Tổng hợp công thức Thủy lực - Khí nén

TỔNG HỢP CÔNG THỨC
KỸ THUẬT THỦY LỰC – KHÍ NÉN Ver.6 – 27/08/2022
Hồng Đức Linh – Chủ biên
Phạm Mạnh Huy, Ngô Huỳnh Anh,
Phạm Thế Hùng, Nguyễn Bảo Quốc Dương, Đỗ Anh Tài, Phan Trung Hiếu
HỆ THỐNG THỦY LỰC CÔNG SUẤT 1. ÁP SUẤT: 𝐹 - 𝑃: áp suất 𝑃𝑎 𝑃 =
- 𝐹: lực tác dụng 𝑁 𝐴
- 𝐴: diện tích bề mặt 𝑚2
1 𝑃𝑎 = 1 𝑁/𝑚2 2. LỰC: - 𝑃 𝐹 1, 𝑃2: 𝑀𝑃𝑎
1 = (𝑃1. 𝐴1 − 𝑃2. 𝐴2) − 𝐹0 (𝑘𝑁) - 𝐴1, 𝐴2: 𝑐𝑚2 3. TỐC ĐỘ: Tốc độ: 𝑄
- 𝑄: lưu lượng (𝐿/𝑚𝑖𝑛) 𝑣 =
- 𝑣: vận tốc xylanh(𝑚𝑚/𝑠) 𝐴
- 𝐴: diện tích bề mặt lực tác dụng(𝑐𝑚2) Thể tích dầu:
- 𝑡: khoảng thời gian xy lanh dịch chuyển 𝑉 = 𝐴. 𝑦
1 khoảng cách I (𝑚𝑖𝑛) Lưu lượng:
- 𝑉: thể tích dầu cần cung cấp cho xylanh 𝐴 𝑉 𝑄 2 2 = 𝑣1. 𝐴2 = . 𝑄1 =
dịch chuyển 1 khoảng cách I (𝐿) 𝐴1 𝑡
4. CÔNG SUẤT (Thủy lực):
𝑁 = 𝐹. 𝑣 = 𝑃. 𝑄 - 𝑁: 𝑊 𝐹. 𝐼 𝑃. 𝑉 - 𝑣: 𝑚/𝑠 = = ∆𝑡 𝑡
- 𝑡: khoảng thời gian xy lanh dịch chuyển quãng đường I 1
5. THẾ NĂNG CỦA PHẦN TẢI ĐƯỢC NÂNG
- 𝐸: thế năng của tải (𝐽) Công:
- 𝐹: lực tác động theo phương thẳng đứng (𝑁)
𝑊 = 𝐹. 𝑦 = 𝑃. 𝑉
- 𝑔: 𝑔ia tốc trọng trường (𝑀/𝑠2)
- 𝑚: khối lượng của tải (𝑘𝑔) - 𝑊: công (𝐽) Thế năng:
- 𝐼: khoảng dịch chuyển (𝑚)
𝐸 = 𝑚. 𝑔. 𝑦 = 𝐹. 𝑦𝐼
- 𝑉: thể tích dầu cần cung cấp cho xylanh
dịch chuyển 1 khoảng cách I (𝐿)
6. ĐỘNG CƠ THỦY LỰC
Dầu với lưu lượng là Q được cấp cho động cơ thủy lực có thể tích riêng là 𝑉𝐷 Thể tích 𝑚
riêng của động cơ thủy lực là thể tích mà làm cho động cơ quay đúng 1 vòng. Lưu lượng:
- Q: lưu lượng lít / phút
𝑄 = 𝑛. 𝑉𝑔 = 𝐴. 𝑣
- 𝑉𝑔: thể tích riêng, lít / vòng ( cho 2 công
Vận tốc quay của động cơ:
thức đầu), 𝑚3/𝑣ò𝑛𝑔 ( cho 3 công thức sau) 𝑄
- ∆𝑃: áp suất 𝑁/𝑚2 𝑛 =
(𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡) 𝑉 -𝜂 𝑔 𝑐 : hiệu suất cơ kh
Công suất cơ khí của động cơ: 2𝜋𝑇𝑄 𝑁 = 2𝜋𝑇𝑛 = 𝑉𝑔 Công suất thủy lực: 𝑁 = ∆𝑃. 𝑄 2𝜋𝑇𝑄 → = ∆𝑃. 𝑄 𝑉𝑔
Momen (xoắn) trục của động cơ thủy lực: ∆𝑃𝑉𝑔 𝑇 = . 𝜂 2𝜋 𝑐 (𝑁𝑚) CHÚ Ý ĐẶC BIỆT
Lưu lượng thực tế của bơm và động cơ bằng nhau
Lưu lượng thực tế của động cơ = Lưu lượng lý thuyết / Hiệu suất ( Thực tế > lý thuyết)
Lưu lượng thực tế của bơm = Lưu lượng lý thuyết . Hiệu suất ( thực tế < lý thuyết) 2 ĐỔI ĐƠN VỊ THỂ TÍCH:
1𝑐𝑐 = 1𝑚𝑙 = 1 𝑐𝑚3
1 𝑚3 = 1000𝑙 = 1000𝑑𝑚3 ÁP SUẤT
𝑃0 = 1𝑎𝑡𝑚 = 1𝑏𝑎𝑟 = 14.5𝑝𝑠𝑖 = 105𝑁/𝑚2
1 𝑃𝑎 = 1 𝑁/𝑚2 = 0.000145𝑝𝑠𝑖 3 CÔNG THỨC XY LANH 1. DIỆN TÍCH XYLANH 𝐹 + 𝐹 𝜋𝐷2
- F: lực tác dụng lên xylanh, N 𝐴 𝑚𝑠 𝑥𝑙 = = (𝑚2) 𝑃 4
- P: áp suất vượt qua tải, 𝑁/𝑚2
- D: đường kính pittong, m Lực ma sát ( nếu có): - v: vận tốc, m/s 𝐹 - f: hệ số ma sát, N.s/m
𝑚𝑠 = 𝑓. 𝑣 = 𝜇𝑚𝑔
-𝜇: hệ số ma sát, không thứ nguyên
2. DIỆN TÍCH VÀNH KHĂN 𝜋
- D: đường kính pittong, m
𝐴𝑣𝑘 = (𝐷2 − 𝑑2) (𝑚2) 4 - d: đường kính ti, m
3. LƯU LƯỢNG CẦN CHO HÀNH TRÌNH (LƯU LƯỢNG THỰC TẾ) Hành trình đi: - 𝐴 𝑄 = 𝐴
𝑥𝑙: diện tích xylanh, 𝑚2
𝑥𝑙 . 𝑣 (𝑚3/𝑝ℎú𝑡)
- 𝐴𝑣𝑘: diện tích vành khăn, 𝑚2 Hành trình về: - v: vận tốc m/ phút
𝑄 = 𝐴𝑣𝑘. 𝑣 (𝑚3/𝑝ℎú𝑡)
Lưu lượng thực thì nhân thêm cho hiệu suất thể tích 𝜂𝑣
4. ÁP SUẤT HÀNH TRÌNH Áp suất lúc đi: - F: lực tác dụng N 𝐹 𝐹 - 𝐴 𝑃
𝑥𝑙: diện tích xylanh, 𝑚2 đ𝑖 = , 𝑃 𝐴 𝑣ề = 𝑥𝑙 𝐴𝑣𝑘
- 𝐴𝑣𝑘: diện tích vành khăn, 𝑚2 5. CÔNG SUẤT
- Q: lưu lượng, lít/ phút 𝑄. 𝑃 𝑇. 𝑛 - P: áp suất, bar N = = (𝑘𝑊) 600 95,5 - T: momen, Nm
- n: tốc độ, vòng/ phút
6. SỐ HÀNH TRÌNH KÉP
- A: diện tích xylanh, 𝑚2 - L: hành trình ,m 𝐴 × 𝐿 = 𝑉 × 𝑆
- V: thể tích bơm cấp trong 1 hành trình, 𝑚3 - S: số hành trình 4
7. ĐƯỜNG KÍNH CẦN (TI) XY LANH THEO TIÊU CHUẨN
- L: Chiều dài hành trình xylanh tương đương (cm). L = 2l (nên đổi sang cm)
- K: Tải với hệ số an toàn K = F.S 4 64. 𝐿2. 𝐾 𝑑 = √ (𝑐𝑚) 𝜋3. 𝐸
- S: Hệ số an toàn (thường là = 3,5) - F: khối lượng (kg) - E = 2.1 × 106 (kg/cm2) 8. ÁP LỰC ĐỘNG - P: áp suất, , 𝑁/𝑚2
𝑇 = 0.9 × 𝑃 × 𝐴 (𝑁) = 0.9 × Áp lực tĩnh
- A: diện tích xylanh, 𝑚2 9. ĐỘNG NĂNG 1 - m: khối lượng, kg
𝐾 = 𝑚𝑣2 = 𝐹𝑠 (𝐽) - v: vận tốc: m/s 2
- s: khoảng dịch chuyển, m
10. THỜI GIAN CHU KỲ - S: chu kỳ, m 𝑆 𝑆𝐴 - v: vận tốc: m/s 𝑇 = = (𝑠) 𝑣 𝑄𝑝
- 𝑄𝑝: lưu lượng thực tế, 𝑚3/𝑠
- 𝐴: diện tích bề mặt tác dụng, 𝑚2 11. VẬN TỐC, LỰC Vận tốc: 𝑣2 = 𝑣20 + 2𝑎𝑠 - a: gia tốc, 𝑚/𝑠2 Lực quán tính: 𝐹
- s: quãng đường dịch chuyển, m 𝑞𝑡 = 𝑚𝑎 (𝑁) - m: khối lượng, kg
Lực tác dụng lên đầu xylanh: 𝐹 = 𝑚𝑔 (𝑁) 5 CÔNG THỨC BƠM
(Thực tế bé hơn lý thuyết. Ngược so với động cơ) Chú ý:
-𝑄𝑡: lưu lượng lý thuyết/ lưu lượng hệ thống nhận được/ lưu lượng cần cung cấp
-𝑄𝑝: lưu lượng thực tế/ lưu lượng máy bơm cung cấp / lưu lượng yêu cầu của hệ thống
1. LƯU LƯỢNG LÝ THUYẾT - 𝑉 𝑄
𝑔: thể tích riêng của bơm, lít / vòng
𝑡 = 𝑉𝑔. 𝑛 (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡)
- n: vận tốc của bơm, vòng / phút
2. LƯU LƯỢNG THỰC TẾ
-𝑄𝑡: lưu lượng lý thuyết, (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡)
𝑄𝑝 = 𝑄𝑡. 𝜂𝑣 = 𝑄𝑡 − 𝑄𝐿(𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡)
- 𝜂𝑣: hiệu suất thể tích
- 𝑄𝐿: lưu lượng rò rỉ
3. HIỆU SUẤT THỂ TÍCH
-𝑄𝑡: lưu lượng lý thuyết 𝑄 -𝑄 𝑝 𝑄
𝑝: lưu lượng thực tế 𝜂 𝐿 𝑣 = = 1 − 𝑃 𝑄 - 𝑄 : lưu lượng rò rỉ 𝑡 𝑄𝑡 𝐿 = 𝑅𝐿
- 𝑅𝐿: lực cản tạo ra bởi khe hở
4. CÔNG SUẤT TIÊU THỤ/ YÊU CẦU
-𝑄𝑝: lưu lượng thực tế, lít/ phút 𝑄𝑝. 𝑃 𝑇. 𝑛 - P: áp suất, bar N = = (𝑘𝑊) 600. 𝜂 9,55.101
- 𝜂: hiệu suất tổng
- n: tốc độ, vòng/ phút
5. MOMEN TẠI TRỤC BƠM 𝑃𝑉
- 𝑉𝑔: thể tích riêng, 𝑚3/𝑣ò𝑛𝑔 𝑔 𝑇 = (𝑁𝑚)
- 𝑃: áp suất làm việc 𝑁/𝑚2 2𝜋𝜂𝑐
-𝜂𝑐: hiệu suất cơ khí
6. LƯU LƯỢNG DẦU RÒ RỈ
𝑄𝑟ò 𝑟ỉ = 𝑄𝑛ℎậ𝑛 × (1 − 𝜂𝑣)
- 𝜂𝑣: hiệu suất thể tích 6
7. HIỆU SUẤT CƠ KHÍ
Công đầu ra sau một vòng quay
- T: momen cấp tại trục của bơm, Nm 𝜂𝑐 =
Công đầu vào sua một vòng quay
- 𝑉𝑔: thể tích riêng của động cơ, 𝑚3/𝑣ò𝑛𝑔 𝑉𝑔𝑃 𝑇𝑝 − 𝑇𝐹
- 𝑃: áp suất làm việc của , 𝑁/𝑚2 = = 2𝜋𝑇 𝑇 - 𝑇 𝑝
𝑝 = mô-men kéo cấp tại trục bơm (Nm)
- 𝑇𝑝 – 𝑇𝐹 = phần mô-men được dùng để tạo áp suất (Nm)
- 𝑇𝐹 = phần mô-men bị mất do ma sát
8. HIỆU SUẤT TỔNG
- T: momen đầu ra của động cơ, Nm
Công suất thủy lực đầu ra - n: vận tốc của động cơ, vòng / phút
𝜂0 = 𝜂𝑣𝜂𝑐𝜂ℎ = Công suất cung cấp
- 𝑃: áp suất làm việc của bơm, 𝑁/𝑚2 𝑄𝑝. 𝑃
-𝑄𝑝: lưu lượng thực tế, (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡) = 2𝜋𝑛𝑇
-𝜂ℎ: hiệu suất thủy lực. Tương đối nhỏ nên có thể bỏ qua
9. HIỆU SUẤT THỦY LỰC 𝑃
- 𝑃𝑐: áp suất sinh ra trong buồng làm việc của 𝜂ℎ = bơm 𝑃𝑐
- 𝑃: áp suất làm việc của bơm , 𝑁/𝑚2
10. CÔNG SUẤT TỎA NHIỆT KHI DẦU CHẢY QUA VAN TRÀN
-𝑄𝑝: lưu lượng thực tế, lít/ phút (𝑄𝑝 − 𝑄𝑡). 𝑃 -𝑄 N = (𝑘𝑊)
𝑡: lưu lượng lý thuyết, lít/ phút 600 - P: áp suất, bar
- 𝜂: hiệu suất tổng
11. HỆ SỐ BULK MODULUS CỦA DẦU ∆𝑃
-∆𝑃: độ thay đổi áp suất 𝐵 = (𝑀𝑃𝑎) ∆𝑉
-∆𝑉: độ thay đổi thể tích ( 𝑉 )
- V: thể tích ban đầu
12. HỆ SỐ GIA TĂNG ÁP SUẤT TRONG ỐNG DẪN
-𝐷𝑖: đường kính trong của ống
-𝐵 (𝑁/𝑚2), 𝜌(𝑘𝑔/𝑚3): modun đàn hồi của 𝐵 1 𝑚 𝑎 = [ . ] ( ) dầu 𝜌 𝐵𝐷 1 + 𝑖 𝑠
- E: modun đàn hồi của ống,𝑁/𝑚2 𝑒𝐸 - e: chiều dày ống, m ∆𝑃 = 𝑎. 𝜌. 𝑣
- v: vận tốc dòng chảy trong ống, m/s
-∆𝑃: độ tăng áp do dầu bị nén, bar 7
CÔNG THỨC ĐỘNG CƠ THỦY LỰC
(Thực tế lớn hơn lý thuyết, ngược so với bơm)
1. LƯU LƯỢNG THỰC TẾ -𝑄
: lưu lượng lý thuyết của bơm, (𝑙í𝑡/ 𝑄 𝑝𝑏ơ𝑚 𝑝 = 𝑄𝑝 (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡) 𝑏ơ𝑚 𝑝ℎú𝑡)
2. LƯU LƯỢNG LÝ THUYẾT
-𝑄𝑝: lưu lượng thực tế, (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡) 𝑄
- 𝜂𝑣: hiệu suất thể tích
𝑡 = 𝜂𝑣. 𝑄𝑝 = 𝑉𝑔. 𝑛 (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡)
- 𝑉𝑔: thể tích riêng của động cơ, lít / vòng
- n: vận tốc của động cơ, vòng / phút
3. HIỆU SUẤT THỂ TÍCH 𝑄 -𝑄 𝜂 𝑡
𝑡: lưu lượng lý thuyết 𝑣 = 𝑄 -𝑄 𝑝
𝑝: lưu lượng thực tế
4. HIỆU SUẤT CƠ KHÍ
Công đầu ra sau một vòng quay
- T: momen đầu ra của động cơ, Nm 𝜂𝑐 =
Công đầu vào sau một vòng quay
- 𝑉𝑔: thể tích riêng của động cơ, 𝑚3/𝑣ò𝑛𝑔 2𝜋𝑇
- ∆𝑃: độ chênh áp 2 bên ngõ vào và ra của = 𝑉 động cơ, 𝑁/𝑚2 𝑔. ∆𝑃
5. HIỆU SUẤT TỔNG
Công suất thủy lực đầu ra
- T: momen đầu ra của động cơ, Nm 𝜂0 = 𝜂𝑣𝜂𝑐 = Công suất cung cấp
- n: vận tốc của động cơ, vòng / phút - ∆𝑃: 2𝜋𝑛𝑇
độ chênh áp 2 bên ngõ vào và ra của động cơ, = 𝑄 𝑁/𝑚2 𝑝∆𝑃
-𝑄𝑝: lưu lượng thực tế, (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡) 8 KÍ HIỆU STT MÔ TẢ KÍ HIỆU
Ký hiệu mũi tên cắt ngang một thành 1
phần chỉ rằng thành phần đó là điều chỉnh được
Đường thẳng nét liền biểu diễn
đường dẫn dầu. Nó không chỉ ra bất 2
cứ thông tin nào về áp suất trong ống
dẫn. Ống dẫn có thể là ống hút, ống
đẩy hoặc ống hồi dầu về chứa.
Đường dầu rò, trong các hệ thống
truyền động thủy lực nó có vai trò dẫn
lượng dầu bị rò rỉ ra bên ngòai của 3
các thành phần thủy lực như van,
bơm…về bể chứa dầu, được biểu diễn bằng đường nét đứt.
Đường dầu điều khiển được dùng để
truyền tín hiệu áp suất từ một điểm 4
đến điểm khác với lưu lượng nhỏ nhất
được biểu diễn bằng đường nét đứt dài
Van một chiều có chức năng chỉ cho 5
phép lưu chất đi theo 1 hướng. Nó
gồm 1 bi cầu và 1 lò xo.
Van một chiều mà nó có thể mở cho
dầu đi theo hướng bị cấm nhờ 1 áp 6
suất điều khiển gọi là van một chiều có điều khiển. Van điề
u khiển hướng đi của lưu
chất được biểu diễn bằng các hình 7
chữ nhật. Van có bao nhiêu vị trí thì
được biểu diễn bằng bấy nhiêu hình chữ nhật tương ứng
Các van điều khiển áp suất có thể
phân thành hai loại: lọai van thường
đóng và lọai van thường mở. Để biểu 8
diễn một van điều khiển áp suất ta
dùng 1 ô hình chữ nhật với đường dẫn đi qua nó. 9
Van điều khiển lưu lượng
Biểu diễn như là một khe hẹp của dòng chảy.
Nếu lưu lượng có thể được điều
chỉnh thì nó được biểu diễn bằng mũi 9 tên nghiêng
Van điều chỉnh lưu lượng một hướng
Tất cả các ký hiệu có chứa đường tròn đều thể hiện một cơ cấu quay, chẳng hạn như bơm hoặc động
cơ thủy lực. Hình tam giác tô đen thể hiện hướng đi của lưu chất, đối với ký hiệu biểu diễn bơm thì 10
hình tam giác này hướng ra phía ngòai, còn đối với ký hiệu biểu diễn động cơ thủy lực thì hướng vào phía trong.
Bơm thủy lực một hướng, thể tích 11 riêng cố định.
Bơm thủy lực hai hướng, thể tích 12 riêng thay đổi
Động cơ thủy lực một hướng, thể 13 tích riêng cố định 14 Động cơ điện 10 15 Động cơ nổ
Bộ lọc và hệ thống làm mát a. Bộ lọc b. Bộ làm mát 16
c. Đồng hồ đo lưu lượng
d. Bình tích áp vận hành bằng khí nén
Xy lanh thủy lực được thể hiện bằng ký hiệu có chứa vỏ xy lanh, piston và ti
a. Xy lanh thủy lực tác động kép, không có giảm chấn 17
b. Xy lanh thủy lực tác động kép, có giảm chấn
c. Xy lanh thủy lực tác động đơn 11 BƠM 1. BƠM CÁNH DẪN
Dạng bơm cánh dẫn phổ biến là bơm ly tâm. Đối với bơm dạng này, lưu lượng được
cung cấp bởi bơm giảm dần khi áp suất làm việc của bơm tăng lên. Sơ đồ nguyên lý và đường
đặc tính lưu lượng-áp suất của bơm ly tâm được trình bày trong hình 2.1. Lưu chất được hút
vào và đẩy ra nhờ lực ly tâm được tạo ra ở cánh dẫn. 2. BƠM THỂ TÍCH
Nguyên lý làm việc của bơm thể tích có thể tóm tắt như sau:
1. Trong lúc tăng thể tích làm việc của mình, các buồng hoạt động của bơm được kết
nối với đường hút. Sự gia tăng thể tích của các buồng làm việc kéo theo sự giảm áp suất bên
trong nó, dẫn đến chất lỏng bị hút vào bên trong.
2. Khi thể tích các buồng làm việc đạt tới giá trị lớn nhất, các buồng làm việc được cách ly với đường hút.
3. Trong giai đoạn giảm thể tích, các buồng làm việc được kết nối với đường đẩy. Lưu
chất khi đó được đẩy đến ngõ ra của bơm và được nén tới áp suất cần thiết để thắng lực cản
tồn tại trong ống dẫn.
4. Giai đoạn đẩy dầu kết thúc khi buồng làm việc giảm đến thể tích nhỏ nhất. Sau đó,
buồng làm việc được tách khỏi đường đẩy. 12 3. BƠM LÝ TƯỞNG
Thể tích riêng của bơm là thể tích chất lỏng được cung cấp bởi bơm sau 1 vòng quay với
giả thiết không có sự rò rỉ bên trong bơm và bỏ qua độ nén của chất lỏng. Nó phụ thuộc vào
giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất có thể có được của các buồng làm việc, số lượng các buồng
làm việc, và số lần hút và đẩy trong một vòng quay của trục bơm.
Thể tích này phục thuộc vào hình dáng hình học của bơm nên nó còn được gọi là là thể tích
hình học, 𝑉𝑔 (geometric volume). Nó được xác định theo công thức sau:
- i: số lần hút và đẩy trong một chu kỳ quay
- z: số lượng buồng làm việc
- 𝑉𝑚𝑎𝑥: thể tích lớn nhất của buồng làm việc
𝑉𝑔 = (𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛)𝑧𝑖 (𝑚3)
- 𝑉𝑚𝑖𝑛: thể tích nhỏ nhất của buồng làm việc (𝑚3)
- 𝑉𝑔: thể tích riêng của bơm (𝑚3/𝑟𝑒𝑣)
Giả thiết rằng không có sự rò rỉ bên trong bơm, không ma sát, không có sự mất áp, lưu lượng
của bơm lý tưởng là: 𝑄
- 𝑄𝑡: lưu lượng lý thuyết của bơm, 𝑚3/𝑠 𝑡 = 𝑉𝑔. 𝑛
- n: vận tốc quay của trục bơm, rev/s
Với các giả thiết như trên của bơm lý tưởng, năng lượng cơ khí cung cấp sẽ bằng năng
lượng thủy lực tạo ra trong hệ thống thủy lực như được trình bày theo công thức sau:
2𝜋𝑛𝑇𝑝 = 𝑄𝑡(𝑃 − 𝑃𝑖) = 𝑉𝑔𝑛∆𝑃 Hoặc
- 𝑇𝑃: momen kéo tại trục bơm (Nm) 𝑉𝑔
- ∆𝑃: sự gia tăng áp suất do bơm (Pa) 𝑇𝑃 = . ∆𝑃 2𝜋 13
Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực 4. BƠM THỰC TẾ
Công suất thủy lực cung cấp bởi bơm thực tế nhỏ hơn so với năng lượng cơ khí mà nó
nhận được. Nguyên nhân là do hiệu suất thể tích, ma sát, và mất mát năng lượng thủy lực. a. Lưu lượng
Lưu lượng thực tế bơm cung cấp nhỏ hơn so với lưu lượng lý thuyết là do các nguyên nhân chính sau: 1. Rò rỉ bên trong bơm
2. Bơm bị xâm thực và hiện tượng tạo bọt khí 3. Dầu bị nén
Đường đặc tính của bơm thể tích Công thức: 𝑄𝐿 = 𝑃/𝑅𝐿
𝑄𝑝 = 𝑄𝑡 − 𝑄𝐿 14
Lực cản tạo ra bởi khe hở, 𝑅𝐿, tỉ lệ thuận với độ nhớt của dầu, và tỉ lệ nghịch với thể tích của nó
b. Hiệu suất thể tích
Ảnh hưởng của sự rò rỉ được biểu diễn thông qua hiệu suất thể tích của bơm, ηv, được tính như sau: 𝑄𝑝 𝑄 𝑄 𝑃 𝜂 𝑡 – 𝑄𝐿 𝐿 𝑣 = = = 1 – = 1 – 𝑄𝑡 𝑄𝑡 𝑄𝑡 𝑅𝐿𝑉𝑔𝑛
Hiệu suất thể tích của bơm thường nằm trong khoảng từ 0.8 đến 0.99. Bơm piston có
hiệu suất thể tích cao nhất, trong khi bơm bánh răng và bơm cánh gạt, nhìn chung, có hiệu
suất thể tích thấp hơn.
c. Hiệu suất cơ khí
Ma sát là nguyên nhân thứ hai làm mất năng lượng của hệ thống thủy lực. Ma sát nhớt
và ma sát cơ khí giữa các thành phần của bơm làm triệt tiêu năng lượng. Một phần mô-men
kéo cấp cho bơm bị mất do các lực ma sát sinh ra trong quá trình bơm vận hành. Ta gọi phần
mô-men bị mất do ma sát này là 𝑇𝐹 Nó phụ thuộc vào vận tốc của bơm, áp suất làm việc, và
độ nhớt của dầu. Để đánh giá sự mất năng lượng do ma sát, ta dùng thông số hiệu suất cơ khí,
𝜂𝑐, được xác định như sau: 𝑄 𝑇𝑝 − 𝑇𝐹 𝜂 𝑡𝑃𝑐 𝑐 = = 𝜔𝑇𝑝 𝑇𝑝 Trong đó:
 𝑇𝑝 = mô-men kéo cấp tại trục bơm (Nm)
 𝑇𝑝 – 𝑇𝐹 = phần mô-men được dùng để tạo áp suất (Nm)
 𝑇𝐹 = phần mô-men bị mất do ma sát
 𝜔 = 2𝜋𝑛 = vận tốc góc của bơm.
d. Hiệu suất thủy lực
Nguyên nhân thứ ba góp phần làm mất năng lượng trong hệ thống thủy lực là sự mất áp
cục bộ bên trong bơm. Áp suất, sinh ra trong buồng làm việc của bơm Pc, lớn hơn áp suất tại
ngõ ra của bơm, P. Nguyên nhân chính gây ra sự mất áp suất này là mất mát cục bộ. Mất mát
thủy lực này được bỏ qua nếu vận tốc quay của bơm nhỏ hơn 50 rev/s, và vận tốc trung bình
của dòng chảy nhỏ hơn 5 m/s. Nếu vận tốc dòng chảy lớn hơn thì mất mát thủy lực này tỉ lệ
thuận với bình phương lưu lượng.
Sự mất áp cục bộ này được đánh giá thông qua hiệu suất thủy lực, ηh, được tính như sau: 𝑄𝑝𝑃 𝑃 𝜂ℎ = = 𝑄𝑝𝑃𝑐 𝑃𝑐 15
e. Hiệu suất tổng
Hiệu suất tổng của bơm ηT được xác định như sau: 𝑄𝑝𝑃 𝑄𝑝 𝑇𝑝 – 𝑇𝐹 𝑃 𝑄 𝜂 𝑡𝑃𝑐 𝑇 = = ( ) [ ] ( ) [ ] 𝜔𝑇𝑝 𝑄𝑡 𝑇𝑝 𝑃𝑐 𝜔(𝑇𝑝 – 𝑇𝐹) 𝑄 = 𝜂 𝑡𝑃𝑐 𝑣 𝜂𝑚 𝜂ℎ [ ] 𝜔(𝑇𝑝 – 𝑇𝐹)
Năng lượng cơ khí 𝜔(𝑇𝑝 – 𝑇𝐹) được chuyển thành lượng bằng với năng lượng thủy
lực bên trong bơm 𝑄𝑡𝑃𝑐. Do vậy:
𝜂𝑇 = 𝜂𝑣 𝜂𝑐 𝜂ℎ
5. BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP NGOÀI
Thể tích riêng của bơm bánh răng ăn khớp - b: chiều dài răng, m
ngoài có thể tính theo công thức sau: - m: modun răng, m
𝑉𝑔 = 2𝜋𝑏𝑚2(𝑧 + sin2 𝛾)
- z: số răng của mỗi bánh răng
- 𝛾:góc nghiêng của răng, rad 6. BƠM CÁNH GẠT
Thể tích riêng của bơm cánh gạt:
- b: chiều cao của rotor, m
𝑉𝑔 = 𝑏𝑧(𝐴𝑚𝑎𝑥 − 𝐴𝑚𝑖𝑛) - z: số buồng làm việc
7. BƠM CÁNH GẠT HÀNH TRÌNH KÉP
Bơm này có ưu điểm là có được sự cân bằng tại trục của rotor do cùng một thời điểm có
hai buồng chứa dầu có áp suất bằng nhau tác động cùng lúc lên rotor ở hai hướng đối diện
nhau. Điều này làm cho bơm ít bị mòn và do vậy có tuổi thọ cao hơn so với bơm cánh gạt có hành trình đơn.
Thể tích riêng của bơm cánh gạt trong trường hợp này là
𝑉𝑔 = 2𝑏𝑧(𝐴𝑚𝑎𝑥 − 𝐴𝑚𝑖𝑛)
8. BƠM PISTON HƯỚNG TRỤC
Thể tích riêng của bơm piston hướng trục có thể tính theo:
- 𝛼: độ nghiêng của đĩa nghiêng, rad 𝜋 - z: số piston
𝑉𝑔 = 𝑑2𝐷𝑧𝑡𝑎𝑛𝛼 4 16
VAN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT
1. VAN GIỚI HẠN ÁP SUẤT:
Dùng để giới hạn áp suất của mạch. Khác với Van điều chỉnh lưu lượng (dùng để điều chỉnh lưu lượng.
Dùng để ngăn hiện tượng xâm thực, ngòai chức năng chính là giới hạn áp suất lớn nhất của
hệ thống để ngăn ngừa sự quá tải, các van giới hạn áp suất cũng được dùng để xả áp suất tăng
cục bộ tại các buồng làm việc của cơ cấu chấp hành vì áp suất đó có thể gây hư hại cho các
thành phần trong hệ thống.
2. VAN GIỚI HẠN ÁP SUẤT TRỰC TIẾP
- 𝑘: độ cứng của lò xo, Nm
𝑄 = 𝐾(𝑃 − 𝑃𝑟). √𝑃 - 𝐴
𝑝 = 𝜋𝐷2/4: diện tích tác dụng
- 𝑃𝑟: áp suất nhỏ nhất để mở van ( giá trị cài van) 𝐴𝑝 2 - 𝐶 𝐾 = 𝐶
𝑑: hệ số xả, phụ thuộc tiết diện - ko có thứ nguyên 𝑑. 𝜔 . . √ 𝑘 𝜌
- 𝜔: hệ số diện tích, m
- P: áp suất tại cửa vào
Độ nhạy thấp hơn van điều chỉnh gián tiếp, đồ thị PQ không dốc lắm.
Là thường đóng, độ chênh áp mở hoàn toàn rất lớn, tầm 100-200 bar.
3. VAN GIỚI HẠN ÁP SUẤT GIÁN TIẾP
Chung công thức trên, khi này hệ số K có giá trị lớn. Van điều chỉnh gián tiếp có độ nhạy cao
hơn van điều chỉnh trực tiếp. Đồ thị PQ rất dốc, gần như thẳng đứng.
Là thường đóng, độ chênh áp mở hoàn toàn rất nhỏ, tầm 7 bar. 17 4. VAN XẢ TẢI
Van xả tải có nguyên lý làm việc gần giống với van giới hạn áp suất tác động gián tiếp. Van
này có thể được dùng để thực hiện các chức năng sau:
+Giới hạn áp suất lớn nhất cho hệ thống (tương tự van giới hạn áp suất)
+Nạp dầu vào bình tích áp đến áp suất lớn nhất và duy trì thể tích dầu và áp suất dầu trong bình tích áp
+Xả tải bơm khi áp suất trong bình tích áp đã đạt đến giá trị cần 5. VAN NGẮT TẢI
Thường xài cho mạch hai bơm (QL và QH)
Ban đầu khởi động cả 2 bơm, lưu lượng là QL+QH, sau đó để ngắt 1 bơm QH ta dùng van ngắt tải.
Van ngắt tải được cài đặt giá trị áp suất ngắt. Khi áp suất nhánh QH tới ngưỡng đó, van mở ra,
lưu lượng qua van đó đổ về bể. Nên gọi là ngắt tải.
Ví dụ trạng thái 2 bơm xài 2 bơm 18
Ví dụ trạng thái 2 bơm ngắt 1 bơm 19