 2000 vòng/phút. Khi vận hành bình thường tốc độ tang trống khoảng 5 vòng/ phút. Khi phóng điện tang trống có vận tốc 20 vòng/phút. Tỉ số truyền giữa động cơ và trục tang trống là 1:20, hiệu suất truyền là 90%. Momen yêu cầu để vận hành tang trống là 12000Nm và áp suất yêu cầu là 207 bar. Với tỷ số truyền 20:1 của hộp giảm tốc, moment mà motor cấp sẽ là:
Tm
12000 667Nm 20.0,9
Tốc độ yêu cầu của motor thủy lực: nm 20.20 400 vòng/phút Giá trị và đường cong hiệu suất của động cơ piston hướng tâm được thể hiện trong hình 4.43. Lưu lượng yêu cầu của của motor ở 400 vòng/phút: 280.400.103 114l / min 0,985 63
Lưu lượng yêu cầu của motor ở 100 vòng/phút: 280.100.103 29l / min 0,98
Sử dụng bơm với quá trình đẳng tích để tạo tốc độ trộn không đổi. Có thể sử dụng thêm một bơm có lưu lượng riêng cố định để cung cấp them lưu lượng khi xả tải. Bơm piston hướng trục Volvo V30B-35 có áp suất phù hợp và có lưu lương riêng lớn nhất là 354 cm3 / rev . Với thể tích không đổi, lưu lượng 29l/min cung cấp cho động cơ quay với tốc độ
29 .1000 vòng/phút. 35
Đặc tính của bơm được thể hienj trong bảng 4.3 Lưu lượng yêu cầu: 114 – 29 = 85l/min Tốc độ của bơm có thể lên đến 2000 vòng/ phút. Bơm phù hợp 2PL146 có áp suất làm việc lớn nhất là 210 bar với lưu lượng 67,7 lít/ phút, tốc độ 1500 vòng/phút. Áp suất mất mát của động cơ thủy lực để truyên momen yêu cầu là 170bar. Giả sử tổng áp suất mất mát của đường ống là 30 bar. Để chống sự mất mát, áp suất tối đa mà bơm làm việc là 200bar. Tính toán công suất yêu cầu của động cơ dầu: Đối với bơm bánh rang: Công suất =
200.89 37kW 600.0,8
Đối với bơm piston: Công suất =
200.29 10,75kW 600.0,9
Do đó tổng công suất yêu cầu = 47,75kW
64
Ví dụ 4.11:Thiết kế động cơ máy kéo Máy kéo vận hành trên địa hình gồ ghề đƣợc kéo bởi mô tơ thủy lực gắn trong hai bánh xe sau. Chi tiết máy kéo và yêu cầu thiết kế: mạch vận chuyển dầu kín có cơ cấu chia áp. Tổng tải 2000 Kg, phân bố trên hai bánh xe sau là 70 %. Độ dốc lớn nhất 1 : 4, hệ số ma sát lăn là 0.3. Hệ số ma sát nhỏ nhất giữa lốp xe và mặt đƣờng là 0.85. Đường kính bánh xe là 1.2 m, tốc độ động cơ là 2000 vòng/phút (lớn nhất). Tốc độ xấp xỉ 20 km/h, khi leo dốc là 10 km/h. Bài làm: A. Mô tơ 1. Lực ma sát lăn = 0.32 x 2000 x 9.81 = 5886 N Lực để vượt dốc =
2000 .9,81 4905N 4
Tổng lực để vượt dốc = 5886 + 4905 = 10791 N Lực lớn nhất để dẫn động cho bánh xe trước khi xảy ra hiện tượng trượt: 65
0.85 x 2000 x 70% x 9.81 = 11674 N Do đó xe lên dốc với điều kiện thiết kế là không trượt Tổng mô men cần thiết = lực x bán kính bánh xe = 10792.
1,2 6475N 2
Mô men trên mỗi bánh là 3237 Nm. Ta chọn mô tơ M10. 2. Tốc dộ 2 bánh xe:
20.103 1 . 88,4 vg/ph 60 .1,2 3.
Löulöôïngmotor.toá cñoä 1177.88,4 105l/ph Hieä usuaá t theåtích 0,99
Tổng lưu lượng cho cả hai bơm là 210 l/phút. 4. Khi xe vận hành ở điều kiện bằng phẳng chỉ có lực ma sát lăn Tổng lực cần thiết: 5886 N 5886.1,2 3532Nm Tổng mô men cho bánh xe: 2 Mô men cho mỗi bánh xe: 1766 Nm Mô tơ M10 cần áp suất là 103 bar. 5. Khi xe xuống dốc: Lực cần thiết = Lực ma sát lăn – Lực vượt dốc = 5886 – 4905 = 981 N 981.1,2 294Nm Mô men cho mỗi bánh xe: 2.2 6. Nếu xe bắt đầu khởi động trên dốc thì mô men khởi động phải lớn hơn mô men yêu cầu để đưa xe lên dốc. Lực khi xảy ra trượt là 11674 N. Mô men của mô tơ là: 1,2 1 11674. . 3502Nm 2 2 Lực cần thiết để gia tốc cho bánh xe: 11674 – 1791 = 883 N
Löïcgiatoá c 883 = =0,44m/s2 khoá i löôïng 2000 Khi mô tơ có mô men 3502 Nm thì áp suất mất mát qua nó là 207 bar. Giatoá c=
66
B. Bơm: 1. Khi xe ở bình địa Áp suất mất mát qua mô tơ: 100 barĐối áp tại mô tơ: 4 bar Mất áp trên đường ống: 4 bar Áp suất tại bơm để đạt mô men lớn nhất: 108 bar 2. Khi xe leo dốc Áp suất mất mát qua mô tơ: 207 bar Đối áp và áp mất trên đường ống: 8 bar Áp suất tại bơm: 215 bar Áp suất cài đặt van an toàn: Pset = 215 x 110% = 237 bar => Theo yêu cầu áp suất lớn nhất 215 bar khi xe leo dốc và lưu lượng lớn nhất 210 l/phút khi xe trên bình địa, áp suất yêu cầu là 100 bar. * Yêu cầu bơm: Lưu lượng 210 l/phút ở 108 bar, 105 l/phút ở 215 bar. Chọn bơm Volvo V30B 128 có lưu lượng lớn nhất 180 l/phút ở tốc độ 1450 vòng/phút. Do đó, ở 2000 vòng/phút thì lưu lượng đạt 240 l/phút. Áp suất yêu cầu của mạch là 215 bar thấp hơn áp suất lớn nhất của bơm. Sử dụng van điều khiển bằng tay và cài đặt hành trình để cung cấp lưu lượng lớn nhất 210 l/phút. * Công suất vào bơm: Khi xe ở bình địa , giả sử 0 0,9
210.108 43kW 600.0,9 Khi xe leo dốc lưu lượng sẽ giảm một nửa nhưng áp suất sẽ tăng xấp xỉ gấp đôi. Dùng mạch bù dầu rò rỉ ở bơm và mô tơ. Hiệu suất thể tích của bơm là 97.5% (khi quay 88 vòng/phút ở 205 bar). Nên lượng dầu rò rỉ là: Dầu rò = (lưu lượng trên một vòng)(số vòng trên một phút)(1 – hiệu suất thể tích) x 2 = 1177 x 88 x (1 – 0.975) x 2 = 5.2 l/phút Sử dụng bơm bù dầu với lưu lượng 12 l /phút, áp suất đến 4 bar, công suất vào bơm là: 12.4 0,08kW 600 Công suất lý thuyết cần thiết:
67
Mạch đề nghị sử dụng:
Mạch đề nghị sử dụng Chương 5: Ví dụ 5.1: Bơm cung cấp 50l/phút, áp suất làm việc nhỏ nhất là 200 bar, áp suất đường vè là 60 bar. Chọn đường kính đường bơm ( vận tốc cho phép là 0.8m/s). Bài làm: Diện tích mặt cắt ướt: A Đường kính ống: D
50.103 1042mm2 60.0,8
1042.4
36mm
Từ bảng 5.8 ta chọn ống (25x3), áp suất cho phép là 248 bar
68
Chương 6 Ví dụ 6.1: Lỗ đẩy của bơm có đường kính 30mm và đường kính lỗ hút của bơm là 45mm. Nếu bơm có lưu lượng 120l/ph, hey4 tính thể tích trung bình giữa lỗ hút và lỗ đẩy. Xét lỗ đẩy: Vận tốc trung bình =
Q 120.103 2,83m / s A .0,032 60. 4
Xét lỗ hút:
Q Vận tốc trung bình = A
120.103 1,26m / s .0,0452 60. 4
Ví dụ 6.2: Một dòng chất lỏng chảy qua ống có đường kính trong là 20mm có độ nhớt 40cSt. Nếu lưu lượng là 50l/ph, xác định loại dòng chảy trong ống. Tính số Renolds, biết: Hệ số nhớt động học v= 40cSt=40mm2/s Vận tốc dòng chảy
Q A
Re
50.103 2,65m / s .0,022 60. 4
VD
2,65.20.103 1325 2000 40.106
Vậy dòng chảy là chảy tầng Ví dụ 6.3: Một máy bơm được đặc trung bởi, Dp=10cm3, np=1500rev/min và Pp=150 bar. Hãy xác định lưu lượng thực và momen thực. Lưu lượng lý thuyết Dp .np 10.1500cm3 / min 15l / min 69
Mô men lý thuyết =
Dp .Pp 2
10.106.150.105 23,87Nm 2
Ví dụ 6.4: Một động cơ thủy lực có lưu lượng riêng là 500ml/rev, chạy với tốc độ 75rev/min và momen đầu ra là 1200Nm. Hiệu suất áp suất và momen lần lượt là 0,9 và 0,94. Hãy xác định: áp suất rơi của động cơ, lưu lượng cung cấp, và hiệu suất tổng. Mô men lý thuyết của motor Mô men thực tế của motor Do đó: Pm
Dm.Pm 2
Dm.Pm.mt 2
1200.2 160bar 500.106.0,94
Lưu lượng lý thuyết của motor Dm.nm
Dm.nm 500.103.75 41,7l / min Lưu lượng thực tế của motor = mv 0,9 Hiệu suất tổng = 0,9.0,94 = 0,846 Ví dụ 6.5: Một hệ thống thủy lực vận hành ở áp suất 200bar, lưu lượng bơm là 25l/min và công suất cấp vào bơm là 10kW. Trong 1 chu kì, 60% thời gian bơm hoạt động không tải. Hiệu suất tổng là 65%. Nếu nhiệt độ xung quanh là 150C và nhiệt độ lớn nhất cho phép của lưu chất trong hồ chứa là 500C, hãy tính kích thước phù hợp của hồ chứa trong trường hợp a. Không khí lưu thông bình thường quanh hồ chứa làm lạnh gấp đôi, bức xạ tự nhiên Sự tản nhiệt từ tấm đặt thẳng đứng:
T 35o C, A 6aH 2 Với
1/ 4
35 hv 1,42. a
1,45a1/ 4
70
H v hv AT 3,45.a1/ 4 .6a2 .35.3,6 2608a7/ 4watts
b. Lưu chất chứa trong ống với chiều rộng a chiều dài 2a Nhiệt phân tán trên mặt đầu của tấm nằm ngang:
H H hH AT.3,6 Với
T 35o C, A 2a2 35 hH 1,32 a
1/ 4
3,21a1/ 4
H H 3,21a1/ 4 .2a2 .35.3,6 809a7/ 4watts
Nhiệt độ phân tán do môi trường: HV H H 3417a7/ 4watts
Nhiệt phân tán do lưu thông không khí bằng 2 lần nhiệt phân tán do tự nhiên và bằng 6834a7/ 4watts Nhiệt cấp vào lúc có tải trong 1 chu kì là 10(1 – 0,65) =3,5kW. Nhưng hệ thống chỉ có tải 40% thời gian. Do đó lượng nhiệt trung bình cấp vào
0,4.3,5 1,4kW 1,4.103 watts Nhiệt độ cân bằng vào hệ thống bằng nhiệt độ phân tán: 6834a7/ 4 1,4.103 a 0,404m Thể tích chứa lưu chất = 0,4.0,4.0,8m3 128 lít Trong thực tế bình chứa sẽ cao hơn 0,4m bởi vì có sự thoát dầu bên dưới. Sức chứa cuae hồ chứa bằng 3 đến 4 lần lưu lượng bơm = 75 đến 100 lít Ví dụ 6.6: Một bình tích lực tĩnh như hình 6.8, xylanh có đường kính trong 500mm và hoạt động ở áp suất 200bar. Lực tĩnh yêu cầu tác dụng lên piston là bao nhiêu. Lực
500
2
5 2 2 . .200.10 (m N / m ) 3,93N 4 1000
Thể tích lưu chất trong bình phụ thuộc vào hành trình của xylanh Ví dụ 6.7:
71
Một hệ thống thủy lực yêu cầu xả 6 lít trong vòng 6 giây mỗi 1 phút. Tất cả tính toán liên quan đến khí lấy giá trị áp suất và nhiệu độ ở điều kiện chuẩn, và V1, V2, V3 là thể tích khí. Hãy tính kích thước phù hợp của bơm và bình tích nếu: a. b. c. d. e.
Áp suất nhỏ nhất của hệ thống là 100bar Áp suất lớn nhất của hệ thống là 150bar Ắc quy có áp suất 90% áp suất nhỏ nhất Trong suốt quá trình sạc là đẳng nhiệt Trong suốt quá trình sạc là đoạn nhiệt PV1,4= const
Trong hình 6.14: A được sạc P1=90bar, V1 không biết; B sạc đầy P2=150bar, V2 không biết; C phóng điện, P3=100bar, V3 không biết. Thể tích yêu cầu trong 6s là 10 lít. Bơm cần cấp lưu lượng 10 lít trong 1 phút. Thể tích yêu cầu từ bình tích nhỏ hơn thể tích cung cấp từ bơm trong cùng thời điểm 1 lượng là 10 – (10.6/60)=9 lít. Đó là thể tích lơn nhất của dầu chứa trong bình tích. V3 – V2 = 9 lít. Trong lúc xả: 1,4
1,4 2 2
PV
PV
1,4 3 3
V 3 V2
P2 151 1,495 P3 101
V3 1,332 V2
Trong lúc nạp:
PV PV V1 1 1 2 2
151.27,1 45 lít 91
Sử dụng bình chứa 50 lít. Nếu sử dụng bơm đơn giản có lưu lượng 100 lít/phút ở áp suất 100 bar. Với bình tích 10 lít/phút ở áp suất 150bar là đủ, tiết kiệm đáng kể giá và năng lượng tiêu thụ. Xem xét bài toán tương tự giả sử rằng quá trình xả và nạp là đẳng nhiệt:
72
PV PV 2 2 3 3
V3 P2 1,495 V2 P3
1,495V2 V2 9 V2 18lít
Trong quá trình nạp:
PV PV V1 1 1 2 2
151.18 29,9lít 91
Ví dụ 6.8: Tính toán sự tăng áp suất nếu một xylanh có đường kính 300mm và khoảng hành trình là 500mm tiến khi nghỉ và sau đó chịu sự tăng nhiệt độ là 200C. Khối lượng chất lỏng trong ắc quy là bao nhiêu để bù cho sự giãn nở nhiệt? (Suất nén được lấy như 15000bar) Tổng thể tích chứa trong xylanh:
4
.0,32.0,5m3 35,3 lít
Thể tích thay đổi là: 35,3.0,0007.20 0,49 lít Đó là thể tích bổ sung để được lưu giữ Nếu không có bình tích, áp suất thay đổi trong hệ thống khép kín:
P
BV 0,49 15000. 210bar V 35,3
Ví dụ 6.9: Một xylanh tác động đơn có đường kính 400mm,khoảng hành trình 250mm trong đó 225mm là để đưa khuôn vào mẫu làm việc ở áp suất 20bar. 25mm cuối của hành trình ở áp suất 350bar. Hệ thống có thể ép sản xuất 60 sản phẩm 1 giờ. Thời gian vận hành yêu cầu như sau: Tiến nhanh 225mm trong 5 giây Ép 25mm trong 5 giây 73
Thời gian giữ trong 25 giây Thời gian trở về là 10 giây Bỏ tải và cấp tải là 15 giây Tổng thời gian 60 giây Thời gian trở lại được ước tính theo sự tác động của trọng lực. Chỉ có thời gian giữ và thời gian tải là cố định. Ví dụ 6.10: Thiết kế hệ thống thủy lực có 3 băng tải và 3 thùng chứa như hình 6.34. Xy lanh của thùng chứa cco1 khoảng hành trình 0,5m và chịu lực đẩy 2000kg để đóng và mở cửa thùng. Để dòng chảy ra từ thùng theo qui định, xylanh phải có khả năng dừng và khóa ở vị trí trung bình của khoảng hành trình. Nếu có sự sai sót của hệ thống thủy lực hoặc hệ thống điều khiển điện, cửa của thùng chứa tự động đóng trong 10 giây. Băng chuyền sử dụng thiết bị đo lường và định hướng 1 cách chính xác. Bang chuyền 1 và 2 giống nhau và có các thông số theo yêu cầu như sau: Momen cấp vào: 1250Nm Momen vận hành: 1000Nm Khoảng tốc độ 10-34 vòng / phút Tốc độ bang chuyền có thể thay đổi với các sản phẩm khác nhau. Điều đó không xảy ra thường xuyên và sử dụng một van tự động điều chỉnh lưu lượng là đủ. Băng chuyền 3 như hình 6.34 có các thông số sau: Momen cấp vào: 2000Nm
74
POWER PNEUMATICS 23 CÂU SÁCH POWER PNEUMATICS Bài Q.1: Lưu lượng yêu cầu của hệ thống là 40 dm3/s (không khí tự do) ở áp suất 7 bar. Xác định đường kính tiêu chuẩn gần nhất của ống dẫn khí nếu vận tốc không đổi là 6 m/s. Trả lời: Tỷ số nén Cr
7 1 8 1
Lưu lượng dòng khí bị nén Q
40 5(l / s) 8
Đường kính ống dẫn khí : d
4Q 4.5.103 0, 03257m 32,57mm v .6
Theo tiêu chuẩn ta chọn d=32mm Bài Q.2: Một đông cơ khí nén sử dụng nén không khí với lưu lượng riêng 0,5dm3/ vg. Xác định đường kính tiêu chuẩn nhỏ nhất của hệ thống ống dẫn khi đông cơ đang chạy ở 240 vg/ph. Vận tốc tối đa của không khí không vượt quá 8 m/s. Trả lời: Lưu lượng thực của khí Q n.D 240.0,5 120(l / phut ) 2(l / s) Đường kính ống dẫn khí : d
4Q 4.2.103 0, 01784m 17,84mm v .8
Theo tiêu chuẩn ta chọn d=20mm Bài Q.3 Một hệ thống khí nén vận hành với áp suất cung cấp là 6 bar, gồm 3 xylanh tác động kép và mỗi xylanh có đường kính 100mm và hành trình lần lượt là 200mm, 350mm, 450mm. tỗng thời gian của 1 chu trình toàn hệ thống là 15s. Bỏ qua ảnh hưởng của trục pittông và thể tích các ống làm việc cung cấp khí cho xylanh, xác định yêu cầu của hệ thống. Hãy tính đường kính tiêu chuẩn gần nhất của hệ thống ống dẫn khí nếu vận tốc khí không vượt quá 6 m/s. Trả lời: Tổng thể tích khí cần cung cấp cho xylanh để đi hết hành trình: d2 1002 V 2. .( L1 L2 L3 ) 2. .(200 350 450) 15,708.106 (mm3 ) 15,71(l ) 4 4 Lưu lượng cung cấp cho toàn hệ thống: Q Đường kính tiêu chuẩn của ống: d
V 15, 71 1, 05(l / s) t 15
4Q 4.1, 05.103 0, 0149m 14,9mm v .6 75
Theo tiêu chuẩn ta chọn d=15mm Bài Q.4 Một đường ống vận chuyển khí nén có đường kính 100 mm và dài 150 m. Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống nếu rớt áp là 1 bar và áp suất vào là 7 bar. f .l.Q 2 Sử dụng công thức P 5 , cho f = 500. d .Pave
Xác định vận tốc trung bình trong đường ống. Trả lời: Theo công thức trên, ta tính được lưu lượng qua ống: Q
P.d 5 .Ptb 1.1005.8 1000(l / s) f .l 500.150
Vận tốc trung bình : v
Q 1000.103 127,3(m / s ) .d 2 .0,12 4 4
Bài Q.5 Khí thải từ một nhà máy hoạt động bằng khí nén trong một nhà máy sản xuất thực phẩm có đường ống để xả không khí ra bên ngoài nhà máy. Lưu lượng khí thải ra là 100 dm3/s (không khí tự do); ống xả có đường kính 50 mm và dài 100 m. Tính áp suất vào tại đường ống. Trả lời:
f .l.Q 2 Tương tự như bài 4 Pm 5 d .P Với f=500; l=100m ; Q=100 dm3/s, d=50mm, Pdrop=1,08 bar P 1, 4815bar
Bài Q.6 Một thiết bị cần cấp khí từ một hệ thống khí nén 200 dm3/s f.a.d, ở áp suất 4 bar. Được đánh giá là trong 5 năm tiếp theo, hệ thống cần lưu lượng gấp đôi 400 dm3/s f.a.d. Một máy nén khí có lưu lượng 500 dm3/min f.a.d. Áp suất được cài đặt lớn nhất là 7 bar. Xác định ( làm tròn đến m3) kích thước bình chứa khí để số lần bật thiết bị không quá 20. Biết áp suất tổn thất trên đường ống là 0.5 bar. Số lần khởi động trong một giờ là bao nhiêu nếu hệ thống chỉ yêu cầu một nửa khả năng nén. Trả lời Với số lần mở của máy nén khí là 20 lần/giờ , thời gian nhỏ nhất giữa hai lần mở là 3 phút, giả thuyết làm việc ổn định. Trong 3 phút thì hệ thống yêu cầu một lượng không khí
76
là: 3x60x200 = 36000 dm3/s f.a.d = 36m3 . Để cung cấp khí cho hệ thống thì máy nén khí cần chạy một khoảng thời gian:
3.60.200 72( s) 500
Suy ra khoảng thời gian mà hệ thống sử dụng khí trong bình khí nén ( bộ phận nén khí đã ngưng hoạt động) 3.60 72 108(s) Thể tích khí trong thời gian 108s mà hệ thống nhận từ bình chứa là 200.108 21600(dm3 ) 21,6m3
Tính thể tích không khí tự do có trong bình chứa: Ở áp suất dư 7 bar. PV P .V 1 1 2 2 với P1=1 bar , P2=(7+1)bar , V2=V (là thể tích bình chứa), V1 là T1 T2
không khí tự do trước khi nén.T1=T2 →V1=8V. Ở áp suất 4,5bar tương tự ta tính được. V3=5,5V Do đó thể tích khí tự do chênh lệch được nén trong bình chứa là 2,5V đây cũng chính là thể tích khí mà hệ thống nhận trong thời gian bộ phận nén đã ngưng chạy. Từ đây ta tính được thể tích bình chứa khí cần thiết: 2,5V 21,5 V 8,64(m3 ) Ta chọn bình chứa có thể tích 9m3. Ta tính toán lại các thong số ban đầu Thể tích khí tự do bình nạp vào cho đến khi bộ phận nén ngưng chạy: 2,5.9 22,5(m3 )
Thời gian để máy nén khí tích đủ không khí cho bình chứa: 22,5.1000 75( s) 500 200
Thời gian hệ thống nhận khí cho đến khi bộ phận nén bật lại: 22,5.1000 112,5( s) 200
Thời gian giữa 2 lần mở máy là : 75+112,5=187,5 (s) 3600 19, 2 Số lần bật máy trong 1 giờ là: 187,5 Bài Q.7 Một thiết bị khí nén cần 200 dm3/s f.a.d trong mỗi chu trình của nó, nếu không sản phẩm sẽ bị phá hủy. Thời gian 1 chu trình là 25s, áp suất khí cần cung cấp là 6 bar, áp suất nhỏ nhất của thiết bị là 4.5 bar. Một bình chứa được đặt trước thiết bị để cung cấp khí cho nó trong trường hợp dòng cung cấp khí chính không hoạt động. Tính kích thước nhỏ nhất của bình chứa. 77
Trả lời: Tính thể tích của không khí tự do tương đương với thể tích khí được nén trong bình: Ở áp suất 6 bar, thể tích không khí tự do là 7V (m3) Ở áp suất 4,5 bar, thể tích khí tự do là 5,5V (m3) Thể tích khí cung cấp cho hệ thống là 1,5V (m3) Mà thể tích cần cung cấp trong 25 s là :
200.25 5(m3 ) 1000
Từ đây ta tính được thể tich bính chứa nhỏ nhất là : 5 1,5V 5 V 3,33(m3 ) 1,5
Bài Q.8 Một xy lanh khí nén có đường kính D = 80 mm, đường kính cần là d = 28 mm, chiều dài xy lanh là 400 mm. Nếu xy lanh thực hiện 3 hành trình/phút, được cung cấp áp suất khí 6,5 bar. Xác định lượng khí tiêu thụ. Nếu áp suất cấp lúc về giảm còn 2,5 bar, xác định lượng khí tiết kiệm được trong 1 phút. Trả lời: D 2 .0,82 0,5(dm2 ) Diện tích hình tròn : S 4 4 ( D2 d 2 ) (0,82 0, 282 ) 0, 441(dm2 ) Diện tích hình xuyến : S1 4 4 Tổng thể tích khi đi tiến ra trong 1 phút ( 6,5bar): V1 S.L.3 7,5.0,5.4.3 45(dm3 ) f .a.d
Tổng thể tích khi đi về trong 1 phút (6,5bar): V2 7,5.S1.L.3 7.5.0.441.4.3 37(dm3 ) f .a.d
Tổng lượng khí tiêu thụ cả đi và về trong 1 phút (6,5 bar) V V1 V2 45 37 82(dm3 )
Lượng khí tiết kiệm khi giảm áp suất còn 2,5bar V3 3,5.S1.L.3 3,5.0, 441.4.3 18,522(dm3 )
Bài Q.9 Không khí được nén đoạn nhiệt từ áp suất 1 bar đến áp suất tuyệt đối 8 bar. Nếu ban đầu không khí có nhiệt độ 20 C, xác định nhiệt độ sau khi nén, lấy chỉ số đoạn nhiệt là 1.4. Trả lời: Do là quá trình đoạn nhiệt nên
78
T2 P1 T1 P2
k 1 k
1,4 1
T2 8 1,4 T2 530, 75o K 257, 75o C 273 20 1
Bài Q.10 Một máy nén được yêu cầu cung cấp 12 m3/phút f.a.d tại áp suất 8 bar. Xác định công suất tiêu thụ của máy nén một tầng. Nếu một máy nén hai tầng được sử dụng, xác định công suất tiết kiệm lớn nhất, nếu giả sử nhiệt độ khí vào cho cả 2 loại máy nén là 20oC và phương trình nén P.V1,3 = C trong mọi trường hợp. Trả lời Lưu lượng khí ở ngõ ra máy nén: 1,3 1,3 ( PV ( PV 1 1) 2 2) 1
P 1,3 V2 V1. 1 P2 1
1 1,3 V2 12. 2, 214m3 / ph 9 1,3 1 .(9.2, 214 1.12).105. 57243(W ) Công suất 0,3 60
Máy nén 2 cấp: áp suất tại bộ làm mát trung gian: Pi P1.P2 9 3bar 1
1 1,3 Lưu lượng ngõ ra cấp I: Vi 12. 5,154m3 / ph 3 1
1 1,3 Lưu lượng ngõ ra cấp II: V2 5,154. 2, 214m3 / ph 3 1,3 1 .(9.2, 214 3.5,154).105. 19344(W ) Công suất tiêu thụ ở cấp II 0,3 60
Công suất tiêu thụ ở cấp I
1,3 1 .(3.5,154 1.12).105. 15002(W ) 0,3 60
Tổng công suất tiêu thụ máy nén 2 cấp 19344 15002 34346(W ) Công suất tiết kiệm được 57243 34346 22897(W ) Bài Q.11 Đường khí vào của máy nén có nhiệt độ là 20oC với độ ẩm là 70%. Máy nén, cái mà có lưu lượng cung cấp là 80 dm3/s f.a.d. với áp suất dư đo được là 7 bar, hệ thống làm mát làm giảm nhiệt độ xuống còn 30oC. Hãy ước tính lượng nước mà được chiết suất từ máy nén khí mỗi giờ? Trả lời: 80dm3/s=288 m3/h 79
Ở 20oC và 0bar (dư), 100m3 không khí bão hòa nặng chứa 1,73kg hơi nước, khi độ ẩm 70% thì khối lượng hơi nước là 1,211kg trên 100m3.Không khí ra khỏi máy nén là hơi bão hòa. Hơi nước ở 30oC và 7bar là : 6bar 7bar 8bar 20 0,247 0,2195 0,192 30 0,3435 40 0,728 0,6475 0,567 Lượng hơi nước nhận vào trong 1 giờ: 2,88.1, 211 3, 488kg Lượng hơi nước cung cấp ra trong 1 giờ: 2,88.0,3435 0,9893kg Lượng nước thu được do ngưng tụ trong 1 giờ : 3, 448 0,9893 2, 4587kg Bài Q.12 Một xylanh khí nén tác động đơn với hành trình là 50 mm được yêu cầu để kẹp một chi tiết với một lực là 18 kN. Hãy xác định tiêu chuẩn xylanh nhỏ nhất để sinh ra lực đó khi được cung cấp với áp suất khí lớn nhất là 7 bar.Cần những yêu cầu gì với áp suất không khí được cung cấp để tạo lực chính xác 18 kN và lượng khí được sử dụng mỗi hành trình của pittông là bao nhiêu? Trả lời : Diện tích của mặt tròn pittông: A Đường kính pittông : D
4A
F 18000 0, 0257m2 5 P 7.10
4.0, 0257
0,18089m 181mm
Theo tiêu chuẩn ta chọn Xylanh có Đường kính pittông: D=200mm Tính toán lại các thông số của xylanh: D 2 22 3,14(dm2 ) Diện tích mặt tròn pittông: A 4 4 F 18000 573248, 4( Pa) 5,73bar Áp suất không khí cần cung cấp: P A 0,0314
Thể tích lúc đi: V L. A 0,5.3,14 1,57dm3 Tỉ số nén:
5, 73 1 6, 73 1
Thể tích khí cho 1 chu trình: V ' V .6,73 1,57.6,73 10,57(dm3 ) f .a.d Bài Q.13 Một xy lanh khí nén tác động kép với hành trình piston là 500 mm để tạo ra một lực đẩy là 1 kN khi tiến ra và 0,3 kN khi lùi về. Hãy tính kích thước nhỏ nhất cho xylanh khí nén nếu áp suất khí cung cấp là 6 bar.Giả sử rằng lực đẩy động là 0,6 x lực đẩy tĩnh. Hãy vẽ 80
mạch để biểu diễn cho xylanh được điều khiển và lực hiệu chỉnh. Nếu xylanh có chu kỳ thời gian là 10s hãy ước tính lưu lượng khí nén khi xylanh đẩy như đã nêu. Trả lời: F 1000 1666,67( N ) Lực đẩy tĩnh lúc đi ra: FS1 D1 0,6 0,6 Diện tích pittông mặt cắt tròn: A1 Đường kính pittông : D
4 A1
FS1 1666, 67 2, 78.103 (m2 ) 5 P 6.10
4.2, 78.103
0, 0595m 59,5mm
Theo tiêu chuẩn bảng 4.2 trang 115 ta chọn D=63mm, đường kính cần d=20mm
2
4
12
14
3
1 5
1,78bar
5,35bar
Diện tích mặt cắt tròn: A1
D2 4
0,632
Diện tích mặt cắt hình xuyến : A2
4
0,312(dm2 )
( D2 d 2 ) 4
(0, 632 0, 22 ) 4
0, 28(dm2 )
Tổng thể tích cung cấp trong 1 chu trình: V L.( A1 A2 ) 5.(0,312 0, 28) 2,96(dm3 )
Lưu lượng cung cấp cho xylanh: Q
V P P0 2,96 6 1 3 . . 1, 48(dm / s) t P0 10 1
Bài Q.14 Một xylanh khí nén được dùng đẻ nâng tải có khối lượng là 0,7 tấn lên thẳng đứng với chiều cao là 4,0 m. Xylanh được định vi mặt đầu và cuối đầu ti pittông được lắp khớp để có thể quay và tải được dẫn hướng (hình 4.23). Áp suất khí nén cung cấp lớn nhất cho xylanh là 6,5 bar. 81
Sử dụng công thức: K = π2EJ/L2 Trong đó: K là tải trọng ổn định (kg) của cần pittông có đường kính là d (cm), E là môđun đàn hồi có giá trị là 2,1.106 kg/cm2 . Hệ số an toàn của cần pittông là S = 4 khi đó tải để cần pittông là việc an toàn là F = K/S. Chọn đường kính pittông theo tiêu chuẩn với giả thuyết là tải động bằng 0,6 lần tải tĩnh. Trả lời: 2 EJ d4 Ta có: K 2 và K F.S , J L 64
d4 64
F .S .L2 d 2E
4
F .S .L2 .64 700.4.4002.64 4 4,58cm 45,8mm 3E 3 .2,1.106
Tải trọng động = 0,6 x Tải trọng tĩnh = 0,6 x Áp suất x tiết diện xylanh 700.9,81 A 0,0176(m2 ) 0,6.6,5.105 Đường kính xylanh: D
4A
Đường kính xylanh: D
4A
0,1497m 149, 7mm
Theo tiêu chuẩn, ta chọn xylanh có: Đường kính xylanh D=160mm Đường kính cần xylanh d=40mm. Bài Q.15 Bàn nâng xe được vận hành bằng pittông thủy-khí. Tổng khối lượng tải mà pittông nâng là 1,2 tấn và chiều dài quảng đường nâng là 2 m. Bàn nâng có khả năng khóa ở bất kì vị trí nào. Thiết kế hệ thống thích hợp sử dụng xylanh tiêu chuẩn để nâng tải. Ảnh hưởng của áp suất thủy lực ở xylanh bằng 0,4 lần áp suất khí ở mặt phân cách của khí và dầu. Vẽ chu trình vận hành bằng tay thích hợp và tính toán đường kính xylanh khí nén tiêu chuẩn. Biết áp suất khí cung cấp tối đa là 7 bar. Nếu máy nén cung cấp 25 l/s f.a.d để vận hành hệ thống tính toán khoảng thời gian nâng tải lên (hết cả hành trình) dưới điều kiện tải trọng tối đa. Trả lời 1200.9,81 0,042043m2 420, 43cm2 Diện tích xylanh: A 7.0, 4.105
4.420, 43
23,136cm 231,36mm
Theo bảng tiêu chuẩn, ta chọn Xylanh đường kính 250mm và đường kính cần 50mm
82
Diện tích xylanh lúc này: A
D2 4
0, 04909m2
Áp suất khí vận hành trong mạch lúc này: F 1200.9,81 P 599511,1Pa 6bar A.0, 4 0,04909.0, 4 Tỷ số nén:
6 1 7 1
25 3,57(l / s) 7 L. A 20.4,91 27,5( s) Thời gian đi hết chu trình tiến ra: t Q 3,57
Lưu lượng thực cung cấp vào mạch: Q
Bài Q.16 Một xylanh vận hành bằng khí nén có đường kính xylanh là D=80 mm, đường kính cần là d=25mm kéo một tải nặng 1500N với vận tốc không đổi là 1m/ph ở điều kiện ổn định. Xy lanh được điều khiển bởi 1 van 2 trạng thái 5 ngõ với độ sụt áp suất ở 2 đường đều không được lớn hơn 0,1bar. Nếu áp cung cấp là 6bar, tính lưu lượng dòng khí khi sử dụng Trả lời: Trường hợp 1: Dùng van điều khiển lưu lượng ngõ
83
P1
P2
4
2
5
3 1
Trường hợp 2: Dùng van điều khiển lưu lượng ngõ ra
P1
P2
4
2
5
3 1
84
Trường hợp 1: Ta có phương trình cân bằng:
Trong đó:
Suy ra: Trường hợp 2: : suy ra: Lưu lượng từng trường hợp chưa tính được. Bài Q.17 Cho 2 xylanh vận hành tuần tự A+ B+ B- A- B+ B-. Các thông số của 2 xy lanh như sau: Xy lanh 1: Đường kính xylanh D1 = 80 mm Đường kính ti là d1 = 25 mm Hành trình l1 = 150 mm Xy lanh 2: Đường kính xylanh D2 =200 mm Đường kính ti: d2 =40mm Hành trình là l2 = 50mm Nguồn khí nuôi xylanh cung cấp ở áp suất là 6bar. Nếu thời gian đi hết hành trình là 10s, hãy tính toán lượng không khí cần dùng trong 1 phút. Trả lời: Thể tích khí cần cho xylanh A đi rồi về là: 2 2 2 2 3 V1
4
2.D
d1 .L1
1
4
2.0,8
0, 25 .1,5 1, 434(dm )
Thể tích khí cần cho Xylanh B đi rồi về 2 lần là : 2 2 2 2 V2 2.
4
2.D
2
d 2 .L2 2.
4
2.2
0, 4 .0,5 6,16(dm3 )
Tổng thể tích cần cung cấp sau 1 chu trình tuần tự: V V1 V2 1, 434 6,16 7,594(dm3 ) 85
Lưu lượng không khí cần cung cấp: V 7,594 .60 .60 45,564(dm3 / s) t 10 6 1 Tỷ số nén: 7 1 Q
Lưu lượng khí thực tế: Q ' Q.7 45,564.7 318,948(dm3 / s) f .a.d
Bài Q.18 Một van có hệ số Cv = 1,7 được đặt trong hệ thống và cấp áp là 8 bar, nếu độ sụt áp không vượt quá 0,5 bar hãy tính lưu lượng khí cần thiết. Trả lời: Lưu lượng cần thiết: Q 6,844.Cv . P ( Ps 1) P 6,844.1, 7. 0,5 (8 1) 0,5 23,98(dm3 / s)
Bài Q.19 Một tải trọng là 250 kg được nâng lên thẳng đứng quãng đường là 900 mm bởi một xy lanh thủy lực. Giả sử rằng quá trình tăng tốc và giảm tốc diễn ra trong đoạn đường 28 mm giảm chấn và tải đạt được tốc độ là 0,8m/s. Giả sử mất mát do ma sát gây ra chiếm 8% tổng tải trọng. Áp suất lớn nhất đạt được là 6 bar (dư). Xác định kích thước xy lanh và lưu lượng không khí vào xy lanh nếu xy lanh hoạt động 10 chu kỳ/phút. Trả lời: Gia tốc của tải trọng: a
v 2 v02 0,82 02 11, 43(m / s 2 ) 2S 2.0, 028
T ổng lực tác dụng xylanh : F P Fqt 250.9,81 250.11, 43 5310( N ) Đường kính xylanh: D
4F 4.5310 0.106(m) P .6.105
Theo tiêu chuẩn ta chọn xylanh có đường kính D=125mm và đường kính cần d=32mm Thể tích khí cần cung cấp mỗi chu trình: 2 2 2 2 3 V
4
2.D
d .L
4
2.1, 25
Lưu lượng không khí cung cấp: P P0 P P0 2 2 Q
2.D 4
d .L.n.
P0
V .n.
P0
0,32 .9 21,336(dm )
21,336.10.
6 1 1493,52(dm3 / ph) 24,892(dm3 / s) 1
Bài Q.20 Một xy lanh thủy lực được dùng để di chuyển một khối lượng 5 kg. Nếu áp suất cung cấp là 6 bar. Xác định thời gian hành trình và vận tốc lớn nhất của piston. Với các dữ kiện như sau: 86
Xy lanh: • d = 50mm • L = 200mm • Lc = 30mm Van: • Cv = 1,15 • T0 = 0,05 s • Hệ số C Trả lời: Thời gian đáp ứng van điều khiển: T1 T0 0,05s Thời gian hành trình đi đến giảm chấn: T2
0,5.( L Lc ) m 0, 05.(200 30) 5 . . 0,155s D P 50 6
Vận tốc lúc giảm chấn: Vi
30 D 30.50 300(mm / s) m 5
Thời gian giảm chấn: T3
Lc 30 0,1s Vi 300
Tổng thời gian hành trình pittông: T T1 T2 T3 0,05 0,155 0,1 0,305s
Vận tốc cực đại: Vmax
103.Ce 103.2, 4 1, 22(m / s) 502 a 4
Bài Q.21 Xy lanh khí nén nối với van và đường ống trong bài tập trước có tải tăng lên 10 kg. Xác định thời gian hành trình cho điều kiện tải mới. Trả lời: Thời gian đáp ứng van điều khiển: T1 T0 0,05s Thời gian hành trình đi đến giảm chấn T2
0,5.( L Lc ) m 0, 05.(200 30) 10 . . 0, 219s D P 50 6
Vận tốc lúc giảm chấn: Vi
30 D 30.50 150(mm / s) m 10
Thời gian giảm chấn:
87
T3
Lc 30 0, 2s Vi 150
Tổng thời gian hành trình pittông: T T1 T2 T3 0,05 0, 219 0, 2 0, 469s
Bài Q.22 Một khối lượng 30 kg được nâng lên bởi một xy lanh định vị đứng chuyển động với vận tốc 1.2 m/s. Áp suất cung cấp là 10 bar và áp suất làm việc tối đa của xy lanh là 12 bar. Xác định kích thước của xy lanh mà đảm bảo bộ giảm chấn phù hợp. Trả lời: mV 2 E Fx .Ecush 2 Trong đó: m=30 kg V=1,2m/s Fx=1 (tra bảng 4.28) Vì thế: 30.1, 22 E 1.Ecush 2 30.1, 22 Ecush 21,6 Nm 2.1 Theo bảng 4.3 ta chọn d=63mm Áp suất giảm chấn: Pcush Ps 10.
m.g 30.9,81 10 10. 10,94bar 632 a 4
Ta chọn d=63mm là phù hợp. Bài Q.23 Một xy lanh không ti có đường kính 63 mm, dài 6 m mang một tải 200 kg. Xác định số giá đỡ tối thiểu cần thiết và bước của chúng nếu khoảng cách từ cuối xy lanh đến điểm giữa bàn dao là 430 mm và độ uốn tối đa là 1 mm. Trả lời: Trọng lượng tải: P m.g 200.9,81 1962 N Dò theo hình 4.31 ta chọn L1=2100mm Số bước tối thiểu: tmin
A1 stroke 430 6000 3, 06 L1 2100
88
Chiều dài thực giữa các bước theo kiểu c L
A1 stroke 430 6000 1608mm tsel 4
Chiều dài thực giữa các bước theo kiểu d L
A1 stroke 430 6000 1429mm tsel 4,5
Chương 1 EX 1.1. Một người có khối lượng là 1 kg. Hỏi trọng lượng của người đó là bao nhiêu? (a) Ở trên Trái Đất với gia tốc trọng trường là 9.81m/s2 (b) Ở một hành tinh nhỏ hơn ‘Pneumo’ có gia tốc trọng trường là 6m/s2 Lời giải: Trọng lượng ở Trái Đất = Khối lượng × Gia tốc trọng trường = 1kg × 9,81 = 9,81 newton (N) Note : 1N = 1 kg m/s2 Trọng lượng trên hành tinh ‘Pneumo’ = Khối lượng × Gia tốc = 1kg × 6m/s2 = 6 kg m/s2 = 6N EX 1.2 Một vật nặng 1 kg được treo trên 1 lò xo ở trạng thái cân bằng trong thang máy. Gia tốc trọng trường lớn nhất cả khi thang máy đi lên và đi xuống là 3 m/s2. Nếu lò xo được dùng để đo khối lượng với đơn vị kg thì cái giá trị gia tốc lớn nhất đọc được là bao nhiêu khi thang máy (a) Đi xuống ? (b) Đi lên ? Giải ; 89
Đi lên (xem hình 1.1) Với trường hợp thang máy đi lên thì lò xo cân bằng sẽ được gia tốc lên tới giá trị lớn nhất 3 m/s2. Lò xo đạt tới trạng thái cân bằng khi vật nặng bị kéo xuống với gia tốc 3 m/s2 cộng thêm gia tốc trọng trường. Tổng gia tốc là 9,81 + 3 m/s2. Trọng lượng sẽ là: 1 × (9,81 + 3)N = 12,81 N As giá trị khối lượng được đọc trên lò xo cân bằng
Đi xuống (xem hình 1.2) Ảnh hưởng của gia tốc lên trọng lượng = ( xo cân bằng là
m/s2. Thời gian được đọc trên lò
EX 1.3 Một xy lanh khí nén với đường kính khoan lỗ là 100 mm để giữ chặt một vật với lực tĩnh là 3000 N (xem hình 1.3). Xác định áp suất khí nén cần thiết. Giải : Tiết diện xy lanh =
×
=π×
mm2
=
m2
= (Note 100 mm = 0,1 m) Áp suất hệ thống = = 90
=
N/m2
= 3,82 × 10^5 N/m2 = 3,82 bar, 1bar = 105N/m2 Áp suất của hệ thống tác động lên một bên của xy lanh và bị chống lại bởi áp suất khí quyển tác động lên mặt bên kia của xy lanh. Áp suất hệ thống vì vậy mà thắng được áp suất khí quyển và tác động thêm 1 lực 3000 N. Áp suất được cài đặt trên thiết bị đo là áp suất khí quyển. Lấy áp suất khí quyển có giá trị là trên 1 bar áp suất suất tuyệt đối, khi đó Áp suất hệ thống = 3,82 bar tiêu chuẩn = 3,82 bar + 1 bar tuyệt đối = 4,82 bar tuyệt đối Note: Nếu áp suất không được nói rõ hoặc không được nhắc đến thì thường được cho là áp suất tiêu chuẩn. EX 1.4 Một máy nén có khả năng cung cấp 500 m3 khí tự do trong vòng 1 giờ ở áp suất 7 bar và nhiệt độ là 400C. Không khí mà máy nén lấy vào có độ ẩm tương đối là 80% và nhiệt độ là 20oC . Hãy xác định lượng nước mà máy nén lấy vào trong vòng 1 giờ. Giải Ở 20oC và 0 bar, 100 m3 không khí ẩm bao gồm 1,73 kg nước. Với độ ẩm 80% , thành phần nước là 1,384 kg trong 100 m3 f.a.d. Không khí thoát ra máy nén sẽ được làm ẩm. Thành phần nước trong 100 m3 f.a.d tại 7 bar và tại 40oC bằng nội suy là
Vì thế nước lẫn không khí thêm vào máy nén trong 1 giờ là 5×1,84 kg Nước lẫn không khí thoát ra khỏi máy nén trong 1 giờ là 5×0,647 kg Vì vậy, lượng nước được rút ra từ máy nén trong 1 giờ là 91
EX 1.5 Một máy nén cung cấp 3 khí tuân theo định luật
khí tự do trong 1 phút tại áp suất là 7 bar. Giả sử việc nén , xác định công lý thuyết.
Giải Công = Khi n=1,3 P= áp suất khí quyển = 1 bar abs V1 = P2= 7 barg = 8 bar abs
Công = =8,15 ×105 Nm/min = 13,58 × 103Nm/s Nhưng 1 Nm/s = 1 W ; Vì thế, Công = 13,58 KW EX 1.6 Tính công nếu khí trong bài 5 được nén đẳng nhiệt. Giải
92
Một giá trị thấp hơn nhiều so với gái trị tính toán trên máy nén đa hướng ở ví dụ 1.5 EX 1.7 Cho một máy nén 2 tầng phân phối khí tại áp suất 7 bar, xác định áp suất làm lạnh với công suất đầu vào là nhỏ nhất. Giải = 2,82 bar abs = 1,82 bar gauge EX 1.8 Xác định áp suất giảm trong hơn 100 m đường ống có đường kính trong là 50 mm với lưu lượng là 100l/s. Áp suất trung bình trong đường ống có thể lấy trung bình là 5 barg. Lấy lực f = 500, Khi đó
Trong đó, f=500, L=100m, Q=100 l/s, d=50 mm, Vì thế,
Áp suất giảm trong ống là mất mát năng lượng, và hậu quả là, gia tăng chi phí vận hành. Gia tăng kích thước khoan lỗ của ống sẽ giảm sụt áp nhưng lại tăng chi phí đường ống. Những điều này phải được cân bằng cho điều kiện thuận lợi nhất. Nếu đường kính khoan ống tăng 60 mm áp suất giảm được tính bằng 93
= 0,107 bar EX 1.9 Một máy nén cung cấp 200 l/s f.a.d tại áp suất là 7 bar . Giả sử vận tốc dòng chảy lớn nhất là 6 m/s, ước lượng đường kính ống cần thiết. Giải Thể tích khí nén thổi bên trong sẽ là sự phân phối khí tự do được chia theo tỉ lệ nén, khi đó Tỉ lệ nén = Vì thế, trong trường hợp này, lấy áp suất khí quyển là 1 bar, Tỉ lệ nén =
= 25 l/s
Lưu lượng = Tiết diện dòng chảy × vận tốc trung bình 25 Trong đó d là đường kính khoan ống tính bằng m. Vì thế, d= = 0,073 m = 73 mm Chương 2: Ví dụ 2.1: Một máy nén khí cấp lưu lượng 30m3/min ở áp suất 7bar. Nhu cầu trung bình của mạch là 7m3/min với sự thay đổi áp suất từ 7 đến 6 bar. Giả sử rằng thể tích bình chứa là 4m3. Xác định số lần nén của máy trong 1 giờ. Cho không khí được làm lạnh hoàn toàn và nhiệt độ không đổi. Áp suất khí trời là 1 bar. a. Ở 7 bar: 94
PV PV PV 8.4 1 1 2 2 V1 2 2 32m3 T1 T2 P1 1 b.
Tương tự ở 6 bar:
PV PV PV 7.4 3 3 4 4 V4 3 3 28m3 T3 T4 P4 1
Sự chênh lệch thể tích không khí tự do trong bình chứa giữa 7bar và 6bar là 4m3 . Máy nén khí có lưu lượng 10 m3 / phút và hệ thống yêu cầu 7 m3 / phút. Nạp vào bình tích áp 3 m3 / phút. Do đó, Thời gian nạp =
4 1,33 phút 3
Bình chứa xả từ 7bar xuống còn 6bar để cung cấp cho hệ thống 4 m3 . Do đó,
4 0,57 phút 7 Tổng thời gian từ máy nén khí đến tải: 1,33 + 0,57 = 1,9 phút Thời gian xả =
Cần phải mở máy 31,6 lần 1 giờ. Vì thế kích thước bình chứa phải tăng lên đến 6 m3 . Lượng khí tự do được chứa giữa áp suất 7bar và 6 bả cũng tăng lên. Thời gian nạp =
6 2 phút 3
6 0,86 phút 7 Tổng thời gian 1 chu kì là 2,86 phút. Thời gian mỗi chu kì có thể tăng nếu ta tăng sức chứa của bình chứa hoặc tăng khoảng áp suất mà hệ thống có thể hoạt động. Thời gian xả =
Ví dụ 2.2: Xylanh tác động kép có đường kính 100mm, piston có đường kính 32mm và khoảng hành trình là 300mm áp suất tiến và lùi đều là 6bar. Nếu xylanh hoạt động 25 chu kì trong 1 phút, hãy tính lượng không khí tiêu thụ. Thể tích lúc đẩy Thể tích lúc lùi
.1002.300 4
2,355 lít
(1002 322 ) 4
.100 2,114 lít
Tổng thể tích khí nén trong 1 chu kì 2,355 2,114 4,469 lít 95
Thể tích khí nén trong 1 phút = 4,469.25 111,7 lít/phút Ta có:
PV PV 1 1 2 2 T1 T2
Với: V1 – Thể tích không khí dung P1 = 1bar P2 = 6 + 1 = 7bar V2 = 111,7 lít/phút T1 = T2
V1 7.111,7 782 lít/phút Ví dụ 2.3: Hãy tính phần trăm lượng không khí tiêu thụ giảm đi trong 1 phút như ví dụ 2.2, nếu áp suất lùi về là 2bar. Như đã tính trong ví dụ 2.2: Thể tích hành trình lùi = 2,114 lít Hành trình lùi ở áp suất 2 bar, do đó thể tích khí tự do hành trình lùi được tính bởi công thức:
PV PV 1 1 2 2 V1
PV 21 2 2 .2,114 6,34 lít P1 1
Từ bài 2.2: Thể tích hành trình tiến = 2,355 lít Áp suất ở hành trình tiến là 6 bar, do đó thể tích khí tự do được tính theo công thức:
PV PV 1 1 2 2 V1
PV 61 2 2 .2,355 16,48 lít P1 1
Tổng lượng khí dung trong 1 chu kì: 16,48 6,34 22,82 lít 96
Lượng khí dung trong 25 chu kì: 22,8.25 = 570 lít/phút Lượng khí tiêu thụ ở bài 2.2 khi tiến và lùi đều ở áp suất 6 bar la2 7882 lit/phút. Khi giảm áp suất hành trình lùi còn 2 bar thì lượng khí tiêu thụ giảm còn 62 lít/phút. Tỉ lệ lượng không khí giảm:
782 570 .100% 27% 782 Ví dụ 2.4: Xét 1 xylanh như ví dụ 2.2. Tính lượng khí tiêu thụ tăng lên khi hệ thống đường ống được tính đến. Đường kính ống là 12mm và khoảng cách giữa van và xylanh là 1m. Thể tích trong đường ống
.122 4
.1000.2 226,224mm3 0,226 lít
Cả 2 ống đều được chỉnh áp 2 bar trong mỗi chu kì hoặc 25 lần mỗi phút. Chú ý: một ống được chỉnh áp ở hành trình tiến, ống còn lại được chỉnh áp ở hành trình lùi. Do đó thể tích khí được sử dụng trong ống là:
0,226.
61 .25 39,6 lít/phút 1
Ở ví dụ 2.2, lượng không khí tiêu thụ trong mỗi xylanh la 728 lít/phút. Lượng không khí lãng phí trong ống làm việc them 40 lít/ phút . Ví dụ 2.5: Đường dầu chính cung cấp cho một nhà máy với nhu cầu trung bình 20m3/min. Áp suất làm việc nhỏ nhất của bộ phận công tác là 5 bar. Máy nén khí có lưu lượng 35m3/min và áp suất làm việc là 7 bar. Hệ thống công tác điều khiển tắt tải khi áp suất của bể chứa tăng lên 7bar, và cấp lại tải khi áp suất bể chứa giảm còn 5bar. Nếu số lần khởi động của máy nén khí trong 1 giờ là 20, hãy xác định khả năng chứa của bể chứa. Vì máy nén khí chỉ được mở 20 lần trong 1 phút. Thơi gian giữa 2 lần mở là 3 phút, giả sử máy hoạt động ổn định. Trong 3 phút hệ thống yêu cầu 3.20 m3 . Để cấp lượng không khí đó, máy nén khí cần chạy trong: 97
3.20 1,714 phút 35 Do đó máy nên xả tải trong 1,286 phút trong khi bình chứa cung cấp không khí yêu cầu bởi hệ thống, khi đó áp suất bình chứa giảm từ 7 xuống còn 5 bar. Thể tích không khí cung cấp từ bình chứa = 1,286.20 = 25,72 m3 Gọi V là thể tích thực của bình chứa. Thể tích không khí tự do trong bình chứa ở 7 bar = V
71 8Vm3 1
Thể tích không khí tự do trong bình chứa ở 5 bar V
51 6Vm3 1
Suy ra thể tích không khí thay đổi trong bình chứa khi áp suất giảm từ 7 bar xuống còn 5 bar là: 8V – 6V =2V m3 Bằng với thể tích được cấp: 2V = 25,72 m3 V 12,86m3 Do đó thể tích bình chứa yêu cầu là: 12,86 m3 . Chọn bình chứa 13 m3 Ví dụ 2.6: Lượng khí yêu cầu của nhà máy như ví dụ 2.5 giảm xuống còn 15m3/min. Máy nén có lưu lượng 35m3/min ở áp suất 7bar với bể chứa có khả năng chứa 13m3. Hãy tính số lần mở máytrong 1 giờ của máy nén khí nếu công tắc điều khiển áp suất 7 bar và 5 bar được sử dụng. Thể tích khí chứa trong bình chứa ở 7 bar: 13.
71 104m3 1
Thể tích không khí chứa trong bình chứa ở 5 bar: 13.
51 78m3 1
Do đó, thể tích khí thay đổi trong bình chứa khi áp suất thay đổi từ 7 bar xuống còn 5 bar là: 104 – 78 = 26 m3 Hệ thống yêu cầu 5 m3 / phút, do đó khôn khí chứa trong bình chứa vận hành hệ thống trong 26/15 = 1,734 phút. 98
Khi bình chứa được nạp thể tích không khí đi vào bình chứa là khác giữa với thể tích ra từ máy nén khí và hệ thống yêu cầu. Trong trường hợp này: 35 – 15 = 20 m3 khí vào bình chứa Thời gian để nạp 20 m3 không khí vào bình chứa=
26 1,3 phút 20
Tổng thời gian nạp xả = 1,73 + 1,3 = 3,03 phút Số lần mở trong 1 giờ:
60 19,9 3,03
Ví dụ 2.7: Xét máy nén khí thiết kế như ví dụ 2.4 nhưng yêu cầu của hệ thống từ 20 đến 25 m /min . hãy tính số lần máy nén khí mở tải trong 1 giờ. Nếu số lần khởi động của máy nén khí trong 1 giờ là 20, xác định áp suất bể chứa khi máy nén khí bật tải. Áp suất đóng tải còn 7 bar. 3
Thể tích khí trong bình chứa khi áp suất thay đổi từ 7bar xuống còn 5bar là 26 m3 . Yêu cầu 25 m3 . Bình chứa xả trong thời gian:
26 1,04 phút 25
Với yêu cầu 25 m3 / phút, có (35 – 25) m3 / phút nạp vào bình chứa. Thời gian nạp
26 2,6 phút 10
Chu kì xả nạp của bình chứa = 1,04 + 2,6 = 3,64 phút Gọi áp suất cài đặt là P bar. Lượng không khí có sẵn = 13P m3 Thể tích đó sẽ vận hành trong thời gian
13P phút 25 99
Đó là thời gian xả của bình chứa. Thời gian nạp của bình chứa =
13P phút 35 25
Chu kì xả nạp của bình chứa =
13P 13P phút 25 10
Để số lần mở máy nhỏ hơn 20 lần trong 1 phút, thì chu kì xả nạp của bình chứa phải lớn hơn 3 phút.
13P 13P 3 P 1,65bar 25 10 Vì thế khi mở tải áp suất là 5,35bar Ví dụ 2.8: Một máy có nhu cầu 0,1m3 không khí trong 1 chu kì ở áp suất nhỏ nhất là 4 bar, hoạt động 25 chu kì 1 phút. Máy được cung cấp từ đường dầu chính với áp suất giảm tuyến tính từ 7 đến 3 bar trong 20 giây chu kì. Ước tính kích thước bể chứa giữa máy và mạch chính để duy trì áp suất nhỏ nhất của máy là 4 bar. Ứng suất thay đổi trong đường dầu chính được biễu diễn theo hình 2.18. Áp suất của đường dầu chính giảm 4 bar trong tổng thời gian 5 giây của chu kì. Đó là lúc bể chứa chứa đầy không khí để vận hành máy giữa áp suất lớn nhất 5 bar, áp suất nhỏ nhất của đường dầu chính là 4 bar. Gọi thể tích bình chứa là V. Thể tích khí trong bình chứa ở 5 bar là:
V
51 3 m 1
Thể tích khí trong bình chứa ở áp suất 4bar:
V
41 3 m 1
Do đó thể tích thay đổi trong bình chứa là:
V
51 4 1 V Vm3 1 1 100
Thể tích khôn khí mà máy yêu cầu trong 5 giây là thể tích không khí tiêu thụ trong một chu kì:
0,1.25.5 0,208m3 60 Vậy thể tích của bình chứa là: V = 0,208 m3 Ví dụ 2.9: Trong 1 thí nghiệm trênđường dầu chính, bể chứa đầy đến áp suất 7 bar và ngắt máy nén khí trong 10 phut1cho áp suất giảm còn 6.5 bar. Bể chứa được 20m3, đường kính đường dầu chính là 100mm, chiều dài 800mm. Ước tính sự rò rỉ từ hệ thống. Nếu tổng công suất cấp vào là 100kW, Hãy tính phần trăm lương năng lượng cấp cho không khí bị rò rỉ. Thể tích đường dầu chính
.0,12 4
.800 6,28m3
Tổng thể tích bình chứa và đường dầu chính: 20 + 6,28 = 26,28 m3 Thể tích thoát ra từ bình chứ và đường dầu chính khi áp suất giảm từ 7bar còn 6bar: (7 – 6,5).26,28=13,14 m3 Sự rò rỉ từ hệ thống trong 600s, lượng khí rò rỉ trung bình:
13,14 0,0219m3 / s 600
Hoặc sự rò rỉ của hệ thống ở áp suất trung bình 6,75bar là 1,314 m3 / phút. Như đã tính, 75 lít/phút ở áp suất 7 bar cần cấp công suất 1kW. Do đó, công suất yêu cầu để cung cấp 1,324 m3 / phút ở áp suất 6,75 bar:
1,314.1000 6,75 1 . 16,97kW 75 71 Phần trăm công suất cung cấp cho khí rò rỉ là:
16,97 .100 16,97% 100
101
Chương 4: Example chương 4 EX4.1 A double-acting cylinder is required to clamp a workpiece with an actual force of 3kN. The minimum supply pressure is 5 bar, cylinder return is minimal load. Caculate the cylinder size require assume efficiency of 96 per cent. Một xilanh tác động kép được yêu cầu dùng để kẹp phôi với lực thực tế là 3kN. Áp suất cung cấp tối đa là 5bar, xilanh lùi về ở chế độ không tải. Kích thước xilanh yêu cầu là bao nhiêu để hiệu suất là 96%. Giải:
Trong trường hợp này nên chọn xy lanh có đường kính 100 mm, giá trị này gần đường kính xy lanh tiêu chuẩn nhất mà có thể đảm bảo lực cần thiết EX4.2 A pneumatic cylinder is require to move 200kg pack of paper 600mm up a 60 o incline. The coefficient of frictoria is 0.15. It is to be assumed that the accelecration of the load will occur within the cushioned length (30mm) and that the load will attain avelocity of 0.6m/s. The maximum pressure available at the piston is 5 bar gauge, determine: (a) The actuator required (b) The air consumpation if the cylinder operates at 15 cycles/min. Một xilanh khí nén được yêu cầu di chuyển một gói giấy 200kg 600mm nghiêng một góc 60o. Hệ số ma sát 0,15. Cho rằng tải tăng tốc trong phạm vi chiều dài đệm (30mm) và đạt được tốc độ 0,6m/s. Áp suất tối đa có thể có trong xilanh là 5bar. Hãy tính: 102
a) Kích thước bộ truyền động. b) Lượng không khí tiêu thụ nếu xilanh hoạt động 15 chukỳ/phút. Giải: Xác định tổng lực trực đối của chuyển động:
Trọng lực: F1=mgsin60=200.9,81.0,866=1699N Lực ma sát: Ft=mgcos60=200.9,81.cos60=147N Lực gia tốc: Fa=ma Từ phương trình chuyển động: V2=U2+2as Vật chuyển động từ trạng thái nghỉ nên U = 0 ⟹ ⟹ ⟹
tot
=
1
+
t+
a
= 1699 + 147 + 1200 = 3046
Ma sát trong + tổng tổn thất = 0.1 × 3046 Tổng lực tác dụng:
T
= 1.1 × 3046
Đường kính pittông:
Theo tiêu chuẩn chọn D = 100 mm. Tính lưu lượng cần thiết của xy lanh:
103
EX4.3 A pneumatic cylinder complete with a direction control valve and associated pipe and fittings has been selected to move a mass of 3kg with a supply pressure of 8 bar. Estimate the extended stroke time. Một xilanh khí nén được vận hành bởi một van điều hướng với ống nối vừa vặn, hệ thống dùng để di chuyển một vật 3kg với áp suất cung cấp là 8bar. Ước tính thời gian hành trình mở rộng. Giải: Dữ liệu của nhà sản xuất xy lanh là: D = 50 mm; L = 240 mm; LC = 29 mm. Và cho van là: Ce = 2.76 T1 = 0.05 Thời gian cần thiết để đến chỗ giảm chấn = T2
Mặt khác,
Trường hợp này T2min < T2, thiết bị giảm chấn không bị hỏng. Vận tốc giảm chấn tối đa có thể là:
Vận tốc chấp nhận được của xy lanh là 300 mm/s.
Thời gian hành trình nhỏ nhất thực tế = T1 + T2 + T3 = 0.05 + 0.229 + 0.097 = 0.376s. 104
EX4.4 Using the same componets as the previous example but with the load increased to 15kg, determine the stroke time. Sử dụng các thành phần giống như ví dụ 4.3 nhưng với tải 15kg, tính thời gian hành trình. Giải: Từ kết quả ví dụ 4.3: T1 = 0.05s và T2 = 0.229 s
T2min > T2, ngõ thoát cần thiết cho hiệu quả quá trình giảm chấn.
Thời gian suốt quá trình giảm chấn là:
Vậy, tổng thời gian là: Ttot= T1 + T2 + T3 = 0.05 + 0.289 + 0.29 = 0.629 s
EX4.5 In vertically mounted cylinder application a mass of 5kg is driven downwards at 1.5m/s by supply pressure of 8 bar. The maximum working pressure of the cylinder is 10 bar. Determine a cylinder size that will provide adequate internal cushioning. Trên một xilanh đặt thẳng đứng có gắn một vật 5kg được định hướng cho đi xuống tại vận tốc 1,5m/s với áp suất cung cấp 8bar. Áp suất làm việc tối đa là 10bar. Xác định kích thước xilanh (có đệm bên trong) . Giải:
105
(trong đó, Fx =1.5 (hình 4.28)) Theo bảng 4.3 , với Ecush = 3.75 Nm ta chọn xy lanh có đường kính 32 mm. Xác định áp suất giảm chấn:
Do đó, áp suất giảm chấn nhỏ hơn áp suất làm việc tối đa, xy lanh 32 mm có thể hãm hiệu quả. EX4.6 In vertically mounted cylinder application a mass of 5kg is driven upwards at 1.8m/s by supply pressure of 6 bar. The maximum working pressure of the cylinder is 10 bar. Determine a cylinder size that will provide adequate internal cushioning. Trên một xilanh đặt thẳng đứng có gắn một vật 24kg được định hướng cho đi lên tại vận tốc 1.8m/s với áp suất cung cấp 6bar. Áp suất làm việc tối đa là 10bar. Xác định kích thước xilanh (có đệm bên trong) . Giải:
(trong đó, Fx =1.8 (hình 4.28)) Theo bảng 4.3, với Ecush = 21,6 Nm ta chọn xy lanh có đường kính 63 mm. Xác định áp suất giảm chấn: 106
Kết quả tính toán chứng minh xy lanh 63 mm là phù hợp EX4.7 A 50mm diameter cylinder, having a stroke of 5000mm, is to carry an external load of 1400N. if the maximum deflection is not to exceed 1mm, determine the number and pitch of the supports Một xilanh có đường kính 50mm, hành trình 5000mm, dùng để nâng tải 1400 N. Nếu độ võng tối đa cho phép là 1mm, hãy quyết định số lượng và độ lớn của cột chống. Giải: A1 được xác định từ nhà sản xuất. Trong trường hợp này sử dụng 300 mm.
Chiều dài thực giữa các bước, hệ thống giá đỡ (c):
(với hệ thống giá đỡ (c), tsel = 4; với hệ thống giá đỡ (d),tsel = 4.5) Chiều dài thực giữa các bước, hệ thống giá đỡ (d):
Theo hình 4.31, giá trị cực đại là 1700 mm, do đó cả hai hệ thống giá đỡ đều có thể chấp nhận được. Chương 6: EX6.1A door is to be opened by a pneumatic cylinder when either of two push-button A or B operated. When the valve is released the door will close. Một cánh cửa được mở bởi một xilanh khí nén khi một trong 2 nút nhấn van được vận hành. Khi van thả thì cửa đóng. 107
_
_ _
_
_ _
EX6.2 Minimise the function : S=A.B+ A.B.C+A.B.C.D+ A.B.C.D Rút gọn biểu thức : EX6.3 A machined plate shown in Fig. 6.24 has two holes A and B drilled in it. A pneumatic inspection machine is used to check the pressure of the holes and the length of the plate. Pneumatic sensor W, X, Y, Z are used to detect the holes and check the length of the plate. The sensor signals are _
W=hole at A, W = no hole at A Một bệ máy trong hình 6.24 được khoan 2 lỗ A và B. một máy đo khí nén được sử dụng để kiểm tra hình dáng của lỗ và chiều dày của bệ máy. Các cảm biến W, X, Y, Z được sử dụng để dò ra lỗ và kiểm tra chiều dày của bệ máy. Tính hiệu của cảm biến là W= lỗ _
tại A, W =không phải lỗ tại A EX6.4 Sequence
A+ B- A-B+
In this case the map would be as shown in Fig.6,40 The operations A+ and B+ starting simultaneously may result in A+ being completed first, in which case the path will be square 1 to square 2 to square 4, but if B+ is completed first the path will be square 1 to 3 to 4.
Trình tự
A+ B- A-B+
Trình tự trên được chỉ ra trong sơ đồ hình 6.40 Vận hành đồng thời A+ và B+ ,có thể nhận kết quả A+ được vận hành trước. Trong trường hợp này đường đi theo hình vuông 1 đến 2 rồi đến 4. Nhưng nếu B được nhấn trước, đường đi sẽ từ hình vuông 1 đến 3 rồi đến 4.
108
Chương 7: Ví dụ 7.1 Nếu tín hiệu S1 là “ Relay on” và tín hiệu S2 hoặc S3 là “ Relay off ” vẽ mạch điện cho Rờ le ( xem hình 7.8). Relay enable K1e = S1 Relay disable K1d = = . Chú ý: S2 và S3 thường đóng. Sử dụng đại số Boolean đã được giải thích ở chương 6 Chương 10: EX10.1 A pneumatic cylinder which a bore of 100mm and stroke of 200mm completes 40 cylinder per minute. Neglecting the piston rod volume, determine the cylinder air consumpation if it supply at 6.5 bar. Một xilanh khí nén với lỗ khoan 100mm, hành trình 200mm hoàn thành 40 vòng/phút. Bỏ qua thanh pittong, hảy tính lượng không khí tiêu thụ nếu xilanh được cung cấp áp suất 6.5bar.
Giải Thể tích quét của pitton trong một chu kỳ V= Thể tích duỗi + thế tích kéo về Khi bỏ qua cần xylanh thì V = 2 x diện tích tiết diện xylanh x chiều dài hành trình 2
0,12 .0, 2 0,00314m3 4
Lưu lượng trên phút Q = 0,00314 x 40 = 0,1256 m3/ph Áp suất đo là 6,5 bar, nên áp suất tuyệt đối là 7,5 bar. Do đó tỉ lệ nén là 7,5 : 1 Do đó Q = 0,1256 x 7,5 = 0,942 m3/ph f.a.d =15,7 l/s f.a.d EX10.2 Estimate the size of direction control valve needes to supply the cylinder given in example 10.1. the pressure drop across the valve is noat exceed 0.25 bar. Ước tính kích thước của van điều hướng cần để cung cấp cho xilanh ở ví dụ 10.1. áp suất tiêu hao khi qua van là 0.25bar. Giải Sử dụng công thức Q 6,844Cv P((Ps 1) P )) 109
Q=15,7l/sf.a.d Trong đó ΔP=0,25bar Ps =6,5bar
Q 15,7l=6,844Cv 0,25(6,5+1-0,25) Cv
Do đó
15,7 1,7 6,844 0,25(6,5+1-0,25)
Van BSP có hệ số Cv là 2.0 và áp suất tiêu hao đi qua van hơn 0,25 bar khi điều khiển xylanh. Van áp suất nên có kích thước theo theo yêu cầu chế tạo, thường thì nó có tiêu chuẩn thiết kế sẵn. EX10.3 Determine the bore of an air main to carry 6m 3/min f.a.d. at working pressure of 6 bar. Quyết định kích thước khoan khí chính của xilanh để nâng 6m3/min tại áp suất làm việc 6.5bar. Giải Chuyển sang lưu lượng l/s: 6m3/p=100l/s Ta có tỉ lệ nén là (6,5+1):1=7,5:1, với lượng không khí 6m3 với áp suất nén 7,5 bar thì có thể tích là 6/7,5=0,8 m 3 Lưu lượng= Tiết diện x Vận tốc
0,8 d 2 .5 60 4 Do đó d
4.0,8 0,0583m 58,3m .60.5 2
Áp suất nhỏ giọt = 800 LQ5,3 CR.d Trong đó
L là độ dài ống (m) 110
Q lưu lượng không khí tự do qua ống (l/s) CR tỉ số nén ở ống vào d là đường kính thành ống EX10.4 The pipe used in Ex 10.3 has length of 300m. Determine of pressure drop for 65mm bore and 50 mm bore pipe when d=65. The flow is 100l/s. Ống được sử dụng ở ví dụ 10.3 có chiều dài là 300m. quyết định áp suất tiêu hao cho khoan 65mm và khoan 50mm của ống khi d=65. Lưu lượng 100l/p. Giải Tỉ số nén là CR=(6,5+1):1=7,5:1 2
Áp suất tiêu hao trong đường ống 65mm= 800.300.100 0,079bar 5,3 7,5.65
2
Áp suất tiêu hao trong đường ống 50mm= 800.300.100 0,32bar 7,5.505,3 Trường hợp áp suất tiêu hao là 0,32 bar thì không được. nếu yêu cầu cao đối với khí cung cấp đàu vào thì nên dùng ống 65mm EX10.5 a pneumatically operated feed unit for a carton erection machine is shown diagrammatically in Fig 10.2 . A pre-formed flat cardboard sheet is lifted from a stack of sheets by a vacuum cup attached to apneumatic cylinder A. when cylinder A is fully retracted, cylinder B extends, transferring the sheet to a position above the carton erection machine. Cyclinder A extends, pushing the sheet fully into the machine where a hot melt gue is applied and the carton erected. To facilitate this operation, cylinder A must remain fully extended for 1.5 seconds. The vacuum cups are exhausted and the cylinder retracts, leaving the erected carton behind. The side of erection machine is opened by extending cyclinder C; the carton is then ejected onto the discharge conveyor by extending the eject cylinder D. The dimensions are: Cylinder
Bore
Stroke
A
63mm
400mm
B
63mm
800mm 111
C
50mm
300mm
D
50mm
600mm
The vacuum pads are energized by switching on a supply of compressed air. The carton erection machine requires an electrical signal to start its cycle, which is completed in 1.5 seconds. Design a suitable pneumatic system, size valve and estimate the air consumption of the unit when it is producing five cartons per minute. The air supply pressure is 6 bar gauge; assume that all cylinders operation at this pressure. The unit must be fully automatic in operation, stopping if the stack of carboard sheets is empty or if the discharge conveyor has no space to accept a carton. The machine will automatically restart when these faults have been corrected. The cylinder control valves are to be 5/2 double-solenoid operated. A 3/2 valve. Double-solenoid operated, is to be used to switch the vacuum on and off.
112
FLUID POWER ENGINEERING Chương 1_Mục 1.6: 1.1
State the function of the power systems. Nêu các chức năng của hệ thống năng lượng Giải
Hệ thống năng lượng được sử dụng để truyền tải và điều khiển năng lượng. Chức năng này được minh họa bằng hình. 1.1
1.2
Discuss briefly the principle of operation of the different power systems giving the necessary schemes. Trình bày ngắn gọn nguyên tắc hoạt động của các hệ thống điện khác nhau cho các phương án cần thiết Giải
113
Mechanical Power Systems Hệ thống năng lượng cơ học sử dụng các yếu tố cơ học để truyền và điều khiển năng lượng. Các hệ thống truyền lực của một chiếc xe nhỏ là một ví dụ điển hình cho hệ thống năng lượng cơ học (hình Figure 1.3). Hộp số (3) được kết nối với (1) động cơ thông qua bộ ly hợp (2). Trục dẫn của hộp số có vận tốc quay bằng vận tốc động cơ, trục bị dẫn (4) sẽ quay với các tốc độ khác nhau dựa trên sự ăn khớp các cặp bánh răng. Năng lượng sau đó được truyền tới các bánh xe (8) thông qua các khớp nối phổ quát (5), ổ trục (6), và các chi tiết khác (7).
1.3 Draw the circuit of a simple hydraulic system, in standard symbols, and explain briefly the function of its basic elements. Vẽ mạch một hệ thống thủy lực đơn giản bằng các ký hiệu tiêu chuẩn, và giải thích ngắn gọn các chức năng cơ bản của nó Giải
114
Chức năng: Đây là mạch thủy lực nâng tải nhanh, hạ tải chậm Mạch gồm các chi tiết: +Bơm dầu được truyền động bởi động cơ. +Van giới hạn áp suất, chức năng giới hạn áp suất tối đa trong mạch và là van an toàn +Van điều khiển nâng hạ tải, điều khiển bới solenoid. +Van tiết lưu hạn chế lưu lượng đầu ra, làm tải hạ xuống chậm. +Bộ lọc dầu gắn sau cửa xả T của van điều khiển. 1.4 State the advantages and disadvantages of hydraulic power systems. Nêu những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống thủy lực. Giải *Các ưu điểm chính của hệ thống thủy lực như sau: 1.Tỷ số công suất trên trọng lượng cao 2. Tự bôi trơn 3. Không có hiện tượng bão hòa trong các hệ thống thủy lực so với độ bão hòa trong các máy điện. Các mô-men xoắn tối đa của một động cơ điện tỉ lệ với dòng điện, nhưng nó bị hạn chế bởi sự bão hòa từ. 4. Tỷ lệ lực trên khối lượng và mô-men quán tính cao, kết quả trong khả năng tăng tốc cao và đáp ứng nhanh chóng của các động cơ thủy lực. 5. Độ cứng cao của xi lanh thủy lực, cho phép dừng tải tại bất kỳ vị trí trung gian. 6.Hệ thống bảo vệ chống quá tải đơn giản 7. Có khả năng lưu trữ năng lượng trong bình tích áp. 8. Tính linh hoạt của truyền động so với các hệ thống cơ khí. 9. Sẵn có của cả hai chuyển động quay và thẳng 10. An toàn liên quan đến nguy cơ dễ nổ. * Hệ thống thủy lực có những nhược điểm sau: 1. Nguồn thủy lực là không có sẵn, không giống như điện. Do đó cần có nguồn điện 115
2. Chi phí sản xuất cao do yêu cầu của độ hở nhỏ và quá trình sản xuất chính xác cao 3. Quán tính cao của đường dây truyền tải, làm tăng thời gian phản ứng của chúng 4. Giới hạn nhiệt độ hoạt động tối đa và tối thiểu. 5. Nguy cơ hỏa hoạn khi sử dụng các loại dầu 6. Vấn đề lọc dầu.
1.5 Draw the circuit of a simple hydraulic system, including a pump, directional control valves, hydraulic cylinder, relief valve, and pressure gauge. State the function of the individual elements and discuss in detail the power transmission and transformation in the hydraulic power systems. Vẽ mạch của một hệ thống thủy lực đơn giản, bao gồm một máy bơm, van điều khiển hướng, xi lanh thủy lực, van xả, và đồng hồ đo áp lực. Nêu các chức năng của từng bộ phận đó và trình bày chi tiết quá trình truyền tải năng lượng và chuyển đổi trong hệ thống thủy lực. Giải
Giải Các chi tiết đã trình bày ở câu 1.3 Quá trình truyền năng lượng +Động cơ điện hoạt động sinh ra chuyển động quay, chuyển động quay đó truyền sang máy bơm thong qua nối trục. +Máy bơm quay hút dầu từ bể lên hệ thống. 116
+Áp lực máy bơm đẩy đầu đi khắp các ngóc ngách trong hệ thống và được điều khiển bởi van điều khiển. +Khi không tác động các solenoid cửa P thông T, dầu chảy về bể. +Khi solenoid bên trái được tác động cữa P thông A, dầu chảy qua van 1 chiều của van tiết lưu đi vào xylanh nâng tải lên. +Khi solenoid bên phải được kích hoạt cửa P thông B, dầu đi vào xylanh hạ tải xuống, dầu phía đầu ra đi qua van tiết lưu nên lưu lượng đi ra ít nên tải hạ chậm. +Dầu theo cửa T chảy về bể phải qua bộ phận lọc dầu. +Đồng hồ đo áp dung đo áp suất trong hệ thống. 1.6 The given figure shows the extension mode of a hydraulic cylinder. Neglecting the losses in the transmission lines and control valves, calculate the loading force, F,returned flow rate, QT, piston speed, v, cylinder output mechanical power, Nm, and pump output hydraulic power, Nh. Comment on the calculation results, given: Delivery line pressure P=200 bar Pump flow rate QP=40 L/min Piston diameter D=100 mm Piston rod diameter d=70 mm Các con số được đưa ra diễn tả quá trình di chuyển ra của một xi lanh thủy lực. Bỏ qua những mất mát trong đường dây và van điều khiển, tính toán lực tải, F, lưu lượng chảy về (bể dầu), QT, tốc độ piston, v, công suất xi lanh sinh ra, Nm, và công suất máy bơm thủy lực, Nh. Nhận xét về kết quả tính toán; cho: Áp lực dòng chảy P = 200 bar Lưu lượng máy bơm QP = 40 L/min Đường kính piston D = 100 mm Đường kính cần piston d = 70 mm
Giải *Tính lực F 117
Vì cửa ra thông với khí trời nên áp suất trên phần diện tích vành khuyên bằng 0 PT cân bằng lực
*Vận tốc v
* Lưu lượng chảy về (bể dầu), QT
* Công suất xi lanh sinh ra, Nm
* Công suất máy bơm thủy lực, Nh
1.7 The given figure shows the extension mode of a hydraulic cylinder, in differential connection. The losses in the trans mission lines and control valves were neglected. Calculate the loading force, F, inlet flow rate, Qin, returned flow ate,Qout, piston speed, v, cylinder output mechanical power, Nm, and pump output hydraulic power, Nh. Comment on the calculation results compared with he case of problem 6, given Delivery line pressure P=200 bar Pump flow rate QP=40 L/min Piston diameter D=100 mm Piston rod diameter d=70 mm Các con số được đưa ra diễn tả tả quá trình di chuyển ra một xi lanh thủy lực, trong một kết cấu thủy lực đặc biệt. Những mất mát trong dòng chảy và van điều khiển được bỏ qua. Tính lực tải, F, lưu lượng chảy vào, Qin, lưu lượng chảy ra, Qout, tốc độ piston, v, công sức xilanh sinh ra, Nm, công suất máy bơm thủy lực, Nh. Nhận xét về kết quả tính toán với trường hợp của bài 1.6; cho: Áp lực dòng chảy P = 200 bar Lưu lượng máy bơm QP = 40 L/min 118
Đường kính piston D = 100 mm Đường kính cần piston d = 70 mm
Giải * Lực tải, F Vì cửa ra thông với cửa vào nên áp suất cửa ra bằng cửa vào bằng 200bar PT cân bằng lực:
* Lưu lượng chảy vào, Qin, lưu lượng chảy ra, Qout Ta có: Ta có Từ 2PT 2 ẩn * tốc độ piston, v
* công sức xilanh sinh ra, Nm W *Công suất máy bơm thủy lực, Nh
1.8 Shown is the hydraulic circuit of a load-lifting hydraulic system. The lowering speed is controlled by means of a throttle-check valve. Discuss the construction and operation of this system. Redraw the hydraulic circuit in the load-lowering mode, then calculate the pressure in the cylinder rod side, PC, the inlet flow rate, Qin, outlet flow rate, Qout, pump 119
flow rate, QP, pump output power, Nh, and the area of the throttle valve, At. Neglect the hydraulic losses in the system elements, except the throttle valve. The flow rate through the throttling element is given by: where Q=Flow rate, m3/s Cd=Discharge coefficient 2 At=Throttle area,m ΔP=Pressure difference, Pa 3 ρ=Oil density, kg/m Given Pump exit pressure =30 bar Piston speed =0.07 m/s 2 Piston area AP=78.5 cm Piston rod side area Ar=40 cm2 Oil density =870 kg/m3 Discharge coefficient =0.611 Safety valve is pre-set at 350 bar Weight of the body =30 kN Trong ảnh là mạch thủy lực của hệ thống thủy lực nâng tải. Tốc độ hạ thấp được kiểm soát bằng van điều khiền lưu lượng. Thảo luận về việc xây dựng và hoạt động của hệ thống này. Vẽ lại mạch thủy lực ở chế độ tải hạ, sau đó tính toán áp lực ở trên cần xilanh, lưu lượng chảy vào, Qin, lưu lượng chảy ra, Qout, lưu lượng máy bơm, QP, công suất bơm, Nh, diện tích van tiết lưu, At. Bỏ qua các tổn thất thủy lực trong các thành phần hệ thống, ngoại trừ các van tiết lưu. Lưu lượng chảy qua bộ phận tiết lưu được tính bằng CT: Q: lưu lượng m3/s Cd: hệ số lưu lượng 2 At: diện tích tiết lưu m : chênh lệch áp suất Pa 3 : khối lượng riêng kg/m Áp suất bơm =30 bar Tốc dộ piston = 0.07 m/s 2 Diện tích piston AP=78.5 cm diện tích cần piston Ar = 40 cm2 =870 kg/m3 Cd =0.611 Áp suất điều chỉnh trên van Trọng lượng toàn bộ =30 kN an toàn là 350 bar
, với
120
1.9 Redraw the circuit of problem 8 in lifting mode. For the same pump flow rate, safety valve setting, and dimensions, calculate the maximum load thatthe system can lift. Calculate all of the system operating parameters at this mode. Neglect the hydraulic losses in the system elements, except for the throttle valve. Vẽ lại mạch bài 1.8 trong chế độ nâng. Với cùng lưu lượng của máy bơm, áp suất của van an toàn, và các kích thước. Tính toán tải trọng tối đa mà hệ thống có thể nâng. Tính toán tất cả các thông số vận hành hệ thống ở chế độ này. Bỏ qua các tổn thất thủy lực trong các thành phần hệ thống, trừ van tiết lưu. Chương 2_Mục 2.6: 2.1 Derive an expression for the pressure and power losses in a hydraulic transmission line of constant diameter in the case of laminar flow. Nhận xét sự biến đổi của áp suất và năng lượng tổn thất trong một dòng truyền động thủy lực đường kính không đổi trong trường hợp chảy tầng. Giải Trong ống dẫn, dòng chảy có thể là dòng chảy tầng hoặc dòng chảy rối tùy thuộc vào tỷ lệ giữa lực ma sát nhớt và lực quán tính, tỷ lệ này được biểu thị bằng số Reynold, Re. Trong trường hợp dòng chảy tầng, chênh áp có thể tính như sau:
121
Trong đó D là đường kính ống dẫn, m L là chiều dài đoạn ống đang xét, m Re là số Reynold v là vận tốc trung bình của chất lỏng là độ chênh áp trong ống, Pa là hệ số ma sát của dòng chảy tẩng là trọng lượng riêng của dầu Công thức xác định tổn thất năng lượng
2.2
Derive an expression for the hydraulic resistance, R, of a hydraulic transmission line and find the resultant resistance of two lines connected in series or in parallel.
Trình bày về trở kháng thủy lực, R, của ống dẫn thủy lực và tìm kết quả nếu nối hai ống song song hoặc nối tiếp. Giải Trở kháng thủy lực được tạo nên do ma sát giữa chất lỏng và thành ống dẫn, gây nên tổn thất cục bộ, ta có công thức sau:
Trong đó D là đường kính ống, m 122
Q là lưu lượng dòng chảy bị tổn thất, m3 L là chiều dài đoạn ống đang xét, m là trở kháng là chênh lệch áp, Pa Chú ý rằng việc rò rỉ tỷ lệ nghịch với độ nhớt, tỷ lệ thuận với tiết diện tròn của ống, trong trường hợp này tổn thất năng lượng được tính như sau:
2.3
Derive an expression for the hydraulic inertia of a transmission line. Rút ra một biểu hiện cho quán tính thủy lực của một đường dây truyền tải.
2.4
Rút ra một biểu hiện cho quán tính thủy lực của hai dòng truyền động thủy lực nối tiếp hoặc song song. Rút ra một biểu hiện cho quán tính thủy lực của hai dòng truyền động thủy lực nối tiếp hoặc song song.
2.5
Define the bulk modulus of oil and derive the equivalent bulk modulus of an oil-air mixture. Xác định các module đàn hồi của dầu và suy ra module đàn hồi tương đương với một hỗn hợp dầu-khí. Giải
Chất lỏng có tính nén rất thấp, còn khí thì ngược lại, do đó chất lỏng thường được giả sử là không nén được. Giả sử này được áp dụng cả trong trường hợp chất lỏng nén được không ảnh hưởng quá nhiều đến hệ thống
Trong đó là chênh áp, Pa là hiệu thể tích thay đổi, m3 B là modun đàn hồi của chất lỏng, thường lấy B=1 tới 2 Gpa 123
2.6
Derive the expressions for the resultant hydraulic capacitance of two hydraulic lines connected in series or in parallel.
Rút ra các biểu thức điện dung thủy lực kết quả của hai dòng thủy lực nối tiếp hoặc song song. Giải Chênh lệch về vận tốc dầu tong ống được tính theo lưu lượng vào và ra trong ống, ta có:
Chênh lệch thể tích do tác dụng nén của dầu: Từ đó ta có:
phụ thuộc vào các yếutoố như vật liệu làm ống, chiều dày, đường kính, áp suất làm việc của hệ thống:
, giả sử
Đối với dòng chảy chỉ chảy trong ống1 lần, ta có
Hay Số gia
do tính nén được nên:
C được gọi là dung kháng của ống Trong trường hợp ống có biến dạng do ghép nối, lúc này cần xác định lại dung kháng C Khi ống dạng tròn biến dạng, ta có thể tích
như sau:
124
rất nhỏ so với 2D nên ta có:
Gọi
2.7
Derive an expression for the pressure increment in a volume of liquid trapped in a rigid container when subjected to a temperature increase ΔT
Rút ra một biểu hiện cho sự tăng áp lực trong một thể tích chất lỏng chứa trong một chai cứng và bịt kín chịu một sự gia tăng nhiệt độ ΔT Giải Sự thay đổi thể tích phụ thuộc vào nhiệt độ: Trong đó: V là thể tích ban đầu, m3 A là hệ số nhiệt động học bằng 0,0007 K-1 là sự thay đổi nhiệt độ, 125
lượng thể tích thay đổi ứng ới lượng thay đổi nhiệt độ Giả sử
2.8
ta có:
Discuss briefly the effect of the saturated vapor pressure on the fnctionof hydraulic systems Trình bày ngắn gọn tác dụng của áp suất hơi bão hòa trên các chức năng của hệ thống thủy lực Giải
Tất cả các chất lỏng có xu hướng bay hơi bằng cách phát tán các phân tử vào khoãng không trên bề mặt. Nếu có một không gian kín, áp suất riêng phần tạo ra bới các phân tử tang dần đến khi tốc độ các phân tử thoát ra và trở lại chất lỏng bằng nhau, áp suất lúc này gọi là áp suất hơi bão hòa. Quá trính giảm dần áp suất đến khi đặt được giá trị bão hòa thường gây nên hiện tượng sủi bọt, các bong bóng khí vỡ ra dẫn đến tang vận tốc cục bộ của chất lỏng ở đây là dầu. Ngoài ra còn gây các phản ứng không tốt lên bề mặt bơm 2.9
Calculate the percentage of variation in volume of liquid of bulk modulus B=1.4 GPa if its pressure is increased by 10 MPa.
Tính phần trăm thay đổi thể tích chất lỏng của hàng loạt mô đun B = 1,4 GPa nếu áp suất của nó tăng thêm 10 MPa. Giải
2.10
A hydraulic pipe line has a diameter D, length L, wall thickness h, material bulk modulus E, and oil bulk modulus B. Prove that the hydraulic capacitance of the line is given by
126
Một đường ống thủy lực có đường kính D, chiều dài L, chiều dày ống h, vật liệu loại E, và số lượng lớn dầu loại B. Chứng minh rằng điện dung thủy lực của các dòng được tính bởi các công thức sau: , bỏ qua biến dạng ống
a) b)
, tính đến các biến dạng xuyên tâm của vật liệu ống
c)
, tính đến các biến dạng xuyên tâm và biến dạng trục Giải
d) Đáp án a) 2.11
, bỏ qua biến dạng ống
Calculate the difference between the input and output flow rates of a line if the rate of variation of pressure dP/dt=13.4 MPa/s, given D=10 mm, L=3 m, B=1.3, wall thickness h=1 mm GPa, Modulus of elasticity of wall material E=210 GPa
Tính sự khác biệt giữa tỉ lệ đầu vào và đầu ra dòng chảy của dòng nếu tỷ lệ biến đổi của áp suất dP / dt = 13,4 MPa /s, cho: D=10 mm, L=3 m, B=1.3, bề dày ống h=1 mm GPa Modun đàn hồi của vật liệu E=210 GPa Giải
2.12
a) Derive an expression for, and calculate, the viscous friction coefficient for the given spool valve given: L1=L2=10 mm, D=8 mm, c=2μm,μ=0.02 Ns/m2 b) If the spool performs a rotary motion, derive an expression for the viscous friction coefficient and calculate its value. a) Rút ra một biểu thức, và tính toán hệ số ma sát nhớt của cho van có con trượt, cho: 127
L1 = L2 = 10 mm, D = 8 mm, c = 2μm, μ = 0.02 Ns / m2 b) Nếu co trượt thực hiện một chuyển động quaytìm biểu thức tính cho hệ số ma sát nhớt và tính toán giá trị của nó.
Giải a)Tính hệ số ma sát nhớt cho van sau: L1 = L2 = 10 mm, D = 8 mm, c = 2μm, μ = 0.02 Ns / m2 Ta có 2.13
Calculate the radial clearance leakage, QL, and the resistance to leakage, RL, in the given spool valve if D=12 mm, c=7 μm , L=20 mm μ=0.018 Ns/m2 , PP=21 MPa, PT=0 Recalculate for different values of clearance, up to c=100 μm, and plot the relation
QL(c) Tính lưu lượng rò rỉ qua khe hở hình tròn, QL, và khả năng chống rò rỉ, RL, trong van có con trượt, cho D=12 mm, c=7 μm , L=20 mm μ=0.018 Ns/m2 , PP=21 MPa, PT=0 Tính toán lại cho các giá trị, khi c = 100 mm, tìm mối liên hệ QL(c)
128
Giải
Ta có 2.14 a) Derive the transfer function relating the spool displacement to the applied pressure difference, X(s)/ΔP(s), where ΔP=P1−P2. b) Calculate and plot the transient response if ΔP is a step of magnitude 4 bars, given Spool mass m=0.07 kg
Spool diameter D=8 mm
Spring stiffness k=20 kN/m
Radial clearance c=4 μm
Spool land length L=10 mm
Oil density ρ=860 kg/m3
Oil dynamic viscosity μ=0.02 Ns/m2 a) Trình bày chức năng chuyển của con trượt khi có sự tác động các áp suất khác nhau b) Tính toán và vẽ đồ thị mối quan hệ với độ chia ΔP=4bar, cho Khối lượng con trượt m=0.07 kg Đường kính con trượt D=8 mm Độ cứng lò xo k=20 kN/m
Độ hở c=4 μm
Độ dài con trượt L=10 mm
khối lượng riêng của dầu ρ=860 kg/m3
Độ nhớt động học của dầu μ=0.02 Ns/m2
129
2.15
Calculate the pressure upstream of the throttle valve, At, assume laminar flow in the lines, and then check this assumption, given Pump flow Q=14 L/min
Oil density ρ=866 kg/m3
Dynamic viscosity
Throttling valve Area A=3 mm2
μ=0.0185 Ns/m2
Dimensions of lines D1=14 mm,
Discharge coefficient CD=0.611
D2=8 mm, D3=10 mm L1=1.3 m, L2=2 m, L3=1.5 m
Tính toán áp lực dòng chảy qua van tiết lưu, At, giả sử dòng chảy tầng trong dòng, và sau đó kiểm tra giả thuyết này, cho Lưu lượng bơm Q=14 L/min Hệ số nhớt động lực học μ=0.0185 Ns/m2 Hệ số lưu lượng CD=0.611
Khối lượng riêng của dầu ρ=866 kg/m3 Diện tích van tiết lưu A=3 mm2 Đường kính các ống dẫn D1=14 mm, D2=8 mm, D3=10 mm L1=1.3 m, L2=2 m, L3=1.5 m 130
Giải Ta có công thức sau: Với
thông với bể nên 2.16
Calculate the pressure at the inlet of a pump of 60 L/min discharge if the hydraulic tank is open and the suction line has a 1 m length and a 15 mm diameter, given: oil kinematic viscosity ν=0.2 cm2/s and oil density ρ=900 kg/m3.
Tính toán áp lực ở đầu vào của một máy bơm lưu lượng 60 L / phút nếu hồ thủy lực được mở và đường ống hút có chiều dài 1 m và đường kính 15 mm, cho: hệ số nhớt động học ν = 0,2 cm2 / s và khối lượng riêng dầu ρ = 900 kg / m3. Giải
Tổn thất dọc đường
2.17
Calculate the pressure losses in the given pipe line if 131
Flow rate Q=10 L/min, oil density ρ=850 kg/m3,L1=L2=4 m, D1=13 mm, D2=8 mm, fluid kinematic viscosity ν=20 cSt.
Tính toán tổn thất áp suất trong đường ống trên, nếu Lưu lượng Q = 10 L / min, khối lượng riêng ρ = 850 kg / m3, L1 = L2 = 4 m, D1 = 13 mm, D2 = 8 mm, độ nhớt động học ν = 20 cSt. 2.18
Calculate the shift of the piston in the given system if the force F is increased by 100 kN if Piston area Ap=.0176 m2
Pipe wall thickness h=1 mm
Pipe line diameter d=13 mm
Pipe length L=5 m
Cylinder wall thickness t=6 mm
Material bulk modulus E=210 GPa
Fluid bulk modulus B=1.4 GPa
Initial piston displacement xo=0.5 m
Tính toán sự thay đổi của piston trong hệ thống nếu lực F được tăng 100 kN, nếu Diện tích piston Ap=.0176 m2
Độ dày thành ống h=1 mm
Đường kính ống dẫn d=13 mm
Độ dài ống L=5 m
Độ dày thành xilanh t=6 mm
Modun đàn hồi của vật liệu E=210 GPa 132
Modun đàn hồi của lưu chất B=1.4 GPa Ví trí ban đầu của piston xo=0.5 m Chương 3_ Mục 3.6: 3.1
Explain the different types of losses in the hydraulic transmission lines. Giải thích các loại mất mát khác nhau trong dòng truyền động thủy lực. Giải
Mất năng thứ yếu: là kết quả của sự thay đổi đột ngột về cường độ và hướng của vận tốc dầu khi: chảy qua kênh mở rộng (co) dần dần hoặc đột ngột, uống cong hay nút nhánh, van. Tổn hao áp suất được tính theo công thức sau:
Với
v là vận tốc trung bình của chất lỏng, m/s là hệ số mất năng cục bộ là tổn hao áp suất, Pa là trọng lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
Mất năng ma sát: do ma sát của chất lỏng với chất lỏng hoặc chất lỏng với thành ống. Sự mất mát năng lượng do ma sát phụ thuộc vào: hình dạng ống, độ nhám thành ống, tính chất chất lỏng, số Re. Tổn hao ma sát được tính theo công thức sau:
Với
tra bảng L là chiều dài ống, m D là đường kính ống, m v là vận tốc trung bình của chất lỏng, m/s là tổn hao áp suất, Pa
3.2
Explain in detail how to calculate the power losses due to friction in the hydraulic transmission lines. 133
Giải thích chi tiết làm thế nào để tính toán tổn thất năng lượng do ma sát trong dòng truyền động thủy lực. Giải Dòng chảy có 3 loại chính là chảy tầng, chảy rối, chảy chuyển đổi. Chảy tầng là một dòng chảy thông suốt của chất lỏng, nơi tất cả các hạt của chất lỏng di chuyển thành dòng khác nhau riêng biệt. Đối với chất lỏng Newton sự phân bố chất lỏng là hình parabol, vận tốc chất lỏng tại thành ống bằng 0. Công thức Reynold như sau:
Với
D là đường kính ống, m V là vận tốc trung bình, m/s hệ số nhớt
Công thức tính tồn thất ma sát
Với
tra bảng L là chiều dài ống, m D là đường kính ống, m v là vận tốc trung bình của chất lỏng, m/s là tổn hao áp suất, Pa
3.3
Discuss in detail the modeling of hydraulic transmission lines assuming lumped parameters. State clearly you're assumptions and derive the transfer matrix relating the inlet and outlet pressures and flow rates.
Trình bày chi tiết các mô hình của các dòng truyền động thủy lực giả định gộp các tham số. Nêu rõ giả định của các bạn và suy ra ma trận truyền thể hiện mối liên hệ giữa áp lực đầu vào và đầu ra và lưu lượng dòng chảy. Giải
134
Dòng chuyển động thủy lực là một hệ thống tham số phân phối. Các chuyển động của chất lỏng chịu tác đông quán tính chất lỏng, ma sát, cũng như áp suất làm việc của chất lỏng, tốc đọ dầu, bán kính ống. Để thực hiện một mô hình mà đáp ứng tất cả các thông số này thì quá phúc tạp. Do đó cần thiết kế phát triển một mô hình toán học đơn giản hơn, với mức đọ chính xác chấp nhận được. Mô hình này gọi là mô hình gộp tham số. Với các giả sử như sau: - Dòng chảy tầng là dòng một chiều. - Áp lực và vận tốc được xem như là giá trị tring bình và liên tục. - Dầu di chuyển trong dòng là một lần Mô hình gộp tham số:
* Ở vị trí thứ nhất, dầu di chuyển như một khối, chịu tác đông của lực ma sát. Do đó tốc độ của nó được mô tả bởi phương trình liên quan đến áp lực P, lưu lượng Q ở cả 2 đầu của phần đầu tiên.
Biến đổi Laplace phương trình được biến đổi như sau:
Với * Ở vị trí thứ 2, khối dầu chịu tác động của lực quán tính. Phương trình của khối dầu chịu tác động của lực quán tính như sau:
135
Biến đổi Laplace ta có công thức được viết lại như sau:
Với * Tiếp theo dầu chịu tác đông của lực nén, công thức được tính như sau:
Biến đổi laplace ta được công thức như sau:
Với Từ đó ta có ma trận đường dòng được mô tả bởi công thức như sau:
3.4 Equation (3.19) describes the relation between pressures and flow rates in a hydraulic pipe line, assuming lumped parameters. Give the expressions for I, R, and C.
136
Phương trình (3.19) mô tả mối quan hệ giữa áp suất và tốc độ dòng chảy trong một đường ống thủy lực, giả sử gộp các tham số. Cho các số liệu I, R, và C. Giải
3.5
a) Derive the transfer function of an open end line, Q L /Po/(s), and find the expressions for its parameters. b) A hydraulic line whose end is open to the atmosphere has the following parameters: Pipe length L =3.5 m, pipe diameter D =8 mm, oil density ρ =850 kg/m 3, oil viscosity μ =0.018 Ns/m2, and oil bulk modulus B =1.3 GPa. Calculate the coefficients of the transfer function and plot in scale its response to a step input pressure of 0.5 bar. a) Bắt nguồn các chức năng chuyển giao của một dòng kết thúc mở, QL /Po/(s), và tìm những biểu hiện cho tham số của nó. b) Một dòng thủy lực mà cuối cùng cửa mở thong với không khí có các thông số sau: Độ dài ống L =3.5 m, đường kính ống D =8 mm, khối lượng riêng dầu ρ =850 kg/m3hệ số nhớt động học μ =0.018 Ns/m2, and modun đàn hồi của dầu B =1.3 GPa. Tính toán các hệ số của hàm truyền và vẽ đồ thị đáp ứng độ chia áp suất đầu vào 0.5bar Giải 137
Trong trường hợp này Từ đó ta có: Suy ra Với L = 3.5m; D = 8mm;
;
B=1,3 GPa ;
Đồ thị
3.6
a) Derive the transfer function of a closed end line, PL/Po/(s), and find the expressions for its parameters. 138
b) A hydraulic line with a closed end has the following parameters. L =3 m, D =10 mm, ρ =867 kg/m3, μ =0.13 Ns/m2, and B =1 GPa. Calculate the coefficients of the transfer function and plot in scale its response to a step input pressure of 100 bar magnitude. a) Bắt nguồn các chức năng chuyển giao của một dòng kết thúc kín, PL/Po/(s), và tìm những biểu hiện cho tham số của nó. b) Một dòng thủy lực với kết thúc kín có các thông số sau: L =3 m, D =10 mm, ρ =867 kg/m3, μ =0.13 Ns/m2, and B =1 GPa. Tính toán các hệ số của hàm truyền và vẽ đồ thị đáp ứng của nó với độ chia áp suất đầu vào là 100bar thanh cường độ. Giải
Vì đường dòng đóng ở vị trí cuối đuồng dòng nên Từ đó ta có
Hay Khi
L = 3m;
D = 10 mm ; ; B = 1 GPa.
Đồ thị dạng đáp ứng:
139
Chương 4_Mục 4.11: 1. Explain briefly the principal of operation of displacement pumps. Giải thích nguyên lý hoạt động của bơm lưu lượng riêng. Trả lời: Hoạt đông của bơm lưu lượng riêng được tóm tắt như sau : - Trong quá trình giãn nở, buồng bơm nối với đường hút. Quá trình giãn nở này tạo ra nhờ áp suất chân không trong buồng bơm làm lưu chất được hút vào buồng bơm. - Khi thể tích buồng bơm đạt đến giá trị tối đa (cân bằng áp suất giữa trong buồng bơm và bên ngoài), thì vừa lúc đó, buồng bơm được ngăn cách với đường hút. - Trong qua trình nén, buồng bơm được thông với đường đẩy. Lúc này, áp suất trong buồn bơm lớn hơn áp suất ở phía đường đẩy, do đó, chất lỏng được đẩy vào đường đẩy. - Chu trình cung cấp dừng lại khi áp suất trong buồn bơm cân bằng với áp suất trong đường đẩy. Sau đó, buồng bơm được phân cách với đường đẩy. Và quá trình cứ tiếp tục tuần hoàn như vậy. 2. Give the expressions describing ideal and real pumps. Dẫn ra biểu thức mô tả lưu lượng của bơm trong điều kiện lý tưởng và trong điều kiện thực. Trả lời: * Bơm ở điều kiện lý tưởng: Lưu lượng riêng của bơm được định nghĩa là thể tích chất lỏng cung cấp bởi các máy bơm trên mỗi vòng quay, giả sử không có rò rỉ và bỏ qua tác dụng của tính chịu 140
nén của dầu. Nó phụ thuộc vào giá trị tối đa và tối thiểu của thể tích buồng bơm, số lượng buồng bơm, và số lượng hành trình bơm trên mỗi một vòng quay của trục quay. Thể tích này phụthuộc vào dạng hình học của máy bơm, vì vậy, nó cũng được gọi là thể tích hình học, Vg. Nó được cho bởi phương trình sau đây: Vg (Vmax Vmin ) zi
i = Số hành trình bơm trên mỗi vòng quay. Vg = Lưu lượng bơm (thể tích hình học) m3 /vòng. Vmax = Thể tích tối đa của buồng m. Vmin = Thể tích tối thiểu của buồng m. z = Số lượng buồng bơm. Giả sử một máy bơm lý tưởng (không có rò rỉ, không có ma sát, và không có tổn thất áp suất) lưu lượng lý thuyết của bơm được cho bởi biểu thức sau đây: Qt = Lưu lượng bơm lý thuyết m3 /s. n = tốc độ bơm vòng/s. * Bơm trong thực tế: Năng lượng thủy lực được truyền vào chất lỏng bằng các máy bơm trong thực tế ít hơn so với năng lượng cơ học được cung cấp cho bơm chủ yếu do các nguyên nhân mất mác thể tích, ma sát, và tổn thất năng lượng thủy lực. Lưu lượng bơm thực tế, Q, ít hơn so với dòng chảy lý thuyết, Qt, chủ yếu là do các nguyên nhân sau: • Rò rỉ. • Bơm tạo bọt và khí. • Khả năng chịu nén của chất lỏng. • Quán tính chất lỏng. Nguyên nhân thứ nhất là tổn thất năng lượng do rò rỉ. Trên thực tế, khi hoạt động theo các điều kiện thiết kế chính xác, tổn thất dòng chảy chủ yếu là do rò rỉ, QL . Dòng rò rỉ qua khe hở hẹp (xếp thành các lớp) và thay đổi tuyến tính dựa trên chênh lệch áp suất. Khả năng chống rò rỉ, RL tỷ lệ thuận với độ nhớt cảu dầu, μ, và tỉ lệ nghịch với lũy thừa ba của khe hở trung bình, c. QL P / RL Q Qt QL
Với RL K / c3 Cho mức áp suất cao và tăng khe hở hướng tâm, tăng tốc độ dòng chảy thất thoát và dòng rò trở nên hỗn loạn.
141
Ảnh hưởng của hiện tượng rò rỉ được thể hiện bằng hiệu suất thể tích, ηv được quy định như sau:
Hiệu suất thể tích trong lưu lượng (hình học) Bơm phạm vi 0,8-0,99. Bơ piston có hiệu suất thể tích cao, trong khi cánh gạt và bơm bánh răng có, nói chung, hiệu suất thểtích thấp hơn. Ma sát là nguyên nhân thứ hai của tổn thất năng lượng. Ma sát nhớt và ma sát cơ giữa các phần tử bơm gây phân tán năng lượng. Một phần của mô-men xoắn bị tiêu thụ để thắng lực ma sát. Phần này là mô-men xoắn ma sát, TF . Nó phụ thuộc vào tốc độ bơm, áp lực dòng, và độ nhớt của dầu. Vì vậy, để có được các áp lực như yêu cầu, phải dử dụng mô-men xoắn lớn hơn. Những tổn thất ma sát trong các máy bơm được đánh giá bằng hiệu suất cơ ηt , quy định như sau:
T = môment xoắn thực tế bơm Nm. TF = Moment xoắn ma sát Nm. T-TF = Moment xoắn chuyển đổi sang áp lực Nm. ω = tốc dộ quay trục bơm rad/s. Nguyên nhân thứ ba của tổn thất năng lượng trong các máy bơm là tổn thất áp suất trong những đoạn bên trong của máy bơm. Áp lực được tạo từ bên trong buồng bơm, Pc, lớn hơn áp lực bơm lối ra, P. Tổn thất chủ yếu là do những tổn thất cục bộ. Những tổn thất thủy lực có giá trị không đáng kể cho máy bơm chạy ở tốc độ dưới 50 vòng/s, và có nghĩa là tốc độ dầu ít hơn 5 m/s. Đối với tốc độ lớn hơn, tổn thất áp suất tỷ lệ thuận với bình phương của tốc độ dòng chảy. Những tổn thất áp suất được đánh giá bằng hiệu suất thủy lực, ηh.
142
PC = áp suất trong buồng bơm Pa. P = áp suất ra Pa. Biểu thức cho hiệu suất tổng, ηT, được trình bày như sau:
Các năng lượng cơ học ω(T − T) được chuyển đổi thành năng lượng thuỷ lực bằng Qt, PC, do đó: Trong hoạt động ở trạng thái ổn định, lưu lượng bơm thực tế được mô tả bởi các mối quan hệ sau:
Nếu áp lực bơm đầu vào, Pi, là quá nhỏ so với áp lực dòng, P, sau đó nó có thể được bỏ qua, và sự khác biệt áp suất, ΔP, bằng với áp suất bơm lối ra, P. Do đó, ta có:
3. A displacement pump of 23 cm3 geometric volume operated at 1450 rev/min delivers the oil at 20 MPa pressure. Assuming an ideal pump, calculate the pump flow rate, Qt , the increase in the oil power, ΔN, the pump outlet power, Nout, and the driving torque, Tt, if the inlet pressure is 100 kPa. Một bơm lưu lượng có lưu lượng riêng lý thuyết là 23cm3/v đang vận hành ở 1450 v/ph, lượng dầu vận chuyển ở áp suất 20MPa. Giả sử bơm lý tưởng, hãy tính lưu lượng bơm (Qt), năng lượng gia tăng trong dầu (ΔN), công suất ra của bơm (Nout), Momen cơ (Tt), nếu áp suất bên trong là 100kPa. Trả lời: Lưu lượng lý thuyết của bơm: Qp Dp n 23.103.1450 33,35l / ph . Năng suất mất đi do dầu: N
Qt Ptrong 600
33,35.103.100.103 5,55kW . 600
143
QP 33,35.200 12kW . 600 600 D P 23.106.200.105 Moment cơ của bơm: Tt p 73, 21Nm . 2 2
Công suất ra của bơm: Nout
4. The figure shown here explains the power transmission in a hydraulic power system, as well as the causality relation of the system variables. Discuss it in detail. Nhìn vào sơ đồ này giải thích sự truyền năng lượng trong hệ thống thủy lực, cũng như mối liên hệ giữa các biến của hệ thống. Trình bày chi tiết.
Trả lời: Hệ thống điện cung cấp 1 điện thế kích làm motor quay với tốc độ n rad/ s => làm quay trục bơm sinh ra 1 lưu lượng Q = Vg.n tác động vào xylanh với vận tốc v = Q/A (với A là diện tích của xylanh để nâng tải). Tải được nâng bởi 1 lực F bằng trọng lượng tải => sinh ra áp suất trên mặt xylanh p = F/A. Áp suất P đến bớm và sinh ra 1 moment xoắn T = PVg/2 tác dụng vào motor điện sinh ra dòng để cấp cho hệ thống điện. Hệ thống cứ tiếp tục tuần hoàn. 5. Discuss the different types of power losses in displacement pumps. Trình bày những kiểu tốn thất năng lượng trong bơm lưu lượng. Trả lời: - Rò rỉ trong chính bơm đó. - Ma sát. - Mất mát áp suất trên đường đi. 6. Discuss the cavitation phenomenon in displacement pumps. Trình bày hiện tượng sủi bọt khí trong bơm lưu lượng. Trả lời: Sự tạo bọt trong bơm lưu lượng là do tác động của áp suất vào bơm. Giảm áp lực bơm đầu vào với các giá trị thấp hơn so với áp suất hơi dẫn đến sự bay hơi hoặc sôi của dầu. Các dòng chảy của các cửa bơm tạo thành một hỗn hợp lỏng, khí được giải phóng và hơi. Ở mức không hoặc áp lực lối ra rất thấp, thì bơm được bỏ qua ví dụ, hơi không ngưng tụvà hốc hơi không sụt áp. Nhưng trong điều kiện hoạt động bình thường, máy bơm được tải bởi áp lực tải trọng lớn. Khoang hơi sụt áp do sự ngưng tụ quá nhanh của hơi khi chuyển đến các vùng áp suất cao hơn. Do đó, tốc độ dòng chảy ròng của bơm 144
giảm. Nói chung, tăng 1% trong thể tích hơi trong dòng chảy hơi làm giảm hiệu suất thể tích khoảng 1%. Ngoài việc giảm hiệu suất thể tích, các phần tử bơm đang phải chịu áp lực tác động lớn từ các chất lỏng ào ạt để lấp đầy không gian hơi bị sụt áp. Áp lực tác động lên đến giá trịrất cao, lên đến 7000 bar. Khi tạo bọt khí, sẽ làm tăng mức độ và cường độ tiếng ồn máy bơm. Bề mặt của các phần tử bên trong máy bơm bị hư hỏng bởi các lỗ thủng do áp lực tác động lên bề mặt. Do đó, áp lực bơm đầu vào phải cao hơn áp suất hơi bão hòa trong dầu ở nhiệt độ hoạt động tối đa bằng giá trị thích hợp. Giá trị này được gọi là giá trị dư tạo bọt vào khoảng 0,3-0,4 bar. Hiện tượng không mong muốn này có thể tránh được bằng cách thực hiện các hoạt động sau, bất cứ khi nào có thể: • Giảm thất thoát áp lực dòng bơm đầu vào bằng cách tăng đường kính đường ống hút và giảm chiều dài của nó. • Tránh sử dụng các bộ lọc đường dây đầu vào và các phần tử gây mất năng cục bộ khác. • Tăng áp lực bơm hút bằng cách làm một trong các cách sau: + Sử dụng bơm tăng áp. + Sử dụng một bể kín. + Gắn máy bơm dưới bể nằm cách một khoảng cách thích hợp. 7. Give and discuss briefly the classification of hydraulic pumps. Trình bày ngắn gọn và phân loại bơm thủy lực. Trả lời: Các loại bơm trong công nghiệp: a) Bơm với lưu lượng cố định: + bơm bánh răng ăn khớp ngoài. + bơm bánh răng ăn khớp trong. + bơm pittông hướng trục. + bơm trục vít. + bơm pittông dãy. + bơm cánh gạt kép. + bơm rôto. b) Bơm với lưu lượng thay đổi: + bơm pittông hướng tâm. + bơm pittông hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng). + bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu). + bơm cánh gạt đơn. Các loại bơm thể tích: a) Bơm bánh răng 145
+ bơm bánh răng ăn khớp ngoài. + bơm bánh răng ăn khớp trong. b) Bơm trục vít: + Bơm trục vít loại áp suất thấp. + Bơm trục vít loại áp suất trung bình. + Bơm trục vít loại áp suất cao. c) Bơm cánh gạt: + bơm cánh gạt đơn. + bơm cánh gạt kép. d) Bơm pittông: + Bơm pittông hướng tâm. + Bơm pittông hướng trục. 8. Draw a schematic of a bent axis axial piston pump. Explain briefly its function and give an expression for its geometric volume. Vẽ sơ đồ của bơm piston hướng trục trục khuỷu. Giải thích ngắn gọn chức năng của nó và đưa ra biểu thức thể tích hình học của nó. Trả lời:
Hình 4.39 cho thấy một cấu tạo điển hình của trục cong bơm piston hướng trục. Bơm bao gồm một trục ổ đĩa (1), khối xi lanh (3), piston (4), và một tấm cổng (5). Kết thúc cầu của các piston được gắn vào đĩa (2), cùng với trục bơm. Khi trục bơm quay, khối xi lanh cũng quay theo. Khối xi lanh trượt trên tấm cổng, trong đó bao gồm hai lỗ kiểm soát dạng ổ quặng (xem hình .4.13).
146
Trục truyền động quay quanh trục Ox nằm ngang trong khi trục quay của khối xi lanh nghiêng một góc α. Khối xi lanh nghiêng gắn với piston luân phiên chuyển động so với khối xilanh. Do đó, mỗi piston thực hiện một chuyển động qua lại giữa điểm chết trên và dưới của nó. Chuyển động piston từ điểm chết dưới đến điểm chết trên tạo ra một hành trình hút. Chất lỏng được hút thông qua việc mở cửa kiểm soát ở phía bên hút của tấm cổng vào khối xi lanh. Khi trục bơm tiếp tục xoay và piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, chất lỏng được di chuyển ra ngoài thông qua việc mở cửa kiểm soát khác (bên chịu áp lực). Trong hành trình phân phối, trục bơm hoạt động trên đĩa bằng mô-men xoắn cần thiết để tạo các lực quay trục piston chống lại áp lực tải. Biểu thức thể tích hình học được cho bởi biểu thức sau đây:
Trong đó A = diện tích piston m2. D = đường kính vòng tròn pitch m. d = đường kính piston m. h = hành trinh đi của piston m. z = số piston. = góc nghiêng rad. 9. Deal with the pulsation of flow of axial piston pumps and the associated pressure oscillation for a pump loaded by a loading orifice. Khắc phục sự dao động lưu lượng của bơm piston hướng trục và sự dao động áp suất của bơm. Trả lời: Sự dao động lưu lượng và áp của bơm nói chung: Về mặt lý thuyết, lưu lượng bơm được tính là Q =Vgn. Biểu thức này đưa ra lưu lượng trung bình của bơm. Trên thực tế, lưu lượng bơm là không phải là hằng số. Mỗi buồng bơm cung cấp lưu lượng bằng với độ giảm thể tích của nó. Lưu lượng thực của bơm tại một khoảnh khắc nào đó cái mà là tổng của lưu lượng được cung cấp bởi các buồng bơm thì được nối với ngõ ra tại lúc đó. Lưu lượng bơm được cấp bởi buồng bơm có giá trị là 0 ngay tại lúc bắt đầu hành trình bơm. Nó tăng dần cho đến khi đạt giá trị tối đa tại điểm giữa của hành trình.
147
Sự không liên tục của lưu lượng bơm thể tích Sau đó sẽ giảm đều cho đến giá trị nhỏ nhất lúc kết thúc hành trình. Do đó, lưu lượng thực tếdao động (hình vẽ). Cường độ dao động thì được đánh giá bằng hệ số dao động, và được xác định:
Trong đó, Q: là hệ số dao động của lưu lượng. max: lưu lượng lớn nhất, m 3/s. min: lưu lượng nhỏ nhất, m3/s. m: lưu lượng trung bình, m3/s. Sự dao động lưu lượng dẫn tới sự dao động áp suất và sự chuyển động không tương đồng của xi lanh thủy lực và động cơ. Xét trường hợp 1 bơm tiết lưu ở đầu ra(hình bên dưới) và bỏ qua sự nén chất lỏng. Áp suất tại đầu ra là:
148
Trong đó P: là hệ số dao động của áp suất max : áp suất lớn nhất ở đầu ra, Pa min: áp suất nhỏ nhất, Pa m: áp suất trung bình, Pa Nếu lưu lượng dao động từ 0,9 m đến 1,04 m thì Q = 14%, = 24,16%. Trên thực tế, cho rằng có sự ảnh hưởng nén dầu, sự dao động áp sẽ giảm đặc biết là sự tăng thể tích ở đầu ra. Sự dao động lưu lượng và áp bơm piston hướng trục Đối với bơm piston hướng trục, các piston chuyển động đơn giản và hài hòa theo quy luật hình sin. Lưu lượng tạo bởi mỗi piston thì bằng tốc độ của nó nhân với diện tích của mỗi piston. Bỏ qua ảnh hưởng của rò rỉ dầu, quán tính dầu và sự nén dầu, lưu lượng tạo bởi mỗi piston cũng có dạng hình sin. Hình bên dưới thể hiện lưu lượng tạo bởi từng piston riêng rẻ trong 5 piston.
149
Lưu lượng của bơm thì bằng tổng lưu lượng tạo bởi mỗi piston. Có thể có đến 2 hoặc 3 piston tạo lưu lượng cùng 1 lúc. Tổng lưu lượng máy bơm được thể hiện trong hình trên. Bơm được tải bởi 1 van tiết lưu. Áp suất và lưu lượng được vẽ tương đối gần với giá trị Pm và Qm trên hình trên. Sự dao động lưu lượng của bơm piston thì được tính toán khác nhau tùy vào số piston. Áp suất được tính toán khi bỏ qua sự nén của dầu. Kết quả tính cho thấy là sự dao động dòng của bơm giảm khi số lượng piston là số lẻ, vì vậy đối với bơm piston hướng trục thì số piston nên là số lẻ. 10. Draw a schematic of a swash plate axial piston pump. Explain briefly its function and give an expression for its geometric volume. Vẽ sơ đồ của bơm piston hướng trục đĩa lắc rung. Giải thích ngắn gọn chức năng của nó và đưa ra biểu thức thể tích hình học của nó. Trả lời: Hình 4.16 cho thấy cấu tạo và hoạt động của một máy bơm đĩa lắc rung. Trục ổ đĩa (1) quay và dẫn động cho khối xi lanh (5). Cả ổ đĩa và khối xi lanh có cùng trục quay. Khối xi lanh (5) và piston của nó (6), luân phiên với các ổ trục. Mỗi piston được gắn vào một bạc lót lớp đệm trượt (3). Các piston và bạc lót lớp đệm trượt của chúng được chèn vào các lỗ của tấm chắn (4). Do đó, tấm chắn quay cùng với các piston và khối xi lanh. Nó được dẫn hướng để xoay trong một mặt phẳng song song với đĩa lắc (2) bởi một hướng cố định (8). Quỹ đạo của bạc lót lớp đệm trượt được xác định bởi đĩa lắc và tấm chắn. Trong khi quay, mỗi piston thực hiện một chuyển động xoay chiều. Trong quá trình này, một lượng nước, tương ứng với diện tích piston và hành trình hút hoặc cung cấp qua cả hai lỗ kiểm soát trong các tấm cổng (7). 150
Khối xi lanh được đẩy để chống lại các tấm cổng bằng lò xo (9), giảm thiểu sự rò rỉ thông qua khe hở, phân chia ở đầu hoạt động bơm. Khi có áp lực tích tụ, nó hoạt động
trên các khối xi lanh với một lực xiết chặt bằng 0, 25 d 2 dh2 P . Lực này hoạt động bên phải, chống lại lực đẩy do sự phân bố áp lực trong khe hở giữa các khối xi lanh và tấm cổng. Lực hoạt động này là kết quả để giảm ản hưởng của khe hở và giảm thiểu sự rò rỉ thông qua nó. Thể tích hình học máy bơm được cho bởi biểu thức:
11. Draw a schematic of a swash plate axial piston pump with inclined pistons. Explain briefly its function and give an expression for its geometric volume. Vẽ sơ đồ của bơm piston hướng trục đĩa lắc rung với piston có độ nghiêng. Giải thích ngắn gọn chức năng của nó và đưa ra biểu thức thể tích hình học của nó. Trả lời:
151
Nguyên lý hoạt động: khi trục nghiêng quay thì sẽ làm thay đổi thể tích bên trong xilanh, làm áp suất trong đó thay đổi, dẫn đến việc chênh lệch áp suất và tạo áp suất đẩy chất lỏng thủy lực ra bên ngoài, truyền áp suất cho mạch làm việc. Góc nghiêng càng lớn thì lưu lượng ra càng lớn, khi góc nghiêng về 0 thì không có lưu lượng bơm ra ngoài. 12. Discuss briefly the need for variable displacement pumps. Giải thích ngắn gọn sự cần thiết của bơm thay đổi lưu lượng. Trả lời: a) Tổng quát: Bơm lưu lượng riêng thay đổi thì đắt hơn và thiết kế phức tạp hơn nhiều so với bơm lưu lượng riêng cố định. Tuy nhiên có 2 lý do để các nhà thiết kế sử dụng bơm lưu lượng riêng thay đổi là tiết kiệm và điều khiển. b) Bơm bù áp kiểu cánh gạt Kết cấu và hoạt động: Kết cấu của bơm cánh gạt thay đổi lưu lượng với roto không cân bằng áp được thể hiện trong hình 4.35 tới 4.37. Bơm bao gồm: vỏ hộp (1), roto (2), cánh gạt (3), vòng stato (cam) (4), vít điều chỉnh (6). Vị trí của cam (stato) (4) được điều khiển theo chiều ngang bằng 2 pittông: một cái nhỏ (10) và một cái lớn (11). Vị trí thẳng đứng của cam được điều khiển bằng vít điều chỉnh (7). Buồng bơm (8) được hình thành bởi cánh (3) và roto (2) vòng stato (4), và mặt bên (9). Để đảm bảo chức năng bơm trong thời gian khởi động, stato (4) được đặt ở vị trí lệch tâm bởi lò xo (5). Stato được đặt lệch tâm cùng với roto. Sau đó do roto (2) quay, thể tích của buồng (8) tăng và chất lỏng được điền đầy thông qua 1 cổng hút (S). khi thể tích buồng đã được điền đầy, buồng sẽ không còn nối với cổng hút. Sau đó roto (2) tiếp tục quay, thể tích của buồng giảm khi 152
nó thông với phía có áp. Dầu sau đó sẽ được đẩy ra khỏi bơm qua cổng (P). Pittông điều khiển nhỏ (10) luôn nối với đường bơm có áp. Pittông lớn được tải bởi lò xo (5). Sau đó khi bơm hoạt động và áp suất của bơm thoát ra, sự điều áp của lò xo xác định vị trí của stato và bơm tiếp tục quay.
153
c)Bơm pittông hướng trục cong điều khiển công suất Mô tả và hoạt động: Hình 4.39 thể hiện bơm pittông hướng trục với trục cong điều khiển công suất có thể thay đổi lưu lượng. bơm gồm 2 nhóm chính. Nhóm đầu tiên là bộ dẫn động chứa trục, tấm cổng, và 7 pittông trong một khối hình trụ. Nhóm thứ 2 là nhóm điều khiển, trong đó có các pittông cảm biến áp suất, pittông servo, thanh dẫn hướng, van ống, lò xo điều chỉnh và hai lò xo điều khiển, hai nhóm được kết nối bằng chốt. khu vực nhỏ hơn ở phía trên của pittông servo luôn kết nối với cổng ra của bơm, thông qua những lỗ giảm xóc. Buồng pittông servo thấp hơn được nối với áp hoặc bể. Pittông cảm biến áp suất được nối với đường áp thông qua các lỗ giảm xóc thứ hai. Pittông này di chuyển xuống dưới ống xuyên qua thanh dẫn hướng và điều chỉnh lò xo theo hướng khác. 13. Explain briefly the principal of operation of wobble plate pumps. Giải thích ngắn gọn nguyên lý hoạt động của bơm piston có đĩa xoay. Trả lời: Ở bơm piston hướng trục với đĩa xoay (xem hình trên), đĩa đư ợc xoay bằng trục truyền động. Thân xilanh được cố định. Piston di chuyển vào trong bằng đĩa xoay, trong khi chuyển động piston theo hướng ngược lại được bảo đảm bằng lò xo. Trong hoạt động bơm, buồng bơm được nối với đường dầu vào và ra qua van 1 chiều. Van 1 chiều ngõ vào nên ở áp l ực thấp để tránh tạo lỗ hổng trong bơm.
154
14. Classify and explain briefly the principal of operation of radial piston pumps. Use the illustrations in Figs. 4.19, 4.20, and 4.21. Phân loại và giải thích ngắn gọn hoạt động chính của máy bơm piston hướng tâm. Sử dụng hình ảnh minh họa trong hình. 4.19, 4.20, và 4.21. Trả lời: a) Bơm tác dụng đơn (bơm tác dụng một chiều) Trong loại bơm này, chất lỏng làm việc ở về một phía của piston, một chu kì làm việc của piston chỉ có một quá trình hút và đẩy nối tiếp. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm tác dụng đơn được thể hiện cụ thể trong hình 4.2.
b) Bơm tác dụng kép (bơm tác dụng hai chiều) Trong loại bơm này, piston làm việc cả hai phía, do đó có hai buồng làm việc A và B, hai van hút 1,4 và hai van đẩy 2,3. Trong một chu trình làm việc của bơm có hai quá trình hút và hai quá trình đẩy (khi buồng A hút thì buồng B đẩy và ngược lại).
155
Bơm piston làm việc theo nguyên lý thể tích, bơm piston được truyền động bởi động cơ, chuyển động quay của trục động cơ được biến đổi thành chuyển động tịnh tiến của piston 1 trong xi lanh 2. Nếu tay quay từ vị trí điểm C2 qua theo chiều mũi tên đến điểm C1thì piston di chuyển về phía trái, thể tích buồng làm việc 5 tăng dần, áp suất p trong đó giảm đi và bé hơn áp suất ở mặt thoáng bể chứa pa (p < pa). Do đó chất lỏng từ bể hút qua van hút 6 vào buồng làm việc 5, trong khi đó van đẩy 4 đóng. Đó là quá trình hút của bơm. Sau đó, tay quay tiếp tục quay từ điểm C đến điểm C2, piston đổi chiều chuyển động sang phải, thể tích buồng làm việc giảm dần làm áp suất tăng lên, van hút 6 bị đóng, van đẩy 4 mở để chất lỏng chảy vào ống đẩy thực hiện quá trình đẩy của bơm. Quá trình hút và đẩy của bơm piston diễn ra gián đoạn và xen kẽ lẫn nhau, tạo nên quá trình làm việc liên tục của bơm. Một quá trình hút và đẩy kế tiếp nhau gọi là một chu trình làm việc của bơm. 15. Draw a schematic of an external gear pump. Explain briefly its function and give an expression for its geometric volume. Vẽ sơ đồ mạch của một máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Giải thích ngắn gọn chức năng của nó và đưa ra một biểu thức thể tích hình học của nó. Trả lời: Bơm bánh răng là loại có nhiều roto. Có 4 loại bơm bánh răng là: ăn khớp trong, ăn khớp ngoài, bơm trục vít và gerotors.
156
Khoang bơm được hình thành bởi bề mặt của 2 răng liền kề, bên trong của vỏ hộp và 2 tấm phẳng. Trong chuyển động của bánh răng, các bánh răng chưa ăn khớp tạo thành khoang bơm. Kết quả chưa có áp, cùng với lực hút chất lỏng buộc phải chảy vào cổng hút (7). Chất lỏng điền đầy khoang sau đó được di chuyển bởi bánh răng từ phía hút về phía có áp. Tại đây bánh răng ăn khớp một lần nữa và đẩy chất lỏng ra khỏi khoang bơm và ngăn không cho chạy ngược lại vùng hút. Trong trường hợp bánh răng ăn khớp ngoài với 2 bánh răng tác động, thể tích hình học của bơm được cho bởi: Trong đó b = chiều dày của bánh răng, m. m = môđun bánh răng, m. z = số răng của 1 bánh răng. γ = góc áp lực của răng, rad. 16. Discuss the speed limitations in gear pumps and derive the necessary relations. Trình bày tốc độ giới hạn trong bơm bánh răng và rút ra các mối quan hệ cần thiết. Trả lời: Trong bơm bánh răng, dầu đi vào buồng bơm dọc theo chu vi bánh. Khi vào máy bơm, chất lỏng bắt đầu quay với các bánh răng và được chịu các lực ly tâm. Những lực có xu hướng đẩy nó đi và ra khỏi buồng bơm. Vì vậy, tốc độ bơm tối đa nên được hạn chế và áp lực đầu vào là đủ cao để tránh hiện tượng này. Một biểu hiện cho tốc độ tối đa là suy luận trong những điều sau đây:
157
So với các lực áp lực và ly tâm hoạt động trên một phần tử của chất lỏng. (Xem hình 4.24), các mối quan hệ sau đây được suy luận bỏ qua thuật ngữ (drdξ) so với (rdξ):
Áp lực đầu vào phải lớn hơn các lực áp lực ly tâm đa nên được hạn chế như sau:
. Vì vậy, tốc độ bơm tối
Bôi trơn ổ là một yếu tố áp đặt tốc độ tối thiểu được đề nghị trong một số máy bơm. Các bánh răng được nạp bởi các lực áp, FP, và thiết bị lực lượng liên lạc, FC, như thể hiện trong hình 4.25. Các cánh quạt là nonpressure bồi thường và các lực áp lực là không cân bằng. Những lực được truyền tới trục ổ. Vì vậy, trong trường hợp trượt một mang bôi trơn thủy động, tốc độ bơm tối thiểu, nmin, được khuyến khích để đảm bảo bôi trơn ổ theo yêu cầu. 17. Discuss briefly the pulsation of flow in external gear pumps. Trình bày ngắn gọn sự dao động lưu lượng trong bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Trả lời: 158
Theo lý thuyết, tốc độ dòng chảy được tính theo Q = Vg×n. Biểu thức này cung cấp giá trị trung bình của tốc độ dòng chảy. Thực tế tốc độ dòng chảy không phải hằng số. Mỗi bơm cung cấp tốc độ dòng chảy bằng với tốc độ giảm thể tích của nó. Tốc độ dòng chảy của bơm tại một thời điểm nào đó là tổng của tốc độ dòng chảy cung cấp tức thời bởi khoang kết nối với cửa cung cấp. Tốc độ dòng chảy cung cấp bởi khoang của bơm bắt đầu tại giá trị 0 khi vào hành trình cung cấp. Nó tăng dần cho tới khi đạt giá trị tối đa tại điểm giữa của hành trình cấp. Sau đó nó giảm dần về giá trị null tại cuối hành trình cấp. Do đó lưu lượng thực sẽ biến động như trong hình 4.9.
Độ lớn của sự biến động dòng chảy được đánh giá bởi hệ số biến động đượđịnh nghĩa là:
Trong đó
σQ: hệ số biến động dòng chảy. Qmin: giá trị nhỏ nhất của lưu lượng m3/s. Qmax: giá trị lớn nhất của lưu lượng m3/s. Qm = Vg: lưu lượng dòng chảy trung bình m3/s. Kết quả của biến động dòng chảy là áp suất dao động và chuyển động không đều của xylanh và động cơ. Xem xét trường hợp của một đường ống tiết lưu (hình 4.10) và bỏ qua sự nén của chất lỏng, áp suất ra của bơm được cho bởi:
159
Trong đó P: là hệ số dao động của áp suất. max : áp suất lớn nhất ở đầu ra, Pa. min: áp suất nhỏ nhất, Pa. m: áp suất trung bình, Pa. Nếu lưu lượng dao động từ 0,9 m đến 1,04 m thì Q = 14%, = 24,16%. Trên thực tế, cho rằng có sự ảnh hưởng nén dầu, sự dao động áp sẽ giảm đặc biết là sự tăng thể tích ở đầu ra. 18. Deal with the problem of oil squeezing in external gear pumps. Khắc phục các vấn đề về nén dầu trong bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Trả lời: Trong hoạt động bình thường của bơm, khi răng ăn khớp, thể tích dầu được giữ lại trong không gian giữa hai răng liên tiếp. vòng quay của bánh răng làm giảm thể tích dầu bị kẹt và áp suất của nó tăng lên tới giá trị rất lớn. (hình 4.23). giảm 1% thể tích dầu làm tăng áp suất từ 100 tới 200 bar. Sự gia tăng quá mức áp suất dầu có thể tránh được bằng cách sử dụng một trong những kỹthuật sau: 160
- Cắt rãnh trên các tấm mặt bên để truyền qua không gian liên kết răng ở phía có áp. - Thiết kế bánh răng với số răng nhỏ với khe hở 0.4 tới 0.5mm. - Sử dụng bộ truyền động bánh răng nghiêng.
19. Explain briefly the principal of operation of internal gear pumps and discuss their flow and efficiency characteristics. (Use Figs. 4.26 and 4.27.) Giải thích ngắn gọn nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp trong và trình bày lưu lượng và hiệu suất riêng của nó. (sử dụng hình 4.26 và 4.27.) Trả lời: Trong nửa vòng quay đầu, bánh và vành nhả khớp, khoảng trống giữa các răng tăng. Trong trường hợp này, dầu sau khi được hút từ từ qua lỗ S, không thay đổi lưu lượng và được đưa sang các khoảng trống giữa các răng của bánh răng 2, vành 3 và các chi tiết trung gian hình lưỡi liềm. Lưu chất sau đó tiếp tục được đẩy qua lỗ P. Bơm bánh răng ăn khớp trong thường được dùng trong những trường hợp yêu cầu độ cứng vững cao, độ ồn nhỏ.
Bánh chủ động và bánh bị động luôn đặt lệch tâm. Khi bánh chủ động quay kéo theo bánh bị động quay cùng chiều trong Stato. Chất lỏng ở trong các rãnh răng theo
161
chiều quay của các bánh răng vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm. Khoang hút và khoang đẩy được ngăn cách với nhau bởi lưới chắn. Lưu lượng riêng: 0.4 ÷ 250 cm3/vòng. Áp suất: đến 300 bar. Vận tốc quay: 500 đến trên 3000 vòng/phút. Làm việc ít gây ồn nhất trong các loại bơm. 20. Explain briefly the principal of operation of gerotors (Fig. 4.28) and screw pumps (Fig. 4.29.) Giải thích ngắn gọn nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng gerotors và bơm vít (4.26 và 4.27.) Trả lời: Bơm bánh răng
Hình bên minh hoạt mặt cắt ngang một loại bơm bánh răng điển hình, gồm một cặp bánh răng được tạo hình sẵn. Bánh răng bên trong (hay rotor) dẫn động bánh răng bên ngoài.Bánh răng dẫn động có ít răng hơn bánh răng bị dẫn. Các buồng bơm được tạo ra nhờ các cặp răng liền kề nhau. Khi rotor quay, các răng trên nó đã được gia công chính xác nên nó sẽ dẫn dòng vào mặt trong của bộ phận đầu ra. Buồng chứa sẽ mở rộng ra khi bánh răng ra khỏi và nó sẽ đạt thể tích lớn nhất khi răng của rotor bị dẫn chạm vào giữa điểm chết trên. Trong nửa vòng quay còn lại, khoảng trống nhỏ dần, thay thế lưu chất ở đầu ra. Thể tích hình học của bơm bánh răng được cho bởi: trong đó b là chiều cao răng, z là số răng ở rotor. Bơm trục vis
162
Đối với bơm trục vis, buồng chứa thể tích được tạo thành giữa ren và vỏ. Công thức tính thể tích hình học bơm trục vis 2 cấp là:
21. Explain briefly the construction and operation of pressure-balanced vane pumps. (Use Fig. 4.30.) Giải thích ngắn gọn cấu tạo và hoạt động của bơm cánh gạt cân bằng áp (sử dụng hình 4.30). Trả lời:
163
Cấu tạo và hoạt động: Hình 4.30 cho thấy cấu tạo một máy bơm cánh gạt lưu lượng cố định. Rotor (2) được điều khiển bởi trục (1) và quay trong vòng stato (cam vòng) (3). Các cánh gạt (4) được gắn vào khe cắm xuyên trong rotor. Nó được ép xuyên tâm ra phía ngoài để được tiếp xúc với các bề mặt bên trong của vòng cam dưới tác động của lực ly tâm. Khi cài đặt áp lực trong các dòng cung cấp, mục đích của một số cánh gạt được áp lực để đảm bảo việc kín khít phải bố trí chính xác. Buồng bơm được cấu tạo bởi hai cánh liên tiếp (cánh quạt), bề mặt bên trong của vòng cam, bề mặt ngoài của rotor, và hai bề mặt của các tấm bên (5). Thể tích của những thay đổi trong buồng bơm (tăng hoặc giảm) trong vòng xoay do hình dạng hình bầu dục của vòng cam. Trong Việc mở rộng của nó, là buồng được kết nối với đường hút thông qua một lỗ trong tấm bên. Do đó, dầu bị hút vào trong buồng. Sau đó, trong quá trình thu hẹp của nó, buồng bơm chiếm chỗ dầu vào dòng đầu ra thông qua một lỗ trên tấm bên. Bằng cách này, mỗi buồng thực hiện hai hành trình bơm trên mỗi vòng quay. Do hình dạng hình bầu dục, cấu tạo bơm là đối xứng. Có hai áp lực và hai buồng hút đối diện nhau. Do đó, các cánh quạt là áp lực cân bằng. Nó được nạp chủ yếu do mômen xoắn bơm truyền động. Bằng cách này, tải trọng mang được giảm thiểu, làm giảm ma sát và mài mòn và làm tăng hiệu quả bơm và tuổi thọ. 22. Explain briefly the function of an intra-vane structure in pressurebalanced vane pumps. (Use Figs. 4.33 and 4.34.). Giải thích ngắn gọn các chức năng của một cơ cấu bên trong cánh gạt trong máy bơm cánh gạt áp suất cân bằng. (Sử dụng các hình. 4.33 và 4.34). Trả lời:
164
Hình 4.16 cho thấy cấu tạo và hoạt động của máy bơm cánh gạt lưu lượng cố định cố định. Rotor (2) được điều khiển bởi trục (1) quay trong vòng tĩnh (vòng cam) (3). Các cánh quạt (4) được gắn vào khe cắm trong bánh cánh quạt. Chúng được đặt hướng tâm ra phía ngoài để có thểtiếp xúc với bề mặt bên trong của vòng cam dưới tác động của lực ly tâm. Khi áp lực được sinh ra trong dòng phân phối, các gốc của một số cánh quạt được áp lực được đảm bảo đóng kín ở những vị trí thích hợp. Buồng bơm được bao bọc bởi hai lá cánh quạt liên tiếp (cánh quạt), bề mặt bên trong của vòng cam, bề mặt ngoài của cánh quạt, và hai bề mặt của tường bên (5). Những thay đổi thể tích trong buồng bơm (tăng hoặc giảm) trong vòng quay do hình dạng hình bầu dục của vòng cam. Trong việc mở rộng của nó, buồng được kết nối với đường hút thông qua một lỗtrên tấm bên. Do đó, dầu bị hút vào trong buồng. Sau đó, trong quá trình thu hẹp của nó, buồng bơm chiếm chỗ dầu vào dòng đầu ra thông qua một lỗ trên tấm bên. Bằng cách này, mỗi buồng thực hiện hai hành trình bơm trên mỗi vòng quay. 23. Explain briefly the construction, operation, and control of variable displacement vane pump. (Use Figs. 4.35 through 4.38.) Giải thích ngắn gọn cấu tạo, vận hành và điều khiển bơm cánh gạt áp suất không cân bằng. (Sử dụng các hình. 4.35 qua 4.38.) Trả lời:
165
Cấu tạo máy bơm cánh gạt chuyển biến với một cánh quạt áp lực không cân bằng được thể hiện trong hình 4.35 và 4.37. Bơm bao gồm: hộp vỏ (1), bánh cánh quạt (2), các cánh quạt (3), vòng tĩnh (vòng cam) (4) và một vít điều chỉnh (6). Vị trí của vòng cam (stator) (4) được điều khiển theo chiều ngang bằng hai piston: một piston điều khiển nhỏ (10) và một cái lớn (11). Vị trí thẳng đứng của cam được xác định bởi các ốc vít điều chỉnh (7). Các buồng bơm (8) được hình thành bởi các cánh quạt (3), bánh cánh quạt (2), vòng tĩnh (4), và các tường bên (điều khiển) (9). Để đảm bảo chức năng bơm trong thời gian khởi động, vòng tĩnh (4) được tổ chức ở vị trí độc lập (vị trí dịch chuyển ) bằng lò xo (5). Vòng cam được đặt lệch tâm đối với các cánh quạt. Sau đó, chuyển động quay của rotor (2), thể tích của các buồng bơm (8) tăng và lấp đầy bởi chất lỏng thông qua một kênh hút (S). Khi thể tích buồng đạt đến tối đa, buồng (8) bị ngắt kết nối từ phía ống hút. Sau đó, khi cánh quạt (2) tiếp tục xoay, thể tích của buồng giảm khi chúng được kết nối thông với các vùng áp lực. Dầu sau đó được di chuyển đến dòng thoát bơm qua các kênh áp lực (P). Piston điều khiển nhỏ (10) kết nối thường trực với dòng áp lực bơm. Piston lớn được nạp bởi một lò xo (5), trong đó đặt các cam ở vị trí độc lập, lúc khởi động của máy bơm. Sau đó, khi bơm hoạt động và áp lực thoát bơm được sinh ra, áp lực lò xo của buồng xác định vị trí của vòng tĩnh (vòng cam) và do đó tạo nên lưu lượng bơm.
166
24. Explain briefly the construction, operation and control of variable displacement axial piston pumps with constant power controllers. (Use Figs. 4.39 and 4.40.) Giải thích ngắn gọn cấu tạo, vận hành và điều khiển bơm piston hướng trục lưu lượng thay đổi với bộ điều khiển công suất không đổi. (Sử dụng các hình. 4.39 và 4.40). Trả lời:
167
Bơm piston hướng trục là loại bơm có bittong đặt song song với trục của roto và được truyền bằng khớp hoặc hoặc bằng đĩa nghiêng. Bơm pittông hướng trục (Axial piston pump): thiết kế rất đa dạng, lưu lượng thay đổi dễdàng, thuận tiện cho việc điều khiển tự động công suất theo tải, được dùng phổ biến trong các máy thuỷ lực hiện nay. Cấu tạo: - Thân máy thường làm bằng gang, gia công bán tinh. - Hệ thống đĩa nghiêng: bao gồm mặt nghiêng được có thể quay quanh 1 trục ngang, đầu trên có thể gắng them bộ phận điểu chỉnh góc nghiêng. - Hệ piston: bao gồm nhiều piston giống nhau, mỗi piston gồm 2 phần, phần thân và và phần đầu, phân thân hình trụ rỗng ruột. Bề ngoài được gia công rất chính xác, phần đầu được làm thành khớp cầu để gắng với đĩa nghiêng. - Hệ thống xylanh. Nguyên lý làm việc: - Khi động cơ quay, dẫn động trục bơm quay, làm các piston quay tròn, các đầu piston sẽ di chuyên mặt nghiêng, làm thay đổi vị trí của piston so với xy lanh. - Đầu của bơm sẽ có 2 rãnh hình bán nguyệt. - Khi đầu của piston ở vị tri xa nhất, khi đó vị trí piston và xylanh ở rãnh T, thể tích bên trong xylanh tăng lên, áp suất sẽ giảm suất thấp hơn áp suất khí quyển, chất lõng sẽ được hút vào. - Khi di chuyển dần tới vị tri đổi diện (vị trí đầu pittpng gần nhất), khí đó vị trí của xylanh và piston ở rãnh P, thể tính xylanh giảm, đẩy chất lỏng ra của P. 168
25. Calculate the displacement volume, delivery pulsation coefficient, input power leakage flow rate, resistance to internal leakage, and the driving torque of a gear pump with the following parameters: pump speed =1450 rpm number of teeth =12 tooth module =3.5 mm tooth width =20 mm pressure angle =20° inlet pressure =0.2 MPa exit pressure =15 MPa mechanical efficiency =0.85 volumetric efficiency =0.9 Calculate the volumetric efficiency if the pressure is increased to 220 bar. Hãy tính lưu lượng riêng, hệ số dao động, năng lượng thất thoát do rò rỉ, độ cản rò rỉ bên trong, momen xoắn trên trục bơm bánh răng với các thông số: Tốc độ bơm = 1450 vòng/ph Số răng = 12 Mô đun răng= 3.5mm Bề rộng răng = 20mm Góc áp suất = 200 Áp vô = 0.2MPa Áp ra = 15 Mpa Hiệu suất cơ = 0.85 Hiệu suất thể tích = 0.9 Tính hiệu suất thể tích nếu áp tăng lên tới 220 bar. Trả lời: Lưu lượng riêng = 2 bm2 z sin 2 18,65cm3 / vg . Hệ số dao động: 2cos2 / 4 z 1 0,167 . Lưu lượng bơm: Q 24,33l / ph NL thủy lực: PH = 6,08kW. NL thất thoát = 6,08/0,9 – 6,08 = 0,678 kW. Moment xoắn: T = 51,68 Nm. 26. Calculate the maximum allowable speed of a gear pump connected as shown in the following figure, given: number of teeth =12 tooth module =3.5 mm tooth width =20 mm pressure angle =20° pipe length =1 m pipe diameter =13 mm pressure head H =0.3 m tank over pressure =0.13 MPa oil density =870 kg/m3 pipe friction coefficient λ =0.035 Neglect the local losses in the suction line. Tính vận tốc lớn nhất có thể cho phép của bơm bánh răng với các số liệu bên dưới: Số răng z = 12 Modun răng: m = 3,5 mm 169
Bề rộng răng b = 20 mm Góc áp suất: α = 200 Chiều dài ống L = 1 m Đường kính ống: D = 13 mm Chiều cao cột áp H = 0,3m Áp suất bình chứa: pt = 0,13 Mpa Khối lượng riêng của dầu : ρ = 870 kg/m3 Hệ số ma sát trong đường ống: λ = 0,035 Bỏ qua sự tổn thất trong đường hút. Trả lời:
Áp suât Pi: Pi PT d H 0,13.106 870.9,81.0,3 132,56kPa Bán kính vòng đỉnh bánh răng: mz 2m 12.3,5 2.3,5 cos r 1 24,5mm 2 2
Vận tốc lớn nhất cho phép của bánh răng: nmax
1 r
Pi 1 2 3,14.24,5.103
2690, 41 16,16vg / ph 2.870
27. A bent axis pump has the following parameters: number of pistons z =9 piston diameter d =9.3 mm pitch circle diameter D =33 mm driving speed n =4000 rpm inlet pressure Pi=0.3 MPa exit pressure P =18 MPa volumetric efficiency =0.94 total efficiency =0.89 hydraulic efficiency =1 inclination angle of cylinder block =20° (a) Calculate the pump theoretical flow, real flow, input mechanical power and driving torque. (b) Calculate the leakage flow rate and resistance to leakage.
170
(c) Calculate the pump real flow and driving torque if the exit pressure is increased to 30 MPa, keeping the resistance to leakage and mechanical efficiency constant. Một bơm hướng trục khuỷu có các thông số sau: Số pittông z=9 Đường kính pittông d=9,3mm Đường kính trục bơm D=33mm Tốc độ quay n=4000 v/ph Áp suất vào Pi=0,3 Mpa Áp suất ra P=18MPa Hiệu suất thể tích = 0,94 Hiệu suất tổng = 0,89 Hiệu suất thủy lực =1 Góc nghiêng của khối xylanh = 200 a) Tính lưu lượng lý thuyết, lưu lượng thực, công suất cơ vào và momen xoắn. b) Tính lưu lượng bị rò rỉ và lực cản rò rỉ. c) Tính lưu lượng thực của bơm và momen quay nếu áp suất ra được tang đến 30MPa, giữ lực cản rò rỉ và hiệu suất cơ là hằng số. Trả lời: Tổng thể tích bơm được sau một vòng quay: d2 0,952 Vg xAh xAD sin z D sin 9 3,3sin(20) 6,9cm3 / vg 4 4
a/ Lưu lượng lý thuyết của bơm: Qlthuyet Vg n.103 6,9.4000.103 27,6l / ph
Lưu lượng thực tế của bơm: Qthuc vVg n.103 0,94.6,9.4000.103 25,944l / p Công suất đầu vào: P
P.Q (180 3)25,944 8, 6kW 600o 600.0,89
Hiệu suất moment: t Moment xoắn: T
Vg P 2t
0 0,95 v
6,9.106.177.105 20, 46 Nm 2 .0,95
b/ Lưu lượng bị thất thoát: Qthatthoat Qltthuyet Qthuc 1,656l / p c/ Moment khi áp suất đến 30Mpa : T
Vg P 2t
6,9.106.297.105 34,33Nm 2 .0,95
28. A swash plate axial piston pump has the following parameters: z =7, d =10 mm, D =35 mm, γ =20°, n =3000 rpm, ηm=0.9, ηh=0.99, Pi=0 and resistance to internal leakage RL =258 GNs/m5. 171
(a) Calculate the geometric volume of the pump and plot in scale the relation between the real pump flow and exit pressure in the range from 0 to 30 MPa. (b) Calculate the total pump efficiency at an exit pressure of 10 MPa. (c) Calculate or find graphically the maximum pressure in the delivery line if it is completely closed, in the absence of any relief valves. Một đĩa lắc rung của bơm piston hướng trục có các thông số sau: z = 7, d = 10 mm = 0,01 m, D = 35 mm = 0,035 m, γ = 20°, n = 3000 vòng/phút=50 vòng/s, ηm= 0.9, ηh= 0.99, Pi= 0 và lực cản rò rỉ nội bộ, RL = 258 GNs/m5 (a) Tính thể tích hình học của các máy bơm và tính toán mối liên hệ giữa lưu lượng thực của bơm và áp suất ra trong khoảng 0-30 MPa. (b) Tính tổng hiệu suất của bơm ở áp suất ra là 10 MPa. (c) Tính hoặc tìm đồ thị áp suất tối đa bên trong dòng chảy đã hoàn toàn khép kín, và không có sự tác động của van giảm áp. Trả lời: a/ Thể tích hình học: Vg d 2 Dz tan 102.35.7.tan 200 7003, 6mm3 / vg 7cm3 / vg 4
4
6
Q Vg n 7003, 6.10 .50 0,35l / s Pout
30.106
0
2 30.106 P P 6 8 P 1 dP 1 dP 30.10 1,11.10 25MPa 0 258.7003, 6.50 R V n 2 L g
b/Tính hiệu suất tổng khi Pout = 10 MPa: v 1
P 10.106 1 0,889 RLVg n 258.7003, 6.50
0 vmh 0,889.0,9.0,99 0, 79
Chương 5_Mục 5.6: 1. Giới thiệu ngắn gọn về điều khiển hệ thống thủy lực: Trả lời: Điều khiển hệ thống thủy lực được thực hiện bằng các van điều khiển và phải đảm bảo chức năng của hệ thống, chia làm 4 nhóm: Van nút nhấn thông thường Van giới hạn áp suất Van trợ động Van kỹ thuật số 172
2. Miêu tả cấu trúc và so sánh hai van: van chặn và van con trượt. Trả lời: Van chặn: bao gồm một đầu (thường gọi là con chặn) một lò xo, và một mặt bích chặn.Con chặn có thẻ là hình cầu, hình nón, hình cái bào, hoặc một số hình dạng khác.Trong quá trình làm việc thì van có thể đóng hoặc mở.Ưu diểm của van là giá rẻ cấu trúc đơn giản dễ sửa chữa, hạn chế được dầu rò, dễ bảo dưỡng.Nhược điểm chính là giới hạn số lượng cổng và khó điều khiển chính xác. Van con trượt tịnh tiến: bao gồm một con trượt bao ngoài một trục.Van này thì thường đối xứng và con trượt thì chạy dọc trục.Ưu điểm chính là tăng được số lượng cổng khả năng điều khiển cao hơn.Nhược điểm chính là tăng lượng dầu rò,mắc hơn so với các loại khác đang hiện hành. Van con trượt xoay: bao gồm một con trượt bao ngoài một trục.Con trượt thì xoay quanh trục.Loại van này sử dụng cho các hệ thống lái của các phương tiện giao thông. 3. Giải thích chức năng của van điều khiển áp suất trong hệ thống thủy lực Trả lời: Van giới hạn áp suất trực tiếp: van này được kết nối với áp suất cao ở ngõ vào và áp suất thấp ở ngõ ra.Đường điều khiển lấy tín hiệu ở ngõ vào.Cấu tạo chính là một con chặn được giữ bởi một lò xo.Con chặn bị ò lò xo đảy vào mặt bích.Lực nén của lò xo được điều khiển bởi vít hoặc bởi một vòng găng thay đổi khoảng cách. Con chặn chịu tác động của cả lò xo và áp suất ngõ vào.Khi áp suất ngõ vào lớn hơn lực nén của lò xo: Fp P. Apr Fx kxo thì con chặn sẽ di chuyển, đường dầu ngõ vào áp lực lớn sẽ về bể. Van giới hạn áp suất gián tiếp: Vấn đè tăng áp suất quá lớn ở van giới hạn áp suất trực tiếp được giải quyết bằng việc sử dụng van giới hạn áp suất gián tiếp.Van giới hạn áp suất gián tiếp bao gồm một van chính được giữ bởi một lò xo.van được thiết kế với một con trượt chính có đường kính lớn,và một lò xo có độ cứng nhỏ,giúp giảm áp suất tới hạn. Khi áp suất đường dầu lớn hơn áp suất cài đặt lò xo của con trượt phụ, cho phép dầu về bể. Do có dòng chảy, xuất hiện áp suất chênh lệch tại khe cạnh con trượt con trượt chính (tương tự như van tiết lưu), sinh lực nâng con trượt chính lên trên (lực này lớn hơn lực lò xo của con trượt chính), thông dầu về bể. Được một lúc, áp suất đầu vào giảm, con trượt chính tụt xuống. Van này cài ở áp suất nhỏ đảm bảo an toàn hơn van giới hạn áp suất trực tiếp. 4. Thảo luận chi tiết đặc tính trạng thái của van giới hạn áp suất gián tiếp, và giải thích làm thế nào giảm được áp suất tới hạn. Trả lời: 173
Hoạt động của van chính được điều khiển bởi một đường điều khiển.Van điều khiển là một van giới hạn áp suất trực tiếp thông với ngõ vào áp suất lớn thông qua hai ống N1,N2.Đường kính của hai ống này thường nhỏ hơn 1 mm nên lưu lượng qua chúng rất là nhỏ.Van giới hạn áp suất trực tiếp sử dụng để tăng áp suất giới hạn của lò xo chính.Đường điều khiển có kích thước nhỏ và lò xo có độ cứng nhỏ.Tuy nhiên,áp suất ngưỡng có giá trị không đáng kể bởi vì lưu lượng rất nhỏ. 5. Vẽ sơ đồ một van giới hạn áp suất gián tiếp, giải thích chức năng của nó
Trả lời Van giới hạn áp suất gián tiếp: Vấn đè tăng áp suất quá lớn ở van giới hạn áp suất trực tiếp được giải quyết bằng việc sử dụng van giới hạn áp suất gián tiếp.Van giới hạn áp suất gián tiếp bao gồm một van chính được giữ bởi một lò xo.van được thiết kế với một con trượt chính có đường kính lớn,và một lò xo có độ cứng nhỏ,giúp giảm áp suất tới hạn. 6. Giải thích chức năng của van giới hạn áp suất gián tiếp mô tả ở hình 5.7 và 5.8
174
Trả lời: Đường dầu chính vào cổng P qua đoạn ống 2 và 3 tác dụng vào con chặn 6.Nếu áp lực tai P lớn hơn áp suất cài đặt của lò xo 5 thì con chặn 6 sẽ di chuyển theo đường dầu 8 về T.Lúc này xuất hiện sự chênh lệch áp suất giữa buồng 2 và buồng trước nó, nếu P lớn hơn áp suất cài đặt của lò xo của con trượt thì con trượt sẽ di chuyển sang trái đường dầu từ P thông thẳng về T.
Loại này có hai cổng chia cho phần chính và phần điều khiển. 7. Thảo luận ứng dụng của van giới hạn áp suất gián tiếp mô tả ở hình 5.9
175
Trả lời: Ứng dụng của van giới hạn áp suất gián tiếp trong trường hợp này là đáp ứng nhiều áp suất ngõ ra phục vụ nhu cầu của từng ngõ.Trong trường hợp này thì van giới hạn áp suất gián tiếp sẽ có giá trị áp suất cài đặt lớn hơn giá trị cài đặt của van giới hạn áp suất trực tiếp của các thành phần mục đích là đảm bảo hoạt động của các ngõ ra thành phần.Ta có quan hệ giữa các giá trị áp suất thành phần là : p1 p2 p3 p 0 theo cách phân bố của hình. Trường hợp van tiết lưu có vấn đề thì khi áp suất vượt quá cho phép thì đương dầu xả về bể T. 8. Thảo luận nguyên lí hoạt động của van giảm áp trong một hệ thống thủy lực. Trả lời: Van giảm áp được sử dụng khi hệ thống phụ hoạt động với áp suất nhỏ hơn áp suất của hệ thống chính.Thông thường nó được thực hiện bằng một van tiết lưu. 176
Cấu tạo bao gồm một con trượt được giữ bằng một lò xo.Áp suất của ngõ ra được nối với buồng điều khiển,ở bên phải con trượt thông qua một đường điều khiển.Nó tác động vào con trượt đẩy lò xo. Nếu áp suất ở ngõ ra nhỏ hơn áp suất cài đặt của lò xo, con trượt di chuyển đến biên của trạng thái bên phải.P thông với A.Áp suất ở cổng A được tăng lên tác động vào con trượt khi lực này lớn hơn áp suất cài đặt của lò xo con trượt di chuyển sang trái và A-P tiết lưu.Ở vị trí cuối cùng con trượt chia công A thành hai đường áp suất chính và đường xả về bể ngoại trừ khe hở hướng kính.Nếu áp suất tăng lên và vượt quá áp suất cài đặt, con trượt tiếp tục di chuyển sang bên trái thông cổng A về bể,áp suất cổng A giảm. 9. Giải thích chức năng của van giảm áp mô tả trong hình 5.11 và 5.13
Trả lời: Van giảm áp thường là một van mở với tiết lưu hoặc đóng đẻ duy trì áp suất ổn định ở ngõ ra.Nghĩa là với áp suất ngõ vào của mạch chính bất kỳ thì áp suất ngõ ra từ van giảm áp luôn cố diinhj là hằng số.
177
Nếu áp suất ngõ ra ở cổng A nhỏ hơn áp suất giới hạn của PL, cổng điều khiển đóng và áp suất ở buồng chính cân bằng với áp suất ngõ vào, và áp lực tác động lên con trượt chính cân bằng.Lò xo ở buồng phụ giữ con trượt chính mở.Khi áp suất ở cổng A bắt đầu lơn hơn áp suất PL, đường điều khiển mở ra buộc các cổng ở buồng phụ duy trì lưu lượng qua con chặn của đường điều khiển.Khi sự chênh áp qua con trượt chính vượt quá áp suất cài đặt của lò xo ở buồng chính, con trượt bắt đầu đóng lại,lưu lượng dòng chảy từ P sang A giảm từ từ.Vì vậy con trượt chính đạt tới trạng thái ổn định khi mà áp lực tác động lên nó bằng 0 hay : PA=PL+ k(x+x0)/ As 10. Thảo luận ứng dụng của van giảm áp mô tả trong hình 5.14 Trả lời:
178
Van giảm áp trong trường hợp này có tác dụng ổn định lưu lượng tác dụng lên pittong bên phải đảm bảo cho pittong hoạt động an toàn. 11. Thảo luận tóm tắt hoạt động của van giảm áp có đường điều khiển mô tả ở hình 5.15 Trả lời:
179
12. Giải thích chức năng của van tuần tự ở hình 5.16 và 5.17 Trả lời:
180
Van tuần tự được dùng để tạo một dãy các hoạt động theo các mức áp suất trong hệ thống. Hình 5.16 biểu diễn một van tuần tự hoạt động trực tiếp nó bao gồm con trươt 2 được giữ bởi lò xo 3.Áp suất từ cửa nạp P được nối buồng điều khiển ở phía bên phải của con trượt,qua đường dẫn 6.Áp suất trong buồng tác động lên con trượt và lên cả lò xo.Nếu áp suất vượt quá lực lò xo, con trượt chuyển dời sang trái nối cổng P với A.Van này có thể được điều khiển nội bộ thông qua ngõ B.Ở trường hợp này đường nối ngõ P với buồng điều khiển nên được chặn lại.Tùy ý,van được nối với 1 van điều khiển để có dòng chảy ngược chiều tự do.Trạng thái mở của van tuần tự trực tiếp được thể hiện ở hình 5.17.
13. Điều khác biệt giữa van giới hạn áp suất và van tuần tự là gì? Trả lời: Van giới hạn áp suất dùng để giới hạn áp suất lấy tín hiệu từ ngõ vào để đảm bảo an toàn hoặc phân phối lưu lượng từ mạch chính cho các mạch con thông qua việc cài đặt giới hạn áp suất khác nhau. Van tuần tự dùng để đảm bảo thứ tự hoạt động trước sau của các cụm công tác thông qua việc dùng các van giới hạn áp suất để đảm bảo cụm này đi hết hành trình thì cụm kia mới hoạt động và ngược lại. 14. Thảo luận ứng dụng của van tuần tự trong hình 5.19 Trả lời: 181
Lưu chất khi đi từ máy bơm qua van một chiều đến van bốn cổng ba vị trí.Khi cho trạng thái bên phải hoạt động trước thì lưu lượng qua tác động vào pittong bên trái,pittong đi hết hành trình thì lúc đó xuất hiện một áp suất đủ M3 lớn để thắng được áp suất cài đặt của van giới hạn áp suất bên phải nên chất lỏng sẽ theo đó tác động vào pittong bên phải và đẩy pittong đi hết hành trình.Tương tự cho trạng thái bên trái hoạt động. Như vậy van tuần tự ở đây hoạt động dựa trên các van giới hạn áp suất,đảm bảo pittong này hoạt động xong thì pittong kia mới hoạt động đúng theo tính chất của van tuần tự. 15. Thảo luận ngắn gọn cấu trúc và hoat động của van tuần tự có đường điều khiển mô tả ở hình 5.20 Trả lời: 182
Van tuần tự có điểu khiển sử dụng cho trường hợp yêu cầu tăng lưu lượng. Cấu tạo bao gồm một vỏ hộp chính với một bộ bơm thủy lực,, một van điều khiển, và một van kiểm tra có chiều về qua van một chiều tự do. Chức năng của van này phụ thuộc vào đường điều khiển và đường dầu rò. Phần điều khiển là một van điều khiển trực tiếp 2/2 loại con trượt. Con trượt được giữ bởi một lò xo. Để điều khiển cục bộ, một chốt di chuyển và mộ chốt cố định. Áp suất điều khiển tác động vào lò con trượt thông qua một cần đẩy. Để điều khiển bên ngoài, đường điều khiển X hoạt động, chốt 4.1 được cài đặt trong khi chốt 4.2 di chuyển. Nếu áp lực điều khiển nhỏ hơn lực nén lò xo, con trượt nằm ở bên trái. Con trượt đóng lò xo của con trượt chính của van chính. Hai bên của van chính thông nhau bởi ống 6. Áp suất ngõ vào của con trượt lò xo cân bằng với lò xo tác động để giữ van chính đóng lại. Đến khi áp suất điều khiển lớn hơn lực nén của lò xo van điều khiển, con trượt di chuyển sang phải. A thông với B qua ống 6,9 con trượt phụ và đường ống 11,12. Chênh áp qua ống 6 tác động lên con trượt chính tù dưới lên. Van chính mở ra và thông cổng A sang B. Ống 9 hoạt động như một thiết bị giảm sốc. 16. Vẽ sơ đồ một van có bình tích áp, giải thích chức năng. Trả lời:
Bình tích áp thủy lực được sử dụng để tích trữ năng lượng thủy lực. Chúng được lắp đặt ở các hệ thống thủy lực để đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau: Lưu trữ năng lượng, bảo vệ hệ thống chống lại chấn động mạnh, khi bơm không tải, và nhiều lí do khác. Khi sử dụng 183
bình tích áp cho trường hợp không tải, nó được xem như là bộ nguồn chứa năng lượng thủy lực của hệ thống. 17. Giải thích tóm tắt chức năng của van điều khiển trực tiếp Trả lời: Van điều khiển trực tiếp được dùng để khởi động, dừng hoặc thay đổi hướng của dòng chảy. Các loại van này được đặc trưng bởi số lượng ngõ và số lượng trạng thái điều khiển. Trạng thái điều khiển xác định ngõ vào thông với ngõ vào, và kết quả là điều khiển hướng dòng chảy 18. Thảo luận chi tiết hoạt động của áp suất dòng trong van trượt, xuất phát từ một ứng dụng lực. Trả lời:
Van DCV 4/3 có chức năng điều chỉnh dòng chảy của lưu chất khi làm việc bằng cách điều khiển thông qua hệ thống điện.Khi ta kích hoạt hoạt động tức là tác dụng một nguồn điện vào cuộn dây coil làm chuyển trạng thái của van từ trạng thái đóng ban đầu sang trạng thái bên trái.Khi tác dụng vào cuộn coil bên phải thì van sẽ chuyển trạng thái qua bên phải nhưng trước tiên nó phải qua trạng thái giữa 19. Vẽ sơ đồ và giải thích chức năng của van điều khiển trực tiếp có điều khiển 4/3 20. Trả lời:
184
21. Nêu các các cách điều khiển khác nhau của van điều khiển trực tiếp Trả lời:
Van này thực hiện chức năng điều khiển dòng chảy của lưu chất trong mạch.Khi có tín hiệu điều khiển thủy lực bên trái trái thì ô trạng thái bên trái được kích thích và chuyển vị trí thực hiện chức năng của mình.Tương tự cho trường hợp bên phải.Điểm khác của van này với van DVC 4/3 chính là việc sử dụng tín hiệu thủy lực thay vì dùng điện.Tín hiệu thủy lực được thực hiên thông qua các đường dẫn từ hệ thống điều khiển trên hình 5.45
185
22. Giải thích tóm tắt cấu trúc và hoạt động của cuộn nam châm điện, so sánh cuộn nam châm điện DC và AC Trả lời: Van điều khiển trực tiếp có nhiều loại cách điều khiển:
Khi cần nén không được nhấn ụ hình cầu đặt dưới áp lực hoạt động của lò xo.Áp suất từ cổng P được đóng và con trượt chính ở vị trí giữa,nối với đường đi ra của cổng A xuống bể T.Khi cần đẩy di chuyển,thường là dùng cảm ứng điện từ,nó đẩy đường chính và con trượt hình cầu sang phải.Cổng ở bể được đóng và cổng A được kết nối với đường vào P.
Trên đây là cách thông thường để điều khiển van điều khiển trực tiếp. 186
Ngoài ra còn có các cách sau:
Điều khiển cơ học bằng tay Điều khiển bằng cơ cấu cam, lái. Điều khiển cơ học bằng núm tay Điều khiển bằng thủy lực. Điều khiển cơ học bằng khí. Điều khiển bằng điện thông qua cảm ứng từ trực tiếp (một chiều). Điểu khiển bằng điên thông qua cảm ứng từ hai chiều (xoay chiều).
23. Trích dẫn các loại van kiểm tra, và giải thích chức năng của van kiểm tra có điều khiển. Trả lời: DC Solenoid:Trong trường hợp nam châm điện trực tiếp,trường từ hóa được mở rộng hòa trộn với sự phân cực.Cả khung C và lõi sẽ được phân cực với các cực Nam-Bắc xác định.Khi hoạt động cực Bắc-Nam của khung C hút cực Nam-Bắc của lõi.Chính điều này đã tạo ra lực từ trong DC solenoid. AC Solenoid : Cũng giống như DC thì AC cũng hoạt động như thế nhưng trường lực từ có ảnh hưởng bởi sự đổi chiều liên tục.Sự đổi chiều kéo theo đó làm sự thay đổi của lực điện từ và xoay phần kim loại của bộ phận từ với thành phần chính là khung C và lõi. Thành phần DC AC Thời gian nhấn 50-60 ms Trong khoảng 20 ms Thời gian làm việc 20 đến 50 triệu vòng 10 đến 20 triệu vòng mong đợi Tốc độ lớn mỗi lần Lên đến 4 vòng/s Lên đến 2 vòng/s nhấn Chu kì tiếp tục làm Không giới hạn 15-20 phút cho lúc điện từ ít việc 60-80 phút cho lúc điên từ nhiều Chi phí 1 1.2 Tỷ lệ xảy ra 10 2
24. Thảo luận ứng dụng của van kiểm tra có điều khiển ở hình 5.52 Trả lời: Có các check valve: Check valve điều khiển trực tiếp với lò xo giữ. 187
Loại van này có chức năng cho dòng chảy đi qua 1 chiều, khi áp suất ở một đầu lớn hơn áp suất đầu kia rất nhiều thì lò xo có nhiệm vụ giảm chấn đảm bảo an toàn khi van hoạt động trong trường hợp này.Thường ta hay sử dụng van này ở đầu các máy bơm hay gắn song song với hệ thống lọc dầu. Check valve điều khiển trực tiếp mà không cần đến lò xo. Van này có chức năng cho dòng chảy đi qua tự do một chiều,chiều còn lại được khóa lại.Van này thường dùng nối song song với van tiết lưu mục đích kiểm soát dong chảy của mạch.
25. Trích dẫn và thảo luận tóm tắt các loại van điều khiển lưu lượng Trả lời:
Van điều khiển 1 chiều trong trường hợp này có tác dụng khi dầu vào công B thì có tín hiệu báo hiệu cho Check valve đổi chiều trạng thái tức là cho đi từ B về A điều này có nghĩa là pittong sẽ hoạt động mà không kẹt cứng.Một check valve nữa gắn song song với phần 188
tiết lưu sẽ cho dòng chảy ưu tiên qua nó thay vì qua tiết lưu để đẩy pittong lên.Còn hai check valve còn lại có nhiệm vụ giảm chấn cho valve khỏi lực của dòng chảy khi về. 26. Giải thích nguyên lí hoạt động của van tiết lưu và van kiểm tra tiết lưu ở hình 5.57 Trả lời: Van tiết lưu thường dùng hạn chế dòng chảy của chất lỏng về cả hai hướng.Khi đi qua chất lỏng sẽ được chảy qua một tiết diện nhỏ hơn tiết diện ban đầu điều này làm cho dòng chảy bị cản trở mất mát năng lượng,van chảy với lưu lượng nhỏ hơn ban đầu khi mới vô van. Van tiết lưu có vát mép: Giá trị dòng chảy qua van tiết lưu có vát mép thì phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng.Van này bao gồm một hộp bao bọc, bộ phận điều chỉnh và các cửa.Khi dòng chảy từ A sang B thì bị tiết lưu ở các khe hở mở.Khi bộ phận tiết lưu được điều chỉnh bằng cách xoay lõi (5), lõi này dạng hình xoắn.Dòng chảy phù hợp sẽ chảy từ A-B khi ta xoay lõi theo điều kiện làm việc mong muốn. Van điều khiển lưu lượng bằng bù áp 27. Giải thích hoạt động của chuỗi van điều khiển lưu lượng có bù áp mô tả ở hình 5.59 Trả lời:
Van tiết lưu hạn chế dòng chảy theo cả hai hướng. Dòng chảy qua một thiết bị xiết hướng tâm (3) đến buồng tiết lưu (4) giới hạn bởi vỏ trong và bạc lót điều chỉnh (1). Van tiết lưu một chiều hạn chế dòng chảy chỉ một hướng và cho phép một chiều còn lại tự do. Dòng chảy qua thiết bị xiết và cùng tiết lưu. Tiết lưu chỉ hoạt động theo một chiều. 189
Theo chiều ngược lại, áp suất tác động lên con chặn (5). Khi chênh áp lớn hơn áp cài đặt, con chặn mở, cho phép dòng chảy ngược lại. Song song đó, dòng chảy cũng qua vùng tiết lưu.
28. Giải thích cấu trúc và hoạt động của chuỗi van điều khiển lưu lượng có bù áp mô tả ở hình 5.60 Trả lời: Giải thích hoạt động của chuỗi van điều khiển lưu lượng có bù áp mô tả ở hình 5.59
Van bao gồm một van tiết lưu cạnh sắc và một van bù áp. Van bù áp được đặt tại đầu ra của van tiết lưu. Nó bao gồm một con trượt giữ bởi một lò xo. Chênh áp qua van tiết lưu chính tác động lên con trượt một lực Fp. Nếu chênh áp qua van bù áp tăng, lưu lượng tăng, con trượt di chuyển xuống dưới, tác động vào lò xo, giảm thể tích buồng vào. Lưu lượng qua van tiết lưu chính giảm. Nếu chênh áp giảm, lưu lượng giảm. Áp suất tác động vào con trượt nhỏ hơn áp suất lò xo. Lò xo đẩy con trượt đi lên, tăng thể tích vào. 29. Thảo luận của ứng dụng của van điều khiển lưu lượng 2 hướng ở hình 5.62 Trả lời:
190
Van bao gồm một vỏ (1), một đai ốc vặn bằng tay, và một van bù áp ngược dòng. Dòng chảy từ A sang B qua khe hở (5) của con trượt (3). Quay đai ốc (2) để điều chỉnh vị trí theo chiều dọc của con trượt và từ đó, điều chỉnh thể tích vùng tiết lưu (5). Sự bù áp được thực hiện bởi van bù áp ngược dòng, bao gồm một con trượt (4) của phần diện tích As, và một khe hở trong luồng khe hở (5). Khi con trượt (4) đi lên giảm diện tích tiết lưu của khe hở (8) và ngược lại. Con trượt tác động vào lò xo. Ở trạng thái cân bằng, áp lực cân bằng với lực lò xo. Khi làm việc, áp lực con trượt thì quá nhỏ so với bù áp lúc đầu của lò xo, vì vậy, chênh áp (PA – PS) và lưu lượng là hằng số ở trạng thái cân bằng. 30. Giải thích cấu trúc và hoạt động của van điều khiển lưu lượng có bù áp song song ở hình 5.63 Trả lời:
191
Hình 5.62 cung cấp một ứng dụng của van điều khiển 2 hướng. Tốc độ của cơ cấu chấp hành thủy lực được điều khiển bằng việc kiểm soát cả lưu lượng vào và lưu lượng ra. Điều khiển lưu lượng vào được ưu tiên khi di chuyển có tải, trong khi điều khiển lưu lượng ra là bắt buộc khi di chuyển cùng hướng với tải. Tuy nhiên, nếu hướng tải không xác định hoặc thuận nghịch, điều khiển lưu lượng ra là lựa chọn tốt nhất.
31. Thảo luận tóm tắt chức năng của van chia lưu lượng loại có lưu lượng riêng thay đổi được. Trả lời: Hình 5.63 hiển thị một sơ đồ thủy lực sử dụng một van điều khiển lưu lượng bù áp song song – một loại van điều khiển lưu lượng 3 cổng. Loại van này điều chỉnh lưu lượng và giữ lưu lượng là hằng số nếu chênh áp qua van lớn hơn áp cài đặt trước Pt . Áp suất từ bơm thì lớn hơn áp suất nâng tải một chút, P1 = P2 + Pt , trong đó Pt có giá trị từ 4 đến 10 bar. 32. Thảo luận chức năng của van chia lưu lượng loại con trượt mô tả ở hình 5.66 và 5.67 192
Trả lời:
Hệ thống bao gồm hai xi lanh đối xứng lắp đặt song song nhau. Thể tích hai xi lanh có thể được đồng bộ hóa trong suốt hành trình đi. Vì vậy, một van chia lưu lượng được cài đặt. Van chia lưu lượng dùng để chia dòng chảy từ bơm đều nhau cho hai nhánh lên hai xi lanh. Đường dầu vào phần giữa của con trượt, rồi qua vùng thu hẹp AA và AB đến hai xi lanh A và B. Nếu hai xi lanh nâng tải bằng nhau, thì hai bên sẽ đối xứng, lực cản 2 bên bằng nhau và con trượt nằm ở vị trí chính giữa. Ngược lại, nếu giả sử FA tăng, chênh áp (PP – PA) nhỏ hơn so với (PB – PB), lưu lượng A lớn hơn. Con trượt di chuyển sang trái, tăng thể tích buồng tiết lưu AA, giảm thể tích buồng AB. Trong trường hợp này, lực cản qua P-A giảm và qua P-B tăng. Vì vậy, Lượng tăng tải của một bên được bù bởi lượng giảm lực cản của nó và lượng tăng lực cản của phía còn lại. Trong trạng thái cân bằng, lưu lượng bằng nhau đạt được.
193
Cấu trúc thương mại của van chia lưu lượng loại con trượt được thể hiện trong hình 5.67. Van bao gồm các bộ phận chính là vỏ (1), con trượt điều khiển (2), và 3 lò xo (3). Dòng chảy qua P được chia thành 2 dòng có lưu lượng bằng nhau. Lò xo trung tâm cũng như áp lực giữ cho con trượt điều khiển ở vị trị giữa. Bất kì sự mất cân bằng nào về lưu lượng từ 2 cổng ra A và B đều gây ra chênh áp. Kết quả là chênh áp gây chuyển vị con trượt để tiết lưu nhánh lưu lượng tăng lên và mở cửa tự do nhánh còn lại. Như vậy, ở trạng thái cân bằng, lưu lượng qua 2 cổng xả là bằng nhau. 33. Tốc độ của xi lanh thủy lực được điều khiển bởi phương tiện là một chuỗi van điều khiển lưu lượng có bù áp. Cho biết Bơm:
Van điều khiển trực tiếp
Van giới hạn áp suất Áp suất giới hạn cài đặt: 6 MPa Áp suất ngưỡng: 0 Xi lanh thủy lực: 194
Đường kính nòng: 60 mm Đường kính pittong: 25 mm Không có đường dầu rò Tính: Tổn hao năng lượng ở DCV Tổn hao năng lượng ở FCV Lưu lượng thực của bơm Chương 6_Mục 6.5: 1. Explain the principals of operation and the possible applications of the hydraulic accumulators. Giải thích nguyên lý hoạt động và các ứng dụng có thể có của các loại bình tích thủy lực. Trả lời: Có 3 loại bình tích thủy lực chính là : dùng lực của tải trọng, dùng lực lò xo và tích khí. Bình tích dùng lực của tải : loại này tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng tiềm năng trong khối lượng của pittông và tải. Nó được sạc bằng cách bơm dầu vào buồng phía dưới, tải và pittong sẽ được nâng lên cao. Sự thay đổi áp lực trong mạch khi pittong di chuyển lên là không đáng kể, do đó nó cấp dầu ở áp suất là hằng số. Bình tích dùng lực lò xo : loại này tích trữ năng lượng dưới dạng lực đàn hồi của lò xo, lò xo được nén bằng dầu bơm vào bình tích. Loại bình tích này cung cấp dầu ở áp suất khác nhau, áp suất cung cấp giảm theo độ giãn của lò xo do sự sụt giảm năng lượng khi lò xo bị giãn ra. Áp lực phân phối sẽ tỷ lệ thuận với khối lượng dầu trong buồng dầu của bình tích. Biểu thức sau thể hiện sự phụ thuộc của áp suất và sự giãn ra của lò xo :
195
trong đó : A = diện tích pittong (m2) k = độ cứng của lò xo (N/m) P = áp suất (Pa) V = thể tích dầu trong lò xo (m3) x0 = độ dài lò xo trước khi nén Cả 2 loại bình tích dùng lực tải và bình tích dùng lực lò xo đều không được sử dụng rộng rãi mặc dù chúng dễ thiết kế và chế tạo trong hệ thống thùng dầu xylanh thủy lực tiêu chuẩn. Do khả năng đáp ứng thấp, kích thước làm việc lớn và hạn chế làm việc Bình tích tích khí : là loại được sử dụng rộng rãi nhất mà ở đó dầu được tích trữ dưới áp lục khí ( thường là Nitơ). Không khí có thể được sử dụng tích khí trong trường hợp sử dụng dầu chống cháy.Bình tích tích khí được chia làm 4 loại theo loại dầu-khí được sử dụng : loại pittong, loại túi khí, loại có màng di chuyển lên xuống và loại bình tích không cần tách dầu-khí. Loại cuối cùng hoạt động trong điều kiện hạn chế là dầu không được phép có hoàn toàn. Bình tích tích khí bao gồm một thùng thép có 2 buồng : 1 chứa dầu và 1 chứa khí nitơ. Buồng chứa khí bắt buộc được sạc khí nitơ nén thông qua van kiểm tra sạc. Quá trình sạc được thực hiện trong trong khi bình tích hoàn toàn không chứa dầu. Trong quá trình hoạt động, dầu được bơm vào khoang dầu, khi áp suất dầu lớn hơn áp suất khí nạp, dầu đi vào bình tích, giảm lượng khí và tăng áp suất của nó lên. Trạng thái cân bằng là khi áp suất dầu bằng với áp suất khí. Dầu được giữ ở áp suất cao dưới tác dụng của khí nén. Phương trình sau mô tả quá trình nén khí:
trong đó : P0 : áp suất tích của bình tích, áp suất khí, Pa(abs) P1 : áp suất nhỏ nhất của hệ thống, Pa(abs) P2 : áp suất lớn nhất của hệ thống, Pa(abs) V0 : thể tích của bình tích, thể tích khí khi được sạc ở áp suất P0, m3 V1 : thể tích khí ở áp suất P1, m3 196
V2 : thể tích khí ở áp suất P2, m3 Tùy thuộc vào loại của quá trình nén, giá trị của số mũ n thay đổi trong khoảng 11,4. Đối với quá trình đẳng nhiệt n = 1; quá trình đa hướng 1
Đối với quá trình đẳng nhiệt, công thức tương đương là:
3. Explain the construction and operation of the piston type accumulators. (See Fig. 6.2.) Trình bày cấu tại và nguyên lý hoạt động của bình tích áp dạng piston hình 6.2 Trả lời:
197
Cấu tạo: Một piston được đặt giửa một xylanh ngăn cách giửa buồng chứa dầu và buồng khí, ngoài ra còn có cửa vào của dầu và van điều chỉnh khí ga, loại bình tích áp này có khả năng nén cao: P2/P0. Ngoài ra dầu có thể dich chuyển trong quá trình hoạt động ít bị tổn thất. Bình tích áp dạng piston có một số nhược điểm sau: - Khối lượng piston và bề mặt tiếp xúc làm giảm khả năng đáp ứng của bình tích áp - Khe hở bề mặt piston và xylanh làm rò ri khí Vì vậy loại bình tích áp cần bảo trì nhiều hơn các loại khác. Nguyên lý hoạt động: Khi dầu được đưa vào bình tích áp, thì dầu sẽ đẩy piston tiến qua phải, làm nén khí trong buồng khí, sẽ tại ra một áp suất nhất định và sẽ giữa lại áp suât đó, khi áp suất đầu vào sụt thì lượng khí từ từ dãn ra làm ổn đinh áp suất. 4. Explain the construction and operation of bladder-type accumulators. (See Figs. 6.3 through 6.5.)
Giải thích cấu tạo và hoạt động của bình tích loại túi (hình 6.3 đến 6.5).
Trả lời: 198
Trong loại bình tích này thì 1 túi được sử dụng để tách biệt sự co giãn của thể tích khí và dầu.Túi được gắn chặt trong một thùng thép bằng van sạc khí lưu hóa. Nó có thể được gỡ bỏ và thay thế thông qua một lỗ hỏng trên bình thép – nơi lắp đặt van dầu. Ban đầu, túi khí được sạc khi cổng dầu không chứa dầu. Túi khí được kéo dài cho đến khi chạm vào thành bình.Vật liệu làm túi khí chịu được áp lực cao, nhưng khả năng chịu ứng suất cắt và độ bền kéo rất thấp. Do đó, túi khí được bảo vệ chống bị đùn thông qua van kết nối cổng dầu bằng một trong hai cách : Đóng các cổng dầu bằng một tấm thép hình bán cầu với một số lượng lớn các lỗ đường kính nhỏ cho phép dầu chảy qua tự do. Đường kính lỗ là đủ nhỏ để các ứng suất cắt của dầu tác dụng lên thành túi khí nhỏ hơn giá trị cho phép (hình 6.3). Sử dụng van bảo vệ hình nấm, van này như là chỗ tựa phía dưới cho túi khí khi túi khí được sạc đầy (hình 6.4 và 6.5). Khi dầu bơm vào bình tích có áp suất lớn hơn áp suất khí trong túi thì dầu sẽ nén khí làm giảm thể tích của túi khí. Độ kín của túi khí là hoàn hỏa miễn là túi khí không bị hư hỏng. 5. Explain the construction and operation of the diaphragm type accumulators (as shown in Figs. 6.6 and 6.7.) Giải thích cấu tạo và hoạt động của bình tích áp loại màng. Trả lời: Màng được kẹp giữa thành trong bình chứa, chức năng như một lớp ngăng giữa chất lỏng và khí trong bình. Màng có thể được hàn (không thay thế được) hay siết bằng ốc (thay thế được). Cấu tạo điển hình của loại tích áp màng như hình vẽ.
199
Các giai đoạn hoạt động của màng được giải thích dưới hình vẽ sau. Lưu lượng và màng không nên quá 40l/min để tránh gây hại cho màng:
200
6. Discuss in detail the applications of the hydraulic accumulators as energy storage elements. Draw a hydraulic circuit for this application. Thảo luận chi tiết các ứng dụng của năng lượng tích trong bình tích áp, vẽ mạch thủy lực thể hiện ứng dụng . Trả lời: Trong các hệ thống truyền động thủy lực đôi khi dầu cần được lưu trữ dưới dạng nén để cung cấp cho các cơ cấu chấp hành. Không giống như khí, lưu chất không thể nén được để tự tạo áp suất. Thông thường, dầu sử dụng trong các hệ thống thủy lực có môđun đàn hồi từ 1-2 GPa, như vậy, khả năng tích năng lượng của dầu rất kém. Hầu hết các bình tích áp được sử dụng để giải quyết các vấn đề sau: 1. Hỗ trợ vào lưu lượng của bơm để cung cấp cho hệ thống. 2. Duy trì áp suất cho xy lanh trong lúc bơm xả tải hoặc ngừng họat động. 3. Cung cấp năng lượng dự phòng khi hệ thống bị hư hỏng. 4. Giảm sốc và giảm rung động. Mạch ứng dụng:
201
Hệ thống dùng bình tích áp để bổ sung lưu lượng cho bơm.. Vì áp suất làm việc tối thiểu là 140 bar nên dầu phải được nén vào bình tích áp có áp suất cao hơn, vì vậy van giới hạn áp suất cài ở giá trị là 200 bar. 7. Derive an expression for the total energy stored in a hydraulic accumulator, assuming isothermal gas compression. Find the condition for the maximum energy stored. Lấy một biểu thức tổng năng lượng được lưu trữ trong một bình tích thủy lực, giả thiết nén khí đẳng nhiệt. Tìm điều kiện để tối đa năng lượng được lưu trữ. Trả lời: Nén khí đẳng nhiệt ta có phương trình sau: PV = P0V0 = P2V2 PdV + VdP = 0
Để năng lượng tối đa: Để năng lượng tối đa:
Do đó ta có : Emax = P2V0/e 8. Derive an expression for the total energy stored in a hydraulic accumulator, assuming polytropic compression of gas. Find the condition for the maximum energy stored. Đưa ra công thức năng lượng được chứa trong bình tích áp (giả sử quá trình là nén đa biến). Tìm điều kiện để năng lượng này đạt giá trị lớn nhất.
Trả lời: 202
Năng lượng được chứa của quá trình nén đa biến:
Năng lượng này đạt giá trị lớn nhất khi:
9. Derive an expression for the useful energy stored in a hydraulic accumulator, assuming the isothermal compression of gas. Find the condition for the maximum energy stored. Lấy một vi dụ về sự hữu ích của năng lượng lưu trữ trong bình tích áp. Giả giử giá trình là đẳng nhiệt, hay nêu điều khiện để năng lượng lưu trữ lớn nhất.
Trả lời:
Các hệ thống thủy lực thường không làm việc được nếu bơm không họat động. Một vài trường hợp trong công nghiệp máy phải thực hiện hết chu trình để đảm bảo an toàn 203
ngay cả khi bơm bị hư hỏng. Trong trường hợp này bình tích áp được dùng để lưu trữ một năng lượng đủ để cung cấp cho xy lanh làm việc đến vị trí an toàn khi bơm đã bị hư hỏng. Khi nguồn hệ thống bị hỏng, bơm ngưng họat động, các cuộn dây Y1 và Y2 cũng ngưng được cấp nguồn. Bình tích áp bơm dầu trực tiếp đến xy lanh để thực hiện việc đóng cửa. Nếu quá trình nén khí là đẳng nhiệt thì n = 1: Ta có:
Áp suất nạp P0 phải nhỏ hơn áp suất làm việc nhỏ nhất P1 để đảm bảo bình tích áp vận hành đúng chức năng của nó. Nếu điều này không được thỏa mãn, khi áp suất làm việc trở nên nhỏ hơn P0, khí sẽ giãn nở và làm đầy không gian bên trong túi khí và bình tích áp sẽ ngừng hoạt động. Vì vậy, áp suất nạp cho bình tích áp được chọn trong khoảng P0 = (0.7 đến 0.9) P1. 10. Derive an expression for the useful energy stored in a hydraulic accumulator, assuming polytropic compression of gas. Find the condition for the maximum energy stored. Lấy một biểu thức tổng năng lượng được lưu trữ trong một bình tích thủy lực, giả thiết quá trình đa hướng. Tìm điều kiện để tối đa năng lượng được lưu trữ. Trả lời: Quá trình đa hướng ta có phương trình:
204
Từ phương trình trên ta thấy năng lượng bị ảnh hưởng bởi áp suất nạp P0. Năng lượng bằng không khi P0 = 0 hoặc P0 = P2. Giá trị của áp suất sạc cho năng lượng lớn nhất được tích trữ như sau: dE/dP0 = 0 hay P0/P2 = 11. Discuss in detail the application of a hydraulic accumulator for damping pressure oscillation at the delivery line of displacement pumps. Đưa ra công thức năng lượng hữu ích được chứa trong bình tích áp (giả sử quá trình là nén đa biến). Tìm điều kiện để năng lượng này đạt giá trị lớn nhất. Trả lời: Năng lượng hữu ích được chứa của quá trình nén đa biến:
Năng lượng này đạt giá trị lớn nhất khi:
12. Discuss in detail the application of a hydraulic accumulator for protection against hydraulic shocks. Thảo luận chi tiết về ứng dụng bình tích áp trong việc bảo vệ chống sốc trong thủy lực. Trả lời: Bình tích áp có tác dụng cung cấp phần lưu lựợng, trả về, tạo ra lực đỡ, có tác dụng giảm chấn, ít va đập, thiết bị làm việc với tuổi thọ lâu và bền hơn. 13. Discuss in detail the application of hydraulic accumulators in protecting against thermal expansion. Thảo luận chi tiết việc áp dụng các bình tích thủy lực trong việc bảo vệ chống lại sự giãn nở nhiệt. Trả lời: 205
Trong quá trình hoạt động bình thường của một hệ thống thủy lực, một số thiết bị truyền động bị chặn bởi các thiết bị thủy lực hoặc bộ phận công tác. Khi khóa vị trí bằng thủy lực thì một lượng dầu sẽ bị kẹt lại trong ống dẫn hoặc xylanh. Nếu lượng dầu này tăng nhiệt độ đáng kể thì áp suất dầu cũng sẽ tăng lên, bỏ qua sự giãn nở vì nhiệt của ống dẫn và xylanh, ta có mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất dầu trong ống là : ΔP = αBΔT. trong đó: α : hệ số giãn nở vì nhit của dầu, K-1 B: số lượng modun dầu, Pa ∆T : nhiệt độ tăng thêm, K ∆P : kết quả áp suất tăng, Pa Hệ thống có thể được bảo vệ khỏi sự gia tăng áp suất này bằng cách sử dụng một van xả hoặc bình tích thủy lực. Xét một mặt cắt ngang có diện tích A chịu sự tác động của nhiệt độ tăng lên ∆T , thể tích tăng lên là Va = ALα∆T, thể tích này cũng là thể tích yêu cầu bình tích thủy lực bù cho thể tích tăng lên do nhiệt. 14. Discuss in detail the application of a hydraulic accumulator for internal leakage compensation and the application of constant pressure. Trình bày về ứng dụng của bình tích áp trong việc bù dầu rò và hoạt động đẳng áp. Trả lời: Bình tích áp có thể dùng để duy trì một áp suất hằng số trong mạch thủy lực, bù lại lượng lưu chất bị rò rỉ khi hoạt động, ví dụ ở pit-tông. Ứng dụng này có thể đem lại lợi ích về việc giảm thiểu công tác bảo trì cho hệ thống.
206
15. Discuss in detail the application of a hydraulic accumulator as a hydraulic spring. Thảo luận chi tiết về ứng dụng bình tích áp trong trong loxo thủy lực Trả lời: Bình tích áp thủy lực có thể dùng để treo các hệ thống trong lĩnh vực ô tô, để thay thế cho các loxo thông thường.
Bình tích áp có tác dụng giống như môt loxo, tích năng lượng vả xả năng khi cần thiết. 207
16. A hydraulic accumulator is installed to protect a hydraulic line against an excessive rise in pressure due to thermal expansion. Derive an expression for the proper size of this accumulator if the permissible pressure increment is ΔP for a temperature increase of ΔT. Một bình tích thủy lực được lắp đặt trong hệ thống thủy lực để chống lại sự gia tăng áp suất do tăng nhiệt độ. Lấy một biểu thức tính kích thước của bình tích này nếu áp lực tăng ∆P khi nhiệt độ tăng lên là ∆T. Trả lời: Giả sử quá trình là đa hướng. Theo câu 13 ta có thể tích tăng lên là Va = ALα∆T, thể tích cần thiết của bình tích là:
Khi có xét đến sự giãn nở vì nhệt của ống dẫn:
với αp là hệ số giãn nở vì nhiệt của ống dẫn (K-1). 17. Calculate the size of a hydraulic accumulator necessary to deliver five liters of oil between pressures of 200 and 100 bar if the charging pressure is 90 bar (gauge pressure), assuming an adiabatic compression process. Tính toán kích cỡ của một bình tích áp thủy lực được yêu cầu phải cung cấp 5 lít dầu ở áp suất giữa 200 và 100 bar nếu áp suất nạp là 90 bar (áp suất dư). Biết quá trình là đoạn nhiệt. Trả lời: Thể tích của bình cần phải dùng là:
208
18. A hydraulic system operates in a regular operating cycle of 50 s duration. The flow demand during the operating cycle is shown in the figure that follows. The maximum pump delivery pressure during the operating cycle is 160 bar, and the flow rates are set by a flow control arrangement. The system has a fixed displacement pump. Determine the required pump flow rate in the following cases: a) When using the pump only for hydraulic power supply. b) If a hydraulic accumulator is used to compensate for the short duration flow demands. Calculate the suitable size of the accumulator if the maximum allowable pressure is 240 bar.
Một hệ thống thủy lực hoạt động trong một chu kỳ là 50s. lưu lượng yêu cầu trong quá trình hoạt động được thể hiện trong hình. Áp suất lớn nhất bơm cung cấp trong chu kỳ là 160bar, và lưu lượng được cài đặt bởi một hệ thống điều khiển, hệ thống được cung cấp bởi một bơm cố định lưu lượng riêng. Xác đinh lưu lượng bơm cần thiết trong các trường hợp sau a. Khi chỉ dùng bơm b. Dùng bình tích áp bù lưu lượng trong thời gian ngắn. tính kích thước lớn nhất của bình tích áp biết áp suất lớn nhất là 204bar
209
Trả lời: a) Lưu lượng lớn nhất là 0,4 (l/s). Vậy lưu lượng cần của bơm cũng là 0,4 (l/s) b) Tổng thể tích dầu cần thiết trong một chu kì: Lưu lượng cần thiết của bơm: Ta có bảng sau: Thể tích bơm vào bình tích (l) 0–5 -0,2 5 – 10 0,8 10 – 20 -2,4 20 – 35 2,4 35 – 45 -1,4 45 – 50 0,8 Thể tích hữu dụng của bình tích là: Khoảng thời gian (s)
∑ V0 (l) -0,2 0,6 -1,8 0,6 -0,8 0
Kích thước bình tích (giả sử quá trình đoạn nhiệt):
19. Discuss briefly the function of hydraulic filters.
Tóm tắt chức năng của các bộ lọc thủy lực. 210
Trả lời: Bộ lọc thủy lực dùng để hạn chế sự nhiễm bẩn của dầu thủy lực. Chúng được đặt trên đường bơm hút, đường phân phối dầu hoặc là đường quay về hệ thống. Các bộ lọc dầu có tác dụng chủ yếu là kiểm soát sự phân bố kích thước của tạp chất trong dầu thủy lực, giảm sự hao mòn và ngăn chặn sự tắc nghẽn trong đường ống bởi các chất gây ô nhiễm.
20. Explain the construction and operation of the pressure switches illustrated in Fig. 6.27. Giải thích cấu trúc và hoạt động của công tắc thủy lực trên hình 6.27.
Trả lời: Đây là công tắc thủy lực loại pit-tông, có thể là thường đóng hay thường mở. Trong hình 6.27a công tắc có cấu tạo bao gồm vỏ (1), công tắc micro (2), cơ cấu điều chỉnh (3), đầu giác mút (4), pit-tông (5) và lò xo (6).Khi mà áp lực vượt quá lực lò xo, giác mút dịch chuyển và kích hoạt vào công tắc micro. Cơ cấu (7) giúp tránh công tắc này đi quá giới hạn.
211
Ở hình 6.27b, công tắc bao gồm vỏ (1), pit-tông (2), lò xo (3), cơ cấu điều chỉnh (4), công tắc micro (5). Ban đầu công tắc này tiếp xúc với áp suất thấp. Áp lực tác động vào pittông qua một van tiết lưu (7). Pit-tông tác dụng ngược với lò xo. Đĩa (6) chuyển đối dịch chuyển của pit-tông và giải phóng công tắc khi áp suất đạt giá trị nhất định. Chương 7_ Mục 7.5: F.7.1. Hãy tóm tắt chức năng, cấu tạo, và vận hành của xilanh thủy lực? Trả lời: Chức năng: Xilanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng. Cấu tạo:
Hình 1. Cấu tạo của xilanh tác động kép có cần pittông một phía 1.Thân; 2.Mặt bích hông; 3.Mặt bích hông; 4.Cần pittông; 5.Pittông; 6.Ổ trượt; 7.Vòng chắn dầu; 8.Vòng đệm; 9.Tấm nối; 10.Vòng chắn hình; 11.Vòng chắn pittông; 12.Ống gối; 13.Tấm dẫn hướng; 14.Vòng chắn hình; 15.Đai ốc; 16.Vít vặn; 17.Ống nối. Hình trên là ví dụ xilanh tác dụng kép có cần pittông một phía. Xilanh có các bộ phận chính là thân (gọi là xilanh), pittông, cần pittông và một số vòng làm kín. Vận hành: + Xilanh tác dụng đơn: Chất lỏng làm việc chỉ tác động một phía của pittong và tạo nên chuyển động một chiều. Chiều chuyển động ngược lại được thực hiện nhờ lò Hình 2. Xylanh tác dụng đơn ( chiều ngược lại bằng lò xo) và ký hiệu
212
+ Xilanh tác dụng kép: Chất lỏng làm việc tác động vào hai phía của pittong và tạo nên chuyển động hai chiều.
F.7.2 Thảo luận về các khác biệt các loại xy lanh. Trả lời: 1. Xylanh tác động đơn: Xylanh tác động đơn là xylanh chỉ được cấp dầu một chiều, chiều còn lại do tác dụng của loxo hay trải trọng. Kết cấu xylanh tác động đơn bao gồm: piston, xy lanh, cần piston, bộ phận dẫn hướng, loxo phản hồi.
213
214
- Xylanh tác dộng kép là loại xylanh được cung cấp dầu theo cả hai hướng tiến và lùi. Kết cấu xylanh bao gồm piston, cần piston, xylanh, đế trước, đế sau 3. Một số loại xy lanh khác: - Xy kanh màng: là loại xylanh tác động đơn có đặc điểm piston được thay thế bởi một màng bằng kim loại đàn hồi hay tấm kim loại mỏng, loại xylanh nà y đơn giản, hành trình làm việc ngắn dùng làm cơ cấu kẹp.
215
Xylanh hai tầng: Là loại xylanh tác động đơn có đặc điểm nhiều ống tuýp có đường kính khác nhay lồng vào nhau nhằ m nâng cao hành trình làm việc và gọn hơn khi nghỉ
F.7.3. Giải thích việc tính toán độ cong trong xilanh thủy lực? Trả lời: - Tải trọng tối đa tác động truc xi lanh thủy lực không được vượt quá giới hạn cong của trục. Cần phải tính toán để trục không bị cong. Tải trọng tối đa được tính như sau:
-
Chiều
dài
ngàm
tự
do,
LK
tra
theo
bảng
:
216
F.7.4. Thảo luận về các cấu tạo khác nhau của xi lanh thủy lực, cho các chương trình cần thiết. Trả lời: - Các xi lanh thủy lực được phân thành các loại sau đây: tác động đơn, tác động kép, song song, ba vị trí và ống lồng. Xylanh tác động đơn: được điều khiển bằng thủy lực theo một hướng, hướng còn lại được điều khiển bởi lực bên ngoài hoặc một lò xo được lắp bên trong.
Xylanh tác động kép: được điều khiển bằng thủy lực theo cả 2 hướng của chuyển động
217
Xylanh song song: Cho áp lực gấp đôi so với xy lanh có cùng đường kính pittông
Xylanh ba vị trí: một số bộ phận vận hành có 3 trạng thái hoạt động. Trong trường hợp này, xylanh tác dụng kép bình thường không yêu cầu chức năng kiể m soát. Xylanh có 2 pittong và cần pittong riêng biệt. Ba vị trí thu được bằng cách điều áp buồng xylanh.
218
Xylanh với các yếu tố khoá cơ khí: các vị trí khóa của xylanh thủy lực có thể được thực hiện bằng thủy lực hoặc cơ khí. Đối với các vị trí khóa thủy lực thì các van kiểm tra đơn hoặc đôi được sử dụng. Yếu tố khóa cơ khí giữ pittong xylanh ở vị trí yêu cầu của bất kì khối lượng tải nào. Đôi khi, cả khóa thủy lực và cơ khí được sử dụng. Khóa cơ khí được lắp đặt tại m ột trong hai hoặc cả hai bên của xylanh Xylanh ống lồng được sử dụng trong thiết bị công nghiệp và thiết bị di động của hệ thống thủy lực. Xylanh ống lồng cho một chu kỳ làm việc dài với không gian lắp đặt tương đối nhỏ.
219
F.7.5 Trình bày cách tính toán hành trình xilanh? Trả lời: - Độ dài tối thiểu của xi lanh thủy lực hình 7.9 bao gồm các khoảng sau đây:
-
L = L4 + độ dài điều chỉnh + khoảng cách cố định L = 2L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 +L8
-
Chiều dài giữa các trung tâm bu - lông có thể giảm nếu các xi lanh gắn liền với ngỗng trục.
F.7.6 Trình bày các phương pháp cố định xy lanh. Trả lời: - Cố định bằng tai hay móc chữ U Có thể kết hợp ổ trượt hay ổ bi ở tai đầu xy lanh.
220
-
Cố định bằng ngõng trục: Phương pháp này cho phép xy lanh quanh quanh trục.
-
Cố định bằng mép: Dùng để cố định xy lanh theo phương thẳng đứng.
221
-
Cố định bằng chân xy lanh: Sử dụng các ốc để cố định, chống lại lực cắt.
F.7.7 Giải thích ngắn gọn cấu trúc và vận hành của bộ truyền quay? Trả lời: - Bộ truyền thanh răng-bánh răng: Trong thiết kế này, phần trung tâm của các piston được hình thành vào một thanh răng. Chuyển động thẳng của piston được chuyển thành chuyển động quay của bánh răng. Xoay góc lên đến 360° và lớn hơn tùy thuộc vào tỷ lệ chiều dài pistong và xilanh (xem hình. 7.24).
-
Bộ truyền quay nhờ 2 pittong song song: Hai pittong di chuyển song song với nhau, tạo nên sự chênh áp. Áp lực này làm di chuyển trục pittong và truyền momen ra ngoài. Loài này chỉ quay được một góc nhỏ hơn 100o
222
F.7.8
Thảo luận ngắn ngọn chưc năng của động cơ thủy lực, và đưa ra biểu thức tính theo lý thuyết và thực tế. Trả lời: - Động cơ thủy lực có chức năng biến đổi chuyển năng lượng thủy lực thành cơ năng dưới dạng quay - Động cơ thủy lực có công suất lớn, ổn định, được dùng nhiều ở các thiết bị có công suất lớn Lưu lượng cung cấp theo lý thuyết: nmDm - Moment tạo ra bởi động cơ theo lý thuyết: - Công suất theo lý thuyết của động cơ QmPm - Nhưng thực tế thì hiệu suất cơ và hiệu suất thể tích không bằng 1 nên ta có các công thức tính thực tế phải thêm hiệu suất thể tích và hiệu suất cơ -
Lưu lượng thưc tế
Trong đó nv là hiệu suất thể tích của động cơ
F.7.9
223
Giải thích cấu tạo và vận hành của moto thủy lực dạng trục khuỷu? Trả lời: - Các động cơ thủy lực truyền áp lực đầu vào tạo một mô-men xoắn tương đương. Tốc độ dầu chảy đầu vào xác định tốc độ động cơ. Hình 7.27 cho thấy một trục khuỷu động cơ piston. Áp lực dầu chảy thông qua một trong các lỗ trên tấm cổng (A) với các lỗ khoan hình trụ (B). Các piston liên kết với các cổng đầu vào tạo áp lực. Các áp lực tác động lên piston được truyền tại các m ặt bích ổ đĩa, được gắn với các ổ trục (C). Các ổ trục này sẽ truyền một mô-men xoắn làm động cơ hoạt động.
224
F.7.10 Giải thích việc cấu tạo và hoạt động của các môtơ thủy lực đĩa swash.
Trả lời: - Chất lỏng được đưa từ các hệ thống thủy lực với động cơ thủy lực. Áp lực và đường quay về được kết nối với hai cổng hình thận trên tấ m cổng cố định (C). Trong trường hợp của động cơ chín pittong , bốn hoặc năm xylanh được kết nối với cửa kiểm soát hình thận ở phía bên áp lực - Các xylanh còn lại được kết nối với đường trở lại thông qua cửa mở khác. Tấm swash (E) không quay. Bằng cách điều áp piston (A), dầu đi xuống tấm swash và xoay khối xylanh (B). Các khối xylanh và pittong luân phiên làm quay ổ trục ( F). Các lực áp suất tạo ra mô-ment xoắn ở khối xylanh tại trục động cơ. Tốc độ dòng chảy cấp vào động cơ xác định tốc độ đầu ra của trục. Áp lực do pittong tạo ra tác dụng lên đĩa quay tại vị trí (D) . Các miếng đệm piston có vòng bi thủy tĩnh làm giảm ma sát và mài mòn tăng tuổi thọ của động cơ.Pittong được cung cấp lưu chất từ các máy bơm và do đó đẩy chống lại bề mặt dốc. Pittong trượt xuống dốc bề mặt, và do đó đẩy các khối xylanh và ổ trục cùng với
225
F.7.11 Giải thích cấu trúc và vận hành của moto cánh gạt (Hình 7.29) Trả lời:
- Việc chế tạo các motor cánh gạt tương tự như các bơm cánh gạt. Cấu tạo điển hình của một động cơ cánh gạt được thể hiện trong hình 7.29. Mô-men xoắn tạo ra từ tác động của áp suất cao của dầu ở đầu vào trên cánh quạt. Do đó các cánh quạt được nhờ vào momen này và truyền mô-men xoắn với tải trọng bên ngoài. Các cánh gạt ra ngoài bởi lò xo vì thế chúng tiếp xúc với trục cam ở điểm bắt đầ u vận hành. Trong suốt quá trình động cơ vận hành, tất cả áp lực hỗ trợ lực lò xo đảm bảo độ kín yêu cầu. F.7.12 Một hệ thống nâng tải thủy lực có các thông số sau (hình vẽ): Bơm: bơm pit-tông hướng trục, đường kính pit-tông d=8mm, đường kính bước 3cm, góc nghiên đĩa ban đầu 20o, hiệu suất cơ 0,9, hiệu suất chung 0,81, số lượng pit-tông là 7, tốc độ quay của bơm 3000rpm. Van an toàn: giá trị đặt ban đầu là 10MPa. Xy lanh thủy lực: xy lanh lý tưởng, tải là hằng số 60kN, đường kính pit-tông và cán trục là 10cm và 7cm. Van một chiều: không gây mất mát áp suất Van tiết lưu: cạnh bén với diện tích mặt cắt 3cm2. Dầu thủy lực: khối lượng riêng 850kg/m3. a) Giải thích tính năng của hệ thống. b) Tính vận tốc pit-tông và công suất bơm hoạt động tại mỗi vị trí của van phân phối. Bỏ qua thất thoát trên đường ống và van phân phối.
226
Trả lời: a) Hệ thống dùng để nâng tải bằng một xy – lanh thuỷ lực. Khi hạ tải thì tốc độ được điều phối qua quan tiết lưu nhằm giảm tốc độ, trành hư hại. Hai chế độ được chuyển đổi thông qua van phân phối. b) Lưu lượng riêng của bơm
Lưu lượng thực qua bơm:
Trường hợp nâng tải: Vận tốc piston:
m/min
Áp suất phía mặt xy – lanh:
Công suất cung cấp cho bơm: Trường hợp hạ tải: 227
Áp suất phía mặt vành khuyên: P1 = 10 MPa = 100 bar Phương trình cân bằng lực: P1(A – a ) + F = P2.A Suy ra: P2 = 127 bar Lưu lượng qua van tiết lưu:
Vận tốc xy – lanh đi xuống:
Suy ra lưu lượng đến mặt xy – lanh: Q = v.(A – a) = 9,69 l/p Công suất cung cấp cho bơm:
228
Chương 8_Mục 8.6: 1. Draw the functional scheme of a hydraulic servo actuator and explain its function.
Trả lời: Khi dịch các ống (2)sang bên phải một khoảng z (xem hình. 8,1), ống van kết nối các đường dây cao áp (P) với piston buồng trái (B). Dầu Chảy từ đường dây cao áp tới buồng này, tăng áp lực PB. Các buồng piston bên phải (A) được kết nối đồng thời với các dòng ngược (T). Áp lực, P A , Giảm sự chênh lệch áp suất (PB-PA) điều khiển piston (6) ở bên phải. Sự khác biệt áp suất trong khoang piston tạo ra một lực lượng bằng với lực tải. Các dòng chảy đến buồng xy lanh và piston được dừng lại. 2. Draw a scheme of an HSA with mechanical feedback, explain its function, and derive a mathematical model describing its dynamic behavior. Vẽ một sơ đồ của một HSA với thông tin phản hồi cơ học, giải thích chức năng của nó. Trả lời: 229
HAS có thể được mô tả bởi một hàm truyền chỉ khi mô hình toán học của nó là tuyến tính, với điều kiện ban đầu là không . Vì vậy, cần thiết để thực hiện một quá trình tuyến tính giả định đơn giản hóa sau các giả định và xem xét rằng các HSA được kích thích bởi nhiễu loạn nhỏ: 1. Các DCV được kết nối đối xứng. 2. Spool của DCV là lý tưởng. 3. Sự rò rỉ ống van là không đáng kể và lưu tốc đầu vào và trở lại ở xylanh là bằng nhau. 4. Các áp lực trở lại là: Pt = 0. 5. Các piston ban đầu ở giữa của xylanh.
230
3. Deduce a mathematical model describing the hydraulic servo actuator illustrated by Fig. 8.1, develop a simulation program for this HSA, then, a. Discuss the transient performance of the HSA. b. Discuss the effect of internal leakage on the HSA’s behavior. c. Discuss the effect of the load coefficient on the HSA’s behavior, given the following: ω= 1 mm Cd = 0.611 ρ= 867 kg/m3 Ps = 15 MPa Ap = 20 cm2 m = 6 kg V0 = 120 cm3 Pt = 0 fv = 2000 Ns/m B = 1.5 × 109 Pa Re = 1018 Pa s/m3 Ri = 1012 Pa s/m5 kL = 1.5 × 105 N/m Assume convenient values for any missing data. Kết luận 1 hàm số toán học của bộ dẫn động servo thủy lực minh hoạc như hình 8.1, trình bày hoạt động của nó và sau đó a. Thảo luận đặc tính của HAS. b. Thảo luận ảnh hưởng của rò rỉ bên trong của HAS khi hoạt động. c. Thảo luận ảnh hưởng của hệ số tải khi HAS hoạt động, với các thông số đi kèm. ω= 1 mm Cd = 0.611 ρ= 867 kg/m3 Ps = 15 MPa Ap = 20 cm2 m = 6 kg V0 = 120 cm3 Pt = 0 fv = 2000 Ns/m B = 1.5 × 109 Pa Re = 1018 Pa s/m3 Ri = 1012 Pa s/m5 kL = 1.5 × 105 N/m
Trả lời: a/ Khi di dời lõi (2) sang bên phải bằng một khoảng cách z (xem hình. 8.1), van sẽ kết nối đường dầu vào (P) với buồng piston bên trái (B). Chảy dầu từ P đến buồng này, làm tăng áp suất tại B. Cùng lúc đó buồng piston bên phải (A) được kết nối với dòng trở lại (T). Áp lực tại A giảm và chênh lệch áp suất (PB - PA) hoạt động để giữ piston (6) ở bên 231
phải.V an điều khiển hướng (4) gắn liền với thanh piston và chúng chuyển động cùng nhau. Sự chuyển dời này gây ra làm tiết lưu trong việc mở khoảng cách van lõi, tốc độ dòng chảy đầu vào, và tốc độ piston. Cuối cùng, khi tổng số dịch chuyển piston bằng của lõi, các cổng van lõi gần như khép kín. Sự khác biệt áp suất trong khoang piston tạo ra một lực tương đương với lực tải. Các dòng chất lỏng vào buồng xi lanh ngừng chảy và piston được dừng lại. b/ Tốc độ dòng chảy rò rỉ là tỷ lệ thuận với áp lực, tốc độ dòng chảy rò rỉ được đưa ra bởi công thức sau đây: Qi = (PA - PB)/Ri QeA = PA /Re QeB = PB/Re Trong đó Ap = diện tích piston, m2 Qe = tốc độ dòng chảy rò rỉ bên ngoài, m3/s Qi = tốc độ dòng chảy rò rỉ bên trong, m3/s Re = Chống rò rỉ bên ngoài, Pa.s/m3 Ri = Chống rò rỉ bên trong, Pa.s/m3 V0 = Nửa thể tích các xi lanh, m3
4. Derive the transfer function of the HSA (see Fig. 8.1) and state clearly the simplifying assumptions.
Thảo luận chi tiết các đặc tính dòng chảy của các thiết bị truyền động van điều khiển, lấy được các mối quan hệ cần thiết. Trả lời:
232
Trong 1 trường hợp của HSA, lưu lượng riêng tối đa của ống của DCV, liên quan đến thân van, được giới hạn bởi vị trí cơ học bị giới hạn, thường trong vòng ± 1 mm. Khi lưu lượng riêng lớn hơn là cần thiết,các thanh điều khiển tiếp tục được di dời bằng cách áp dụng các cần lực lượng, cho đến khi piston đạt đến vị trí yêu cầu. Trong giai đoạn này, các van ống mở hoàn toàn, các ống liên tục di dời. Do đó, cần thiết để nghiên cứu hoạt động của hệ thống ở những điều kiện này. 5. Discuss in detail the flow characteristics of the valve-controlled actuators, derive the necessary relations, and draw the needed schemes. Trình bày (vẽ kết cấu , ký hiệu , nguyên lý làm việc , thông số kỹ thuật) về những van sau: 233
a) Điều khiển áp suất gián tiếp b) Cân bằng c) Qua tâm d) Tuần tự e) Điều khiển hướng f) Prefill
Trả Lời : a) Van điều khiển áp suất gián tiếp b) Van cân bằng
234
Khi dòng chảy đi vào T,áp lực nhỏ tác động vào Van 1 chiều làm nó lui về và Dòng dầu được thông qua P lên hệ thống. Khi dòng chảy đi vào P,Van 1 chiều bị đóg kín lại,Áp suất tác động lên diên tích hình vành khăn của con trượt tăng dần đến khi áp lực này lớn hơn giá trị áp lực của lò xo, Con trượt bị đẩy lui về và dầu thông qua T. Sơ đồ áp dụng:
Bơm hoạt động, để nâng tải lên ta tác động vào cuộng B để thay đổi vị trí của van điều khiển hướng mà ta mong muốn. Dầu được bơm lên đến van 1 chiều của Van cân bằng đến tác động vài piston nâng vật lên. Khi vật được nâng lên đến vị trí mong muốn, ta ngừng bơm, lúc này piston bị trọng lực của vật thể tác dụng lên, làm cho nó có xu hướng đi xuống, áp lực dầu buồng dưới của xi lanh tăng lên tác động vào van điều chỉnh 235
áp suất của Van căn bằng. Với việc thực hiện cào đặt giá trị áp suất cho van lớn hơn áp suất mà tải gây ở cửa vào van làm cho van vẫn giữđược trạng thái ngắt dòng ⇒ Tải được giữ ở vị trí mong muốn. Khi muốn hạ tải xuống, ta tác động vào cuộn A để chọn vị trí của can điều khiển hướng, lúc này dầu cấp lên phía trên của piston tác động cùng với trọng lực làm tăng áp suất tác động vào Van điều chỉnh áp suất của Van cân bằng, áp dần tăng lên đến khi vượt quá giới hạn cài đặt ban đầu, tải sẽ đi xuống. c/ Van qua tâm:
Nguyên lý hoạt động: Tượng tự như Van cân nhưng van xuyên tâm có thêm Đường dầu điều khiển X pilot,Khi X pilot có tín hiệu điều khiển thì lập tức Con đội chạy lên đẩy Con trượt chính lui về và dầu được thông. Ta thấy rằng diện tích chịu tác động của áp suất dòng điều khiển của con đột là khác lớn nên chỉ cần một áp khá nhỏ ta đã có thể thực hiện việc thông dòng. 236
Ứng dung của van xuyên tâm:
Trong thực tế Van xuyên tâm được sử dụng với mục đích tương tự van cân bằng. Nhưng đối với Van cân bằng được trình bày phần trên,muốn hạn tải xuống ta cần bơm dầu vào phần trên xylanh để tác động lên phía trên piston,như thế ta cần cấp lên áp suất khá lớn để có thể đưa vật đi xuống.Để giảm bớt áp suất này dẫn đến tiết kiệm năng lượng để chạy bơm. Ta nhờ vào đường điều khiển cảu Van xuyên tâm,chỉ cần cấp vào X pilot này một áp nhỏ là ta đã có thể hạ được tải xuống.
d) Van tuần tự 237
d.1) Van tuần tự thường đóng với van một chiều đảo ngược tách rời Kết cấu:
Kết cấu van tuần tự này gồm 2 phần chính là van giới hạn áp suất và van một chiều tách rời nhau. Các bộ phận của van được kí hiệu trên hình 1.1. Trong đó:drain line là đường dầu rò từ buồng lò xo, spring là lò xo chính của van giới hạ n áp suất, main spool là con trượt chính của van giới hạn, check valve là van một chiều mắc ngược lại, A là núm điều chỉnh lực giữ của lò xo hay cài đặt áp suất qua van.
238
Nguyên lý làm việc: Chất lỏng đi vào cổng IN của van tuần tự (hình 1.1), áp suất chất lỏng gây ra lực tác dụng lên mặt vành khăn a. Khi áp suất tăng dần lên đến mức cài đặt của lò xo (spring) thì lực này sẽ thắng lực giữ của lò xo và chất lỏng đi ra cổng OUT hay đi từ A đến B trên hình 1.2. Áp suất cài đặt có thể thay đổi được nhờ thay đổi núm xoay A ở hình 1.1. Chất lỏng chảy theo chiều ngược lại bằng van một chiều (check valve) ở hình 1.1 và van một chiều này được tách rời với van điều khiển áp suất trên. Và như vây chất lỏng sẽ đi từ B qua A qua van một chiều hình 1.2. Tuy nhiên, van tuần tự này sử dụng van giới hạn áp suất là van trực tiếp nên áp suất làm việc nhỏ, để làm việc ở áp suất lớn hơn người ta sử dụng van tuần tự ‘kickdown’ d.2) Van tuần tự ‘kickdown’
239
Kết cấu van như hình 1.3 trong đó: main jet là đường điều khiển chính, control spring là lò xo điều khiển, kickdown jet là đường thoát áp ra cổng OUT khi main spool mở hoàn toàn, drain là đường dầu rò về bể, main spool là con trượt chính, light spring là lò xo nhẹ và control relief poppet là con trượt điều khiển giới hạn. Hoạt động: Lúc áp suất chưa lớn chất lỏng chảy qua main jet và điền đầ y bên trong van. Áp suất ở 2 bên main spool bằng nhau nên nó được giữ bởi light spring. Khi áp suất tăng lên lớn hơn áp suất cài đặt của main spring thì control relief poppet dịch chuyển về phía bên trái, chất lỏng được thông ra bể qua đường drain. Lúc này, áp suất bên trái main spool giảm xuống trong khi áp suất bên phả i không đổi. Sự chênh áp này thắng lực của light spring làm cho main spool dịch qua phải, thông IN và OUT. Đường kickdown cũng thông ra bể làm giảm áp suất của phái bên trái main spool. Thông số kĩ thuật của van như sau: + Áp suất làm việc lớn nhất (Max Operating Pressure Mpa (PSI)) + Lưu lượng làm việc lớn nhất L/Min (Max. Flow L/min (U.S.GPM)) + Lưu lượng dòng chảy tự do (qua van một chiều) (Free Flow L/min (U.S.GPM)) + Độ rộng của áp suất điều chỉnh (Pres. Adj. Range MPa (PSI)) 240
+ Kích cỡ van (Valve Size) + Chuẩn thiết kế (Design Standard) e) Van điều khiển hướng Kết cấu van
Kết cấu van như hình 3.1, trong đó, các ngõ vào/ra là P,T,A,B; Spring là lò xo cân bằng, Lead wire là đường than dung để cấp điện vào cuộn dây điều khiể n (solenoid), con trượt chính Kí hiệu van :
241
Nguyên lí hoạt động Trên hình 3.1, ở trạng thái bình thường (tức ô trạng thái giữa hình 3.2) ngõ P và T tách rời ngõ A và B bởi kết cấu con trượt chính spool và sự giữ cân bằng của lò xo (spring). Khi cuộn dây solenoid bên phải kích hoạt đẩy con trượt chính chạ y về bên spool chạy về bên trái, tức thì ngõ P thông ngõ A, và ngõ T thông ngõ B (trên hình 3.2 là ô trạng thái trái kích hoạt). Nếu solenoid ngừng kích thì spool lại trở về chính giữa trở lại trạng thái ban đầu. Tương tự khi solenoid bên trái kích, lúc này P thông B và T thông A (ngõ T chung cho c ả 2 trạng thái) (trên hình 3.2 ô trạng thái phải hoạt đông). Thông số kĩ thuật của van - Lưu lượng qua van lớn nhất (Max. FlowL/min (U.S.GPM)) - Áp suất lớn nhất tác dụng lên van (Max. Operating Pressure MPa (PSI)) - Áp suất đường dầu về bể ( đường T) (Max. Tank-Line Back Pressure MPa (PSI)) - Tần số thay đổi trang thái (Max. Changeover Frequency min–1 (Cycles/min)) - Khối lượng (Approx. Mass kg (lbs.)) f) Van prefill Kết cấu van prefill:
242
Kết cấu van trình bày như trong hình 2.1 trong đó 1 là lò xo điều khiển, 2 là con trượt điều khiển, 3 là lò xo chính và 4 là con trượt chính. Kí hiệu van prefill:
Trong kí hiệu trên, P là ngõ vào, T là ngõ ra và X là ngõ điều khiển.
243
Nguyên lý làm việc Trên hình 2.1, ngõ P là ngõ vào của lưu chất, ngõ T là ngõ ra. Ở trạng thái bình thường, ngõ P đóng vì lò xo chính 3 đẩy con trượt chính 4 khóa kín ngõ vào lại. Van này thuộc lại thường đóng. Ngược lại, khi ngõ X có lưu chất gây áp suất, do con trượt điều khiển 2 có tiết diện lớn nên chỉ cần áp suất nhỏ cũng đủ tạo ra lực lớn đẩy con trượt điều khiển 2 chạy xuống chạm con trượt chính 4 và đẩy con trượt chính 4 mở ra, thông ngõ P và ngõ T. Trên hình 2.2, khi có tín hiệu điề u khiển từ ngõ X, thì ngõ P và T thông nhau. Thông số kĩ thuật của van prefill: _ Cỡ (size). _ Lưu lượng qua lớn nhất (Max.flow L/min). _ Áp suất tác dụng lớn nhất (Max.pressure MPa). _ Áp suất điều khiển (Cracking pressure MPa). _ Khối lượng (Weight Kg). 6. Discuss in detail the power characteristics of the valve-controlled actuators, derive the necessary relations, and draw the needed schemes. Thảo luận chi tiết về đặc tính công suất của thiết bị truyền động van điều khiển, rút ra các mối liên hệ cần thiết. Trả lời: Các đặc tính công suất của thiết bị truyền động van điều khiển mô tả quan hệ giữa công suất đầu ra, sự dịch chuyển của ống trượt và áp lực tải. Công suất đầu ra được đưa ra theo công thức:
Công suất đầu ra sẽ không có khi một trong hai yếu tố x hay PL là 0 hay PL = PS. Công suất tối đa tại x = xmax và áp lực tải PL trong khoảng 0 PL PS. Công suất tối đa là:
244
Chương 9_Mục 9.8: 1. Discuss briefly the construction and performance of the electromagnetic torque motors. (See Figs. 9.1, 9.2, and 9.3. Thảo luận ngắn gọn việc xây đụng và hoạt đọng của điện từ động cơ momen xoắn. Trả lời:
245
Đối với động cơ điện từ các nam châm vĩnh cửu được đặt đối xứng với các khe hở trong không khí, khi phần ứng ở vị trí trung lập ,bốn khe hở có kích thước bằng nhau.Do đó các phần cơ khí phân mảnh làm tổng cực trên và dưới bằng nhau.Tạo điều kiện momen xoắn không đổi .Các mo men xoán là quá nhỏ so với chiều dài phần ứng với không khí. Phần ứng được sản xuất từ vật liệu sốt từ nên lảm hiệu quả trễ từ . 2. Explain the function of the single-stage electrohydraulic servovalve. (See Fig. 9.4.) Giải thích chức năng của 1 giai đoạn SERVOVALUE. (hình 9.4)
246
Trả lời Áp lực kiểm soát cửu vào Ps được giảm thông qua lỗ N1 và N2 vòi phun.Sự dịch chuyển của tấm mỏ dịch chuyển sự thây đổi của 2 vòi phun .Các chuyển đọng của mỏ phun phải làm tăng diện tích các vòi phun và bên dưới làm giảm diện tích vòi phun .Sự khác biệt áp suất P2-P1 tỷ lệ thuận với sự dich chuyển của vòi phun. 3. Discuss briefly the construction and performance of the flapper valve hydraulic amplifier. (See Fig. 9.5.) Thảo luận việc xây dựng và thực hiện các mỏ van khuyết đại thủy lực. (hình 9.5)
Trả lời: 247
Hình trên cho thấy sự thây đổi áp suất nhờ đầu vào của van.Những ảnh hưởng của sự trễ từ và bão hòa củng tác động rõ rang .Khi dich chuyển Xf thì gây ra sự thây đổi áp suất, áp suất lớn hơn thì Xf sẽ dịch chuyển về . 4. Explain the function of a two-stage electrohydraulic servovalve with a flapper valve amplifier and mechanical feedback. (See Figs. 9.6, 9.7, and 9.8.) Giả thích chức năng của SERVOVALUE với một mỏ phản hồi cơ khí. (hình 9.6, 9.7 và 9.8)
248
Trả lời:
249
Giai đoạn đầu tiên của SERVOVALUE gồm một đọng cơ momen xoắn và một mỏ phun van đôi. Giai đoạn thứ hai gồm một ống thủy lực điều khiển bởi sự khác biệt về áp lực được điều khiển bởi các mở van. Các thông tin phản hồi giữu hai giai đoạn được thực hiện theo đường dây phản hồi gắn với cái mỏ một đầu và tham gia vào một đưởng rãnh trong ống đối diện với nó. Khi chúng dịch chuyển như vậy thì momen xoắn bằng với momen xoắn trung hòa. Trên thực tế các mỏ di dời ra các vị trí cân bằng của nó. 5. Explain the function of the two-stage electrohydraulic servovalve with a flapper valve amplifier and electrical feedback. (See Fig. 9.9.) Giải thích các chức năng của van hai giai đoạn thủy lực điện với mỏ khuyết đại và phản hồi điện.
Trả lời:
250
Như trên hình ta thấy một hệ thống van thủy lực diện với hai giai đoạn thông tin phản hồi điện nằm ở giai đoạn thứ 2. Các ống 9 cùng với bộ lõi 11 chuyển đổi vị trí nạp 12. Các chổ lõi trong vị trí cuộn dây có đầu dò .Bàng cách so sánh các tính hiệu phản hồi với lệch giá trị tính hiệu bất kì độ lẹch nào củng được phát hiện .Độ lệch được đưa vào hệ thống gia đoạn đầu tiên thong qua hệ thống điều khiển điện tử. Điều này làm cho mỏ 3 dịch chuyển giữa các vòi phun phân lực 6. Điều này sẽ tao ra một sự khác biệt tỷ lệ với các thành phần trong ống 10. Các ống 9 được gắn liền với lỏi 11 sau đó dịch chuyển đến các giá trị thực tế khớp với giá trị lệch .Các giá trị đều khiển lớn nữu lại bằng không. 6. Explain the function of the two-stage electrohydraulic servovalve with a flapper valve amplifier and barometric feedback. (See Fig. 9.10.) Giải thích chức năng của van điện thủy lực 2 cổng với 1 van khuyết đại và áp khí phản hồi. (hình 9.10)
251
Trả lời: Trong van có áp khí phản hồi, trong đó có 1 lò xo.Trạng thái không bị kích thit ,trạng thai cân bằng áp suất giữ ở vị trí giữa .Khi nắp đươc xử lý bỏi một tính hiệu điện tạo sự lệch áp giũa không tỷ lệ thuận với tính hiệu. Các nắp dich chuyển đến khi áp cân bằng. Lò xo có đăc điểm tuyến tính trong phạm vi dich chuyển nhỏ .Vì vạy hành trình của nắp và tốc độ tỷ lên thuận vơi dầu vào. 7. Discuss the static and dynamic behavior of the electrohydraulic servovalves, incorporating different types of feedback systems. (See Figs. 9.11 to 9.18.)
Thảo luận tĩnh học và đông học trạng thái làm việc của servovalve thuỷ lực, liên kết với một số mạch phản hồi ( 9.11 tới 9.18)
252
253
254
255
8. Explain the construction and operation of the electrohydraulic servovalve, incorporating a Jet Pipe amplifier. (See Figs. 9.19, 9.20, and 9.21.) Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van trợ lực kiểu thuỷ lực – điện từ lắp với bộ khuếch đại Jet Pipe (ống phun). (hình 9.19,9.20 và 9.21) Trả lời: Đây là một trong những bộ khuếch đại thuỷ lực khá phổ biến. Van phun có khe hở tương đối lớn, do đó độ nhạy không cao.
Bộ khuếch đại Jet Pipe được quay bởi động cơ dẫn. Dòng có áp cao chảy vào Jet Pipe và tác động vào bộ nhận tín hiệu. Hai lỗ có đường kính nhỏ (Hình 9.20) đặt cạnh nhau ở bộ nhận tín hiệu cùng kết nối với con trượt. Vì Jet Pipe đặt ở giữa hai lỗ này nên sẽ cân bằng áp suất vận hành mỗi bên của con trượt. Khi động cơ dẫn làm cho Jet Pipe xoay quanh trục của nó, thì vòi phun sẽ tác động nhiều hơn đến một lỗ và ít hơn đối với lỗ còn lại. Điều này tạo thành sự chênh áp qua con trượt.
256
Yêu cầu: _ Khoảng trống giữa vòi phun và bộ nhận tín hiệu ít nhất bằng 2 lần đường kính vòi phun. _ Hai lỗ nhận tín hiệu phải gần nhau nhất có thể. _ Nếu đường kính trong của vòi phun là hằng số trên một đơn vị chiều dài bằng giá trị đường kính vòi phun thì khi vòi phun nằm ở giữa, áp suất phải bằng áp suất tải. Bơm trợ lực hai cấp kiểu thuỷ lực – điện từ chuyển đổi tín hiệu điện đầu vào vào con trượt chính xác theo tỷ lệ. Bao gồm 2 giai đoạn: _ Giai đoạn đầu vào van điều khiển, bao gồm cả động cơ dẫn, Jet Pipe và hai lỗ nhận tín hiệu. _ Giai đoạn sau vào con trượt và ống nối. Dòng lưu chất có áp cao được đưa qua bộ lọc đến Jet Pipe sẽ dẫn hướng cho dòng chính xác của lưu chất vào hai lỗ nhận tín hiệu. Mỗi lỗ được kết nối với một bên của con trượt ở giai đoạn sau. Ở vị trí trống, nơi mà không có tín hiệu kết nối vào động cơ dẫn, vòi phun được điều hướng chính xác giữa hai lỗ tín hiệu. Lực cân bằng tạo ra bởi áp suất cân bằng giữ vị trí con trượt ở vị trí giữa. 257
Khi Jet Pipe và phần cứng của động cơ đều quay quanh trục, lưu chất phun ra được điều hướng qua một trong hai lỗ tín hiệu. Áp suất chênh lệch được tạo ra và đi qua con trượt ở hướng đối diện vòi phun. (Hình 9.21)
258
9. Explain the construction and operation of the electrohydraulic servovalve, incorporating a jet defl ector amplifi er. (See Figs. 9.22 and 9.23.) Giải thích việc xây dựng và hoạt động của servo điện thủy lực kết hợp với bộ khuếch đại dùng ống ector. Trả lời: Về nguyên tắc, các bộ khếch đại làm lệch phun hoạt động theo 1 cách tương tự như các bộ khuếch đại dùng ống Jet. Van được trang bị một vòi phun và thu cố định lỗ. các đầu phun chất lỏng bị lệch về 1 phía so với 2 đầu nhận nên làm cho dòng bị lệch hướng và sự lệch hướng được thay bằng 1 động cơ. Chương 10_Mục 10.5: Bài 1: Vẽ sơ đồ của một động cơ hãm điện từ, giải thích cơ cấu của nó và rút ra biểu thức tính toán momen.
259
Động cơ hãm bao gồm một lõi thép, được lắp trên một ống mềm nằm lơ lững trong khoảng trống của vùng từ tính. Hai linh kiện điện cực tạo ra bộ khung xung quanh lõi sắt và dẫnhướng cho dòng từ tính. Nam châm vĩnh cữu cung cấp từ tính cho 4 vùng trống do lõi thép và linh kiện điện cực tạo ra. Khi dòng điện đi vào cuộn dây và lõi thép, từ tính tăng lên ở 2 vùngđối diện (chéo nhau) và giảm đi ở 2 vùng khác. Một momen được sinh ra trên lõi thép bởi sự dịch chuyển góc của nó.Ống mềm hoạt động như một lò xo xoắn, gây ra góc quay tỷ lệ thuận với momen xoắn. Namchâm vĩnh cữu được đặt ở ngoài vùng điện trường nên không bị ản hưởng. Công thức xác định momen xoắn:
Khi
Khi iN
b và xa
x0 . Do đó xa2 và i 2 N 2 không đáng kể so với x02 và b2 . Ta
có công thức sau:
260
Trên thực tế K v .v
ki .i . Do đó T Ki .i
Bài 2: Vẽ sơ đồ double jet flapper valse, giải thích cơ cấu của nó, suy ra công thức toán mô tả đặc trƣng của nó. Khảo sát sự biến đổi của van áp suất với sự dịch chuyển của màn ngăn.
261
Một van double jet flapper bao gồm 2 lỗ cố định và hai khe hở có thể thay đổi được. Tiết diện của khe hở được điều chỉnh bởi sự dịch chuyển của màn ngăn. Van được cài đặt với áp suất vào cao (Ps). Ở trạng thái ổn định cửa C1, C2 bị đóng bởi trục trượt cố định. Khi đó Q1 = Q3 và Q2 = Q4.
Trong đó: A0. Diện tích lỗ m2 ; Cd và CD hệ số lưu lượng df. đường kín khe hở màn ngăn (m) Ps,PT. Áp suất vào và ra (Pa) Ρ: Khối lượng riêng của dầu Xf: Sự dịch chuyển của màn ngăn Xi: Khe hở của màn ngăn Từ những công thức trên ta có công thức tính nondimensional pressure với PT = 0 262
Với xf << x0 nên xf2 không đáng kể so với xi2. Khi đó P được tính như sau
263
Bài 3. Vẽ sơ đồ của một single-stage electrohydraulic servo valse, giải thích cơ cấu, suy ra công thức toán để mô tả trạng thái tĩnh và động của nó.
264
Single-stage electrohydraulic servovalse bao gồm một động cơ hãm điện từ và một van khuếch đại thủy lực có màn chắn.
265
266
Bài 4 Vẽ sơ đồ một two-stage electrohydraulic servovalse; giải thích cấu tạo của nó, suy ra công thức toán mô phỏng trạng thái động và tĩnh.
267
268
Bài 5. Vẽ sơ đồ electrohydraulic servo actuator, giải thích cơ cấu của nó, suy ra mô hình toán học mô tả trạng thái động và tĩnh của nó.
269
Động cơ hãm điện từ chuyển đổi tính hiệu điện vào ở mức độ thấp ( thường khoảng 10mA). Động cơ thường được thiết kế riêng có khả năng thay thế, được chống thấm. Các momen xoắn phụ thuộc vào hiệu suất đầu vào và góc quay của màn chắn. Bỏ qua hiệu ứng trể từ, công thức tính toán momen có thể suy ra: T Ki ie K v
Trong đó: ie: Momen động cơ vào A\ T: Momen của động cơ hãm điện từ N.m - Phương trình chuyển động của linh kiện Chuyển động của phần ứng quay và các yếu tố kèm theo được điều chỉnh theo phương trình:
Trong đó: J . momen của phần ứng Nms2 TL. momen phụ thuộc vào khoảng giới hạn của màn ngoài fv. hệ số tắt dần KT. độ cứng của ống mềm N.m/rad TF. momen trả về N.m TP. momen phụ thuộc vào áp suất N.m - Feedbacks Torque:
270
Trong đó:KS. độ cứng lò xo LS. chiều dài trả về của lò xo và màn chắn x. khoăng trục trượt (m) FS. lực tác động vào lò xo - Lực qua van giới hạn có màn ngăn:
Chương 11_Mục 11.6: 1. Explain the principal of operation of pneumatic power systems. Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén. Trả lời: Hệ thống khí nén là hệ thống năng lượng sử dụng không khí nén làm việc như cho truyền công suất . Nguyên lý vận hành giống như hệ thống thủy lực. Máy nén không khí biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng áp lực của không khí nén. 271
Biển đổi này tạo điều kiện thuận lợi truyền động, cất giữ, và kiểm soát năng lượng. Sau khi nén, không khí nén nên được chuẩn bị để dùng. Chuẩn bị không khí bao gồm lọc, làm lạnh, chia tách nước, sấy, và cộng dầu bôi trơn sương mù. Không khí nén là được tích trữ đưa vào thùng chứa không khí nén và truyền qua đường truyền : ống và ống mềm. Năng lượng khí nén được kiểm soát bằng các van như là áp lực, dòng, và van điều khiển hướng. Sau đó, năng lượng áp lực được chuyển thành cơ năng yêu cầu bằng động cơ và xi lanh khí nén. 2. Derive an expression for the bulk modulus of air at different pressure levels. Dẫn ra biểu thức cho môđun khối của không khí ở các mức áp lực khác nhau. Trả lời: Biểu thức là:
3. Derive an expression for the energy stored in a volume of compressed air. Dẫn ra biểu thức cho năng lượng lưu trữ trong thể tích của khí nén. Trả lời: Biểu thức là:
4. Discuss in detail the effect of air compressibility on the function of pneumatic systems. Trình bày chi tiết về sự ảnh hưởng của tính nén được không khí đến chức năng của hệ thống khí nén. Trả lời: Tính nén được lưu chất là khả năng lưu chất để đổi thể tích của nó vì áp suất khác nhau . Nó được đánh giá bằng môđun khối, B, hoặc hệ số tính nén được, β : ( β = 1 / B ). Môđun khối được định rõ do mối quan hệ sau :
Trong đó : p : áp suất cấp vào . V : thể tích lưu chất. Dấu âm thể hiện thể tích giảm khi áp lực tăng. Khí ga thực sự, định luật đi theo là được công nhận cho quy trình nén đa hướng: 272
Vì thế, môđun khối của không khí nén bằng: B = np Lúc 10 MPa, không khí có môđun khối = 1.4 × 107 Ba, cho n = 1.4. Giá trị này quá nhỏ, so với của chất lỏng của hệ thống thủy lực (Khi sôi = 1 đến 2 GPa). Do đó, không khí, thậm chí khi nén để áp suất cao, có thể nén được hơn rất nhiều so với chất lỏng của hệ thống thủy lực. Tính nén được này cho phép năng lượng để được tích trữ. Nếu xét là Vo thể tích của không khí ở áp suất Po, được phép giãn đến p, biểu thức áp suất thấp cho giải phóng năng lượng trong quy trình mở rộng là suy ra như sau:
Suy ra:
5. Discuss the effect of ambient temperature on the operation of pneumatic power systems using compressed air bottles as an energy source. Trình bày về sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến hoạt động của hệ thống khí nén có sử dụng các lọ khí nén như một nguồn năng lượng. Trả lời: Sự thay đổi áp suất của một khối lượng không khí nén do nhiệt độ biến đổi là quá nhỏ so với các hệ thống thủy lực. trong trường hợp của hệ thống thủy lực, sự thay đổi của áp lực (Δp = p2 - p1) của một lượng chất lỏng bị nén ,module khối B, và giãn nở nhiệt hệ số α, được cho bởi biểu thức sau đây: Trong đó : ∆T : Độ chênh nhiệt độ. 273
P1 : áp suất tại trạng thái 1. P2 : áp suất tại trạng thái 2. 6. Deal with the effect of air density on the operation of pneumatic systems. Khắc phục sự ảnh hưởng của mật độ không khí đến hoạt động của hệ thống khí nén. Trả lời: - Bảo vệ chống sốc thủy lực, do quán tính nhỏ lực lượng và nén cao không khí. - Giảm tổng trọng lượng của hệ thống. - Tốc độ không khí trong đường dây truyền tải là lớn hơn so với chất lỏng cho sự khác biệt áp suất tương tự. Vì vậy, dòng nhỏ đường kính có thể được sử dụng, dẫn đến giảm thêm trọng lượng hệ thống. 7. Deal with the effect of air viscosity on the operation of pneumatic systems. Khắc phục sự ảnh hưởng của độ nhớt không khí đến hoạt động của hệ thống khí nén. Trả lời: Độ nhớt cúa khí nén là rất nhỏ so với độ nhớt của chất lỏng. Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn loại chất lỏng có hệ số nhớt động học dầu = 2. 10-2. Trong điều kiện tương tự, hệ sốnhớt của khí là khí = 2. 10-5, sự ma sát trên đường truyền của khí là rất nhỏ, điều này làm giảm đường kính ống dẫn. một khái cạnh khác, khí có thể rò rỉ nhỏ nhất, nguyên nhân chính là do độ nhớt và mật độ khí nhỏ. Vì vậy, rất khó để rò rỉ trong hệ thống.
274
