mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có Kiểm tra định kỳ thực hành: không có 12 Nội dung chính: 1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA THỦY LỰC Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm và yêu cầu của truyền động thủy lực - Trình bày được ý nghĩa các thông số trong truyền động thủy lực - Sử dụng các công thức trong tính toán các bài tập ứng dụng 1.1 Khái niệm, yêu cầu 1. Hệ thống điều khiển Hình 3.
Hệ thống điều khiển bằng thủy lực Hệ thống điều khiển bằng thủy lực được mô tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm các cụm và phần tử chính, có chức năng sau: - Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc (.) - Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn (.) - Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa (.) - Phần tử điều khiển: van đảo chiều (.) - Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều bằng thủy lực Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực được thể hiện ở sơ đồ hình 3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực c. Ưu điểm của truyền động bằng thuỷ lực - Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng).
- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn). - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau. - Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao. - Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện).
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. - Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. - Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch. - Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá.
Nhược điểm của truyền động bằng thuỷ lực - Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. - Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. - Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.2 Những yêu cầu chung với hệ thống truyền động thuỷ lực - Kết cấu đơn giản; - Có thể bố trí tự do tất cả các chi tiết mà không cần chú ý đến vị trí của liên hợp cơ học; - Chuyển đổi đơn giản chuyển động quay thành chuyển động dao động và ngược lại; - Đảo chiều đơn giản; - Thay đổi tỷ số truyền vô cấp theo tải trọng - Có khả năng tự động hoá chuyển động dễ dàng. Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính 14 chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đông đặc.
Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất; - Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ; - Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra; - Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất; - Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và không khí, dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ. Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn được đầy đủ nhất.2 Các thông số của chất lỏng 1.1 Trọng lượng riêng, khối lượng riêng của chất lỏng. Trọng lượng riêng – đại lượng vật lý biểu thị tỷ số giữa trọng lượng của chất lỏng trên thể tích của nó. g =G/V, trong đó G – trọng lượng của thể tích chất lỏng V.
Đơn vị của trọng lượng riêng [N/m3]. Khối lượng riêng có thể được biểu diễn qua trọng lượng riêng và gia tốc rơi tự do Đơn vị của khối lượng riêng [Ns2/m4]. Trọng lượng riêng của dầu khoáng thường nằm trong khoảng g = 830-940 N/m3 Trong các tính toán sơ bộ có thể lấy giá trị g = 900 N/m3. Khối lượng riêng có ý nghĩa quan trọng trong các tính toán chế độ chảy của chất lỏng thông qua sức cản thuỷ lực.
Từ công thức thuỷ lực đã biết u= sqrt(2Δp/p), ta suy ra độ rơi áp qua sức cản thuỷ lực Dp = (r/2).u2 Khối lượng riêng của chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức r =r0/(1+at), (2) trong đó r và r0 – khối lượng riêng ở nhiệt độ t và t0; a- hệ số giãn nở nhiệt của chất lỏng; Dt – độ gia tăng nhiệt độ.2 Độ nhớt của chất lỏng. 15 Độ nhớt của chất lỏng là tính chất chống lại biến dạng trượt của các lớp chất lỏng và là một trong những thông số quan trọng trong tính toán và thiết kế các thiết bị thuỷ lực. Khi chất lỏng chuyển động dọc theo thành rắn, do ma sát mà tốc độ của các lớp chất lỏng trong dòng chẩy khác nhau, và kết quả là xuất hiện lực ma sát giữa các lớp chất lỏng với nhau. Lực ma sát này (ứng suất tiếp) được tính theo định luật nội ma sát của Newton: T= mF(du/dn), (3) trong đó m – hệ số nhớt động lực; F – diện tích bề mặt chất lỏng; n – khoảng cách giữa hai lớp chất lỏng; u – tốc độ chuyển động của chất lỏng.
du/dn – gradient tốc độ; Đơn vị của hệ số nhớt động lực [Pa. Trong các tính toán thuỷ lực thường sử dụng tỷ số giữa hệ số nhớt động lực m và khối lượng riêng r và được gọi là hệ số nhớt động n: n = μ/r Đơn vị của hệ số nhớt động [m2/s]. Độ nhớt bằng 1 cm2/s được gọi là stoc (st). Trong kỹ thuật thường sử dụng đơn vị centi stoc (cst) 1 cst = 0,01 st = 1 mm2/s Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt động giảm.
Ngoài ra, độ nhớt động cũng phụ thuộc vào áp suất chất lỏng và được tính theo công thức: np = n (1 + kp), trong đó: np và n – độ nhớt động tương ứng với áp suất p và áp suất khí quyển k – hệ số phụ thuộc vào mác của dầu; p – áp suất chất lỏng.3 Độ nén của chất lỏng. Chất lỏng là vật thể đàn hồi tuân theo định luật Huck. Biến dạng đàn hồi của chất lỏng đối với truyền động thuỷ lực là hiện tượng xấu. Năng lượng nén chất lỏng không thể sinh công có ích và bị mất đi khi dãn ra.
Vì vậy nó làm giảm hiệu suất của truyền động thuỷ lực. Sự nén của chất lỏng trong hệ thống đường ống và trong các thiết bị của truyền động thuỷ lực tạo ra hiệu ứng lò xo thuỷ lực. 16 Độ cứng của các thiết bị thuỷ lực (không tính đến biến dạng kết cấu) được đánh giá bằng hệ số nén thể tích tương đối b.(∆V0/∆V), (4) trong đó: Dp = p2 – p1 - sự thay đổi áp suất tác dụng lên chất lỏng; V0 và V – thể tích ban đầu tại áp suất khí quyển và thể tích khi áp suất thay đổi một lượng Dp. Đại lượng nghịch đảo của b được gọi là mô đun đàn hồi của chất lỏng: E =1/β = V0(∆p/∆V) (5) Đơn vị của mô đun đàn hồi [N/m2].4 Độ nhớt - Độ nhớt động của một chất là có độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng riêng 1 kg/cm3.
Trong đó: : độ nhớt động lực [Pa.s] : khối lượng riêng [kg/m3] v: độ nhớt động [m2/s] - Ngoài ra ta còn sử dụng đơn vị độ nhớt động là Stokes (St) hoặc là centiStokes (cSt).2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG THỦY LỰC Mục tiêu: - Trình bày được ý nghĩa của truyền động thủy tĩnh - Trình bày được ý nghĩa của truyền động thủy động - Sử dụng các công thức được học trong tính toán các bài tập cụ thể 1.1 Truyền động thuỷ tĩnh 1.1 Khái quát về truyền động thuỷ tĩnh Truyền động thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ. Trong trường hợp đơn giản nhất, hệ thống gồm một bơm được truyền động cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng để làm chuyển động một xy lanh hay một động cơ thuỷ lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trên động cơ hay xi lanh lực cùng với lưu lượng đưa đến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền đến các máy công tác. Đặc tính của truyền lực thuỷ tĩnh có tính chất: tần số quay cũng như vận tốc của máy công tác trong thực tế không phụ thuộc vào tải trọng.