›
›

Giáo trình Thủy lực và khí nén - Lê Anh Sơn

pdf 45 trang huongle 6210
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thủy lực và khí nén - Lê Anh Sơn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thuy_luc_va_khi_nen_le_anh_son.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thủy lực và khí nén - Lê Anh Sơn

  1. “ Add your company slogan ” Thuỷ lực và khớ nộn Le Anh Son Bộ mụn Động lực_Trường Đại học Nụng nghiệp I LOGO
  2. Mở đầu, cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ khớ Động Hệ thống Mỏy hay thiết bị e, e a, a, ( a, a) cơ M  truyền động M  F v Cần dẫn động Sơ đồ nguyờn lý một hệ thống truyền lực 1 Truyền động cơ học 2 Truyền động điện Truyền động thuỷ tĩnh 3 Truyền động thuỷ lực Truyền động khớ nộn 4 Truyền động thuỷ động
  3. Cấu trỳc và hoạt động của một bộ truyền động thuỷ lực Mỏy cụng tỏc Chuyển Mỏy động (mỏy nộn ộp Chuyển đổi đổi công lực (Động hoặc truyền công suất cơ học suất cơ cơ điện lực chuyển học động của xe hoặc động P = F.v hơi) ch PMch 11 cơ đốt hoặc trong) F v PM  M n ch 22 M n 2 2 1 1 Đ•ờng ống Công suất Xy lanh thuỷ Bơm thuỷ Phụ kiện Công suất thuỷ lực lực hoặc động lực Phần tử điều cơ thuỷ lực thuỷ lực Prl= p.Q khiển Prl= pQ Sơ đồ truyền cụng suất trong một thiết bị thuỷ lực . Cụng suất cơ học (vào): Pch1 =2 M1n1 . Cụng suất thuỷ lực: Prl = pQ . Cụng suất cơ học (ra): Pch2 = Fv hoặc Pch2 = 2 M2n2
  4. Cấu trỳc và hoạt động của một bộ truyền động thuỷ lực Truyền động cho một xy lanh thuỷ lực
  5. Ưu nhược điểm của truyền động thuỷ lực Truyền động cho một động cơ thuỷ lực . Ưu điểm của truyền động thuỷ lực  Kết cấu đơn giản nhờ cỏc cụm chi tiết tiờu chuẩn  Cú thể bố trớ tự do tất cả cỏc chi tiết mà khụng cần chỳ ý đến vị trớ của liờn hợp cơ học  Truyền lực lớn khi thể tớch kết cấu tương đối nhỏ do cú trọng lượng trờn đơn vị cụng suất của bơm và động cơ nhỏ (trọng lượng cụng suất của động cơ thuỷ lực so với động cơ điện là 1/10)  Tớnh chất động lực học khỏ tốt (tăng tốc, giảm tốc) do mụ men quỏn tớnh của động cơ thuỷ lực nhỏ (tỷ lệ mụ men quỏn tớnh so với động cơ điện cựng mụ men quay là 1/50)  Chuyển đổi đơn giản chuyển động quay thành chuyển động dao động và ngược lại
  6. Ưu nhược điểm của truyền động thuỷ lực  Đảo chiều đơn giản  Thay đổi tỷ số truyền vụ cấp theo tải trọng (đặc biệt cú lợi cho cỏc mỏy tự hành)  Bảo vệ quỏ tải đơn giản nhờ van giới hạn ỏp suất  Giỏm sỏt đơn giản nhờ ỏp kế  Cú khả năng tự động hoỏ chuyển động dễ dàng. . Nhược điểm của truyền động thuỷ lực:  Hiệu suất thấp so với truyền động cơ học, do ma sỏt của chất lỏng trong đường ống và cỏc phần tử, do hao tổn lọt dũng trong cỏc khe hở lắp ghộp  Khụng thể (hay khú) đồng bộ quỏ trỡnh chuyển động do hiện tượng trượt giữa phần chủ động và phần thụ động, do hao tổn lọt dũng và tớnh chịu nộn của dầu  Chi phớ chế tạo cao do yờu cầu độ chớnh xỏc cao của cỏc phần tử trong hệ thống thuỷ lực.
  7. Cấu trỳc và hoạt động của một bộ truyền động khớ nộn . Ứng dụng khớ nộn trong kỹ thuật truyền động:  Truyền chuyển động va đập  Truyền động quay: cụng suất nhỏ 100000V/ph  Truyền động thẳng  Truyền động lắc
  8. Ưu nhược điểm của kỹ thuật khớ nộn Ưu điểm  Khớ nộn cú khả năng lưu giữ và vận chuyển thuận lợi đến những địa điểm cần thiết  Cú khả năng truyền tải năng lượng đi xa nờn cú khả năng điều khiển từ xa và linh động trong việc bố trớ cỏc phần tử cấu trỳc, khớ thải cú thể dẫn trực tiếp ra mụi trường  Chi phớ đầu tư thấp do cú thể kết nối với hệ thống khớ nộn trong xớ nghiệp;  An toàn tốt do cú thể bố trớ van giới hạn ỏp suất  Cú thể khởi hành với tần số quay thấp và rất an toàn khi quỏ tải  Tuổi thọ cao  Dễ thay thế cỏc phần tử của hệ thống  Cú thể thay đổi vụ cấp vận tốc và tần số quay. Nhược điểm  Chỉ làm việc được với tải trọng nhỏ  Vận tốc chuyển động phụ thuộc vào tải trọng do tớnh chịu nộn của khụng khớ  Ảnh hưởng khụng tốt đến mụi trường do ồn và khớ thải cú dầu  Vận tốc truyền và xử lý tớn hiệu chậm.
  9. Chất lỏng thuỷ lực . Nhiệm vụ và yờu cầu của chất lỏng thủy lực: Nhiệm vụ Lưu thụng dũng dầu Bụi trơn, chống gỉ Truyền lực cú ỏp từ bơm đến Và làm mỏt bộ truyền lực
  10. Chất lỏng thuỷ lực . Nhiệm vụ và yờu cầu của chất lỏng thủy lực: Yờu cầu Tớnh chất nhiệt độ - độ nhớt hợp lý,độ nhớt thay đổi ớt trong khoảng thay đổi nhiệt độ rộng Chống mũn và bụi trơn tốt Chống rỉ tốt, thớch ứng với cỏc phốt làm kớn, cao su, vật liệu nhõn tạo và hợp kim Độ bền lóo hoỏ tốt Khả năng tỏch bọt khớ tốt
  11. Chất lỏng thuỷ lực . Phõn loại chất lỏng thuỷ lực: Dầu khoỏng được phõn loại theo độ nhớt (Viscosity – VG) • Bảng 1.1 Phõn loại độ nhớt ISO đối với dầu thuỷ lực theo DIN E51524 Chất lỏng thuỷ lực khú chỏy phõn loại theo vựng độ nhớt • Bảng 1.2. Phõn loại độ nhớt chất lỏng thuỷ lực khú chỏy • Bảng 1.3. Tổng hợp cỏc số liệu quan trọng nhất của chất lỏng thuỷ lực
  12. Cỏc tớnh chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực . Tớnh chất nhớt vxp Vy() V dV x xp  x yh dy y v (y) h x x vx= 0 + Độ nhớt động lực học : Đơn vị Ns/m2 hoặc Pa.s hoặc Hỡnh 1.4. Phõn bố vận tốc chất lỏng Poise giữa hai tấm phẳng song song + Độ nhớt động học :   Đơn vị m2/s hoặc St (Stoke)
  13. Cỏc tớnh chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực . Tớnh chất nhiệt độ - độ nhớt b b c  Hoặc ln ( ) ln k () ke c  600 10000 mm2 mm2/s ISO VG100 Độ s 62 nhớt 1000 46 Độ 500 động 400 học  nhớt 200 100 300 động 50 học  200 20 10 100 ISO VG32 5 22 0 10 0 20 40 60 0C 100 120 0 0 Nhiệt độ  0 20 40 60 80 C Nhiệt độ  Sự thay đổi độ nhớt  theo Biểu đồ Ubbelohde để xỏc định tớnh chất độ nhiệt độ nhớt – nhiệt độ (HL 46, VI 100, p = 1 bar) 0 (ISO VG 10./.100, VI 100, p0 = 1 bar)
  14. Cỏc tớnh chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực . Tớnh chất nhiệt độ - ỏp suất - độ nhớt 10000 mm2/s ()pp o 1000 p=601 bar 401bar ()Po e 500 Độ 200 nhớt 100 động học  50 30 20 10 p =201 bar 5 1bar 0 0 20 40 60 80 0C 120 Nhiệt độ  Hỡnh 1.7. Biểu đồ xỏc định tớnh chất nhiệt độ – ỏp suất – độ nhớt (HL 46, VI 100)
  15. Cỏc tớnh chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực . Tớnh chất khối lượng riờng 0,94 m g/cm3 0 0C V Khối 0,90 lượng 40 riờng 60 0,88 80 0,86 100 0,84 0,82 0,80 0 0 100 200 300 400 500 bar 700 Áp suất p Biểu đồ biểu diễn tớnh chất khối lượng riờng – ỏp suất phụ thuộc vào nhiệt độ (HL 46, VI 100)
  16. Cỏc tớnh chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực . Tớnh chất nhiệt độ – khối lượng riờng 0 V () Hệ số gión nở nhiệt:  1  (  0 ) V00() . Tớnh chất ỏp suất – khối lượng riờng V ()p 0 k Hệ số nộn V() p p 1 k ( p p0 ) 00
  17. Cỏc tớnh chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực . Khả năng tiếp nhận khụng khớ của dầu thuỷ lực • Khụng khớ hoà tan • Khụng khớ khụng hoà tan, cú nghĩa là ở dạng bọt khớ. Khả năng tiếp nhận cực đại ở dạng hoà tan: p VVkk d p0
  18. Tớnh chất khớ nộn kỹ thuật . Thành phần húa học của khụng khớ -3 -3 -3 -6 N2 O2 Ar CO2 H2 Ne.10 He.10 Kr.10 X.10 Thể tớch 78,08 20,45 0,93 0,03 0,01 1,8 0,5 0,1 9 (%) Khối lượng 75,51 23,01 0,04 1,286 0,001 1,2 0,07 0,3 40 % + hơi nước, bụi bẩn, tạp chất . Tớnh chịu nộn của khụng khớ Chịu nộn Đàn hồi Tớch luỹ năng lượng
  19. Tớnh chất khớ nộn kỹ thuật • Mụ đun đàn hồi dp EV L dV Giả thiết với quỏ trỡnh đa biến: pVn= K = const Kn Kn E V np Hỡnh 8.1. Quỏ trỡnh nộn một thể tớch khớ L VVnn 1 Độ cứng AAA22 2 dp c E np np cAL LL dV V V x0 x • Khả năng tớch luỹ năng lượng
  20. Tớnh chất khớ nộn kỹ thuật . Độ nhớt của khớ nộn Độ nhớt động lực học 3/ 4 T  = N TN N là độ nhớt của khụng khớ khi 0 TN=273,15 K và pN=1,0133bar Độ nhớt động học Hỡnh 8.2. Độ nhớt động lực học của khụng khớ và nước  p  Trong đú RT
  21. Tớnh chất khớ nộn kỹ thuật . Độ ẩm của khụng khớ • Hàm lượng nước trong khụng khớ mDDLD p R p xP 0,622 mLLDD p R p p ps • Ở trạng thỏi bóo hoà xs 0,622 pp s Tỷ lệ giữa hàm lượng nước trong khụng Hỡnh 8.3. Đồ thị quan hệ giữa lượng ẩm bóo hũa với Khớ với hàm lượng nước của khụng khớ nhiệt độ và ỏp suất bóo hoà: x p p p pp  D Ds s xs p s p p D p p D Trong đú φ là độ ẩm tương đối của khụng Khớ: p D pS Trong điều kiện khớ quyển pD và pS rất nhỏ so với ỏp suất khớ quyển nờn cú thể xp bỏ qua trong tớnh toỏn.  DD xpss Hỡnh 8.4. Thớ dụ tớnh toỏn lượng nước tỏch ra khi nộn khớ
  22. Cơ sở kỹ thuật thuỷ tĩnh . Tớnh chất thuỷ tĩnh • Chất lỏng lý tưởng: F h  khụng ma sỏt, A p p  khụng chịu nộn,  khụng gión nở Hỡnh 1.9. Phõn bố ỏp suất p  Tryền ỏp lực vuụng gúc trong thựng chứa chất lỏng lý tưởng Hỡnh 1.10. Lực tỏc động lờn pớt • Áp suất tỏc động: p gh tụng của một xy lanh thuỷ lực • Áp suất tạo ra từ lực ngoài trong thiết bị thuỷ tĩnh. Giả F thiết bỏ qua trọng lượng bản thõn: p F2 A • Chuyển đổi năng lượng nhờ xylanh S2 FF12 vA p 12 S1 AA 12 vA 21 A2 Cụng suất: Q F1 P Fv Do F Ap và v A A 1 P pQ Hỡnh 1.11. Sơ đồ thiết bị nõng thuỷ lực
  23. Cơ sở kỹ thuật thuỷ tĩnh . Chuyển đổi năng lượng chuyển động quay Thể tớch choỏn chỗ: V=2πrA Lưu lượng: Q=V.n pV pQ Mụ men quay: M=pAr M M 2 hoặc 2 n Cụng suất vào hoặc ra: 1 M1 p1 3 P=Mω=M2πn A1 P=pQ 2 r Hỡnh 1.12. Bơm thuỷ lực cỏnh quay 1- Vỏ; 2- Rụ to; 3- Cỏnh quay.
  24. Cơ sở thuỷ động lực học  Phương trỡnh liờn tục m Av 1Av 1 1 2 A 2 v 2 Bỏ qua sự thay đổi của khối lượng riờng A1V1=A2V2 A2 A1 v  Phương trỡnh Bernoulli v1 2 22 vv m2 1 1 2 2 m1 p gh p gh Q2 1 1 1 2 2 2 Q 22 1 Đối với chất lỏng khụng chịu nộn: 12 Hỡnh 1.13. Dũng chảy qua ống thu 2 hẹp v p2; Q2 p gh const p ; Q 2 1 1 v2 v Trong kỹ thuật, bỏ qua thế năng 1 h2 h1 v2 p const 1 2 2 Hỡnh 1.14. Dũng chảy qua hai mặt cắt khỏc nhau
  25. Cơ sở thuỷ động lực học . Hao tổn ỏp suất trong đường ống lv 2 1 2 p p p  l 12 R d 2 vd vd  f (Re) Re p p < p R  1 2 1 p Hỡnh 1.15. Hao tổn ỏp suất trờn ống thẳng Hỡnh 1.16. Biểu đồ tổng hợp sức cản dũng chảy R
  26. Cơ sở thuỷ động lực học Hỡnh 1.17. Biểu đồ tớnh toỏn sức cản dũng chảy thuỷ lực dầu v . Trường hợp chảy tầng đẳng nhiệt max y  r p 64 p1 2 y2 R x Re  l v p Hỡnh 1.18. Profil vận tốc khi chảy tầng
  27. Cơ sở thuỷ động lực học . Trường hợp chảy tầng khụng đẳng nhiệt 2 lv Khụng đẳng nhiệt p K K   SXR d 2  v Yếu tố K-S (hỡnh 1.20) tớnh đến sự thay đổi nhiệt độ và độ nhớt theo cỏc mặt cắt ngang Đẳng nhiệt Yếu tố KX (hỡnh 1.21), tớnh đến ảnh hưởng của Hỡnh 1.19. Nhiệt độ, độ nhớt và vận tốc dũng chảy qua thay đổi nhiệt độ và độ nhớt theo chiều dài mặt cắt khi chảy đẳng nhiệt và khụng đẳng nhiệt
  28. Cơ sở thuỷ động lực học . Trường hợp chảy rối đẳng nhiệt vmax 1 Re R Cụng thức Prandt: 2log R 2,51 0,25 Trong kỹ thuật cú thể dựng: R 0,3164.Re v Hỡnh 1.22. Profil vận tốc . Trường hợp chảy rối khụng khi chảy rối đẳng nhiệt lv 2 pk tRd 2 Hỡnh 1.23. Biểu đồ xỏc định yếu tố kt cho dũng chảy rối khụng đẳng nhiệt
  29. Cơ sở thuỷ động lực học . Hao tổn ỏp suất cục bộ Hỡnh 1.25. Cỏc dạng nối ống  v2 p 2 Hệ số cản cục bộ  cú thể xỏc định bằng thực nghiệmcho cỏc phần tử tiờu biểu. Một số giỏ trị  đối với cỏc trường hợp trờn hỡnh 1.24 và hỡnh 1.25 được cho trờn cỏc bảng 1.4 đến bảng 1.7.  v2 Dũng chảy rối: pb 2
  30. Cơ sở thuỷ động lực học . Hao tổn ỏp suất trong van và cỏc thiết bị thuỷ lực: Tớnh theo cỏc đặc tớnh cho bởi nhà sản xuất. . Lưu lượng qua van tiết lưu • Lưu lượng lý thuyết 2 p QA D p p 1 2 v • Lưu lượng kỹ thuật D d 2 p QA D Hỡnh 1.27. Tấm chắn để đo lưu lượng
  31. Cơ sở thuỷ động lực học . Hao tổn lọt dũng Hỡnh 1.28. Cỏc dạng khe hở tiờu biểu trong kỹ thuật thuỷ lực b 3 pp Q 12 • Khe hở phẳng L 12 l d 3 pp Q 12 • Khe hở đỳng tõm L 12 l d 3 pp Q 12(1 1,5 3 ) • Khe hở lệch tõm L 12 l 4 d pp12 Đường kớnh mao dẫn QL • 128 l
  32. Cơ sở thuỷ động lực học . Lực tỏc động của dũng chất lỏng Hỡnh 1.29. Lực dũng chảy tại cỏc phần tử cấu trỳc a) Tấm phẳng ; b) ống cong ; c) Vũi phun • Lực va đập vào tấm phẳng: F Qvsin  Lực trờn ống cong: F 2( pA Qv )cos • 2 • Lực tỏc dụng trờn vỏ vũi phun: 2 A v 2 1 FA 1( 1) với 2 A2
  33. Cỏc định luật dũng khớ . Dũng khớ qua vũi phun lý tưởng Giả thiết: Khụng ma sỏt, dũng chảy đoạn nhiệt Vũi phun trũn đều tại cửa ra của bỡnh kớn Khụng cú cụng kỹ thuật cấp vào Khụng cú ảnh hưởng của thế năng Vận tốc khớ cửa ra: K 1 K K pp12 v2 21 Hỡnh 8.5. Bỡnh kớn cú vũi phun với Kp 1 11 ỏp suất ra điều khiển được 21K Lưu khối dũng khớ: K pp KK m A 222 p 2 1 1 2 K 1 p11 p m A p m A2 2 p 1 1 hoặc 21 RTL01
  34. Cỏc định luật dũng khớ . Dũng khớ qua vũi phun lý tưởng Hàm thoỏt  phụ thuộc vào tỷ lệ ỏp suất, cỏc quỏ trỡnh tớnh toỏn, phõn tớch vận tốc tới hạn và tỷ lệ ỏp suất tới hạn đọc trong giỏo trỡnh Hỡnh 8.6. Hàm thoỏt  phụ thuộc tỷ lệ ỏp suất
  35. Cỏc định luật dũng khớ . Dũng khớ qua tấm chắn A2 Hệ số sự co thắt: k A A 0 Tỷ lệ mở: m 0 Hỡnh 8.7. Dũng khớ qua tấm chắn A1 Lưu khối dũng khớ: 2 m D A21 p RT1 Hệ số hiệu chỉnh: αD=f(αK,m) Hỡnh 8.8. Đặc tớnh dũng chảy qua tấm chắn so với vũi phun lý tưởng
  36. Cỏc định luật dũng khớ . Dũng khớ qua khe hẹp • Giả thiết: - Cỏc lực tỏc dụng ở trạng thỏi cõn bằng - Dũng chảy liờn tục và chảy tầng dọc theo chiều dài - Áp suất p chỉ là một hàm số theo chiều dũng y tại một mặt cắt ngang p = const - Dũng chảy dưới tới hạn, khụng cú thiết diện nào đạt được vận tốc õm thanh Hỡnh 8.9. Phõn bố ứng suất trờn một phần tử khớ
  37. Cỏc định luật dũng khớ . Dũng khớ qua khe hẹp n 1 nn 11 3 n nnbh p1 n m p12 p 12RT1 l n 1 Trạng thỏi đẳng nhiệt (n=1) 3 bh 22 m p12 p 24RTl Hỡnh 8.10. Quan hệ giữa lưu khối dũng khớ lọt qua khe hở với ỏp suất trước khe hở
  38. Cỏc định luật dũng khớ . Cỏc van và vị trớ tiết lưu - Trường hợp quỏ tới hạn T p2 m * Cp 0 0 b 10 p T1 1 Hỡnh 8.11. Sai số khi xấp xỉ Elip Hỡnh 8.12. Hàm dũng khớ thoỏt phụ thuộc vào tỷ lệ ỏp suất
  39. Cỏc định luật dũng khớ . Cỏc van và vị trớ tiết lưu - Trường hợp dưới tới hạn 2 p2 b T0 p1 p2 m Cp10 1 b 1 Tb 1 p 1 1 Hệ số dẫn dũng 2 p2 b DLART2 max2 0 0 p1 C  max 1 p 1 b 0
  40. Cỏc định luật dũng khớ . Cỏc van và vị trớ tiết lưu . Xỏc định C theo trạng thỏi tới hạn * * m T1 C * 0pT 1 0 . Hệ số b tớnh theo c và mỗi điểm đo trong vũng dưới tới hạn p p b 1 1 2 m T 11 1 C 0 p 1 T 0 Cỏc thụng số đặc trưng khỏc để mụ tả dũng khớ đọc trong giỏo trỡnh
  41. Ký hiệu cỏc phần tử thuỷ lực và khớ nộn: DIN_ISO.1219
  42. Ký hiệu cỏc phần tử thuỷ lực và khớ nộn: DIN_ISO.1219
  43. Ký hiệu cỏc phần tử thuỷ lực và khớ nộn: DIN_ISO.1219
  44. Ký hiệu cỏc phần tử thuỷ lực và khớ nộn: DIN_ISO.1219
  45. “ Add your company slogan ” PGS.TS. Bựi Hải Triều LOGO