Truyền động thủy lực

Chia sẻ: Trần Thanh Phương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

814
lượt xem 334
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khái niệm và phân loại : Muốn truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy, ngoài các loại truyền động cơ khí, điện,khí nén còn có truyền động thuỷ lực, loại này đáp ứng đ-ợc yêu cầu là êm, ổn định, dễ tự động hoá... Tuỳ vào loại máy thuỷ lực sử dụng trong truyền động mà phân loại thành truyền động thủy động và truyền động thủy tĩnh (thể tích), có đặc điểm sử dụng và phạm vi làm việc khác nhau. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Truyền động thủy lực

ß1 . TruyÒn ®éng thñy lùc 1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i : Muèn truyÒn c¬ n¨ng tõ bé phËn dÉn ®éng ®Õn bé phËn lµm viÖc cña c¸c m¸y, ngoµi c¸c lo¹i truyÒn ®éng c¬ khÝ, ®iÖn,khÝ nÐn cßn cã truyÒn ®éng thuû lùc, lo¹i nµy ®¸p øng ®−îc yªu cÇu lµ ªm, æn ®Þnh, dÔ tù ®éng ho¸... Tuú vµo lo¹i m¸y thuû lùc sö dông trong truyÒn ®éng mµ ph©n lo¹i thµnh truyÒn ®éng thñy ®éng vµ truyÒn ®éng thñy tÜnh (thÓ tÝch), cã ®Æc ®iÓm sö dông vµ ph¹m vi lµm viÖc kh¸c nhau. ¦u ®iÓm : - DÔ thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh v« cÊp vµ tù ®éng ®iÒu chØnh vËn tèc chuyÓn ®éng cña bé phËn lµm viÖc. - DÔ dµng ®¶o chiÒu bé phËn lµm viÖc. - §¶m b¶o cho m¸y lµm viÖc æn ®Þnh, kh«ng phô thuéc vµo sù thay ®æi t¶i träng ngoµi. - TruyÒn ®−îc c«ng suÊt lµm viÖc lín. - KÕt cÊu gän nhÑ, cã qu¸n tÝnh nhá do träng l−îng trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt truyÒn ®éng nhá, ®iÒu nµy cã ý nghÜa lín trong c¸c hÖ thèng tù ®éng. - ChÊt láng lµm viÖc chñ yÕu lµ dÇu kho¸ng nªn dÔ cã ®iÒu kiÖn b«i tr¬n tèt c¸c chi tiÕt, do ®ã truyÒn chuyÓn ®éng ªm, kh«ng ån. - Cã thÓ ®Ò phßng sù cè khi qu¸ t¶i. Nh−îc ®iÓm: - VËn tèc truyÒn ®éng h¹n chÕ do ®iÒu kiÖn chèng x©m thùc, ®Ò phßng va ®Ëp thñy lùc, do tæn thÊt cét ¸p ... - Lµm viÖc víi chÊt láng do ®ã ph¶i b¶o ®¶m ®iÒu kiÖn lµm kÝn, chÊt láng dÔ bÞ rß rØ, kh«ng khÝ lät vµo truyÒn ®éng. V× vËy kÕt cÊu phøc t¹p , khã chÕ t¹o . - Yªu cÇu vÒ chÊt láng lµm viÖc kh¸ phøc t¹p: + §é nhít (yªu cÇu rß rØ Ýt, thÊt n¨ng l−îng nhá). + TÝnh chÊt dÇu Ýt thay ®æi theo nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. + TÝnh chÊt ho¸ häc bÒn v÷ng. + Khã ch¸y, Ýt hoµ tan víi c¸c chÊt kh¸c, kh«ng ¨n mßn kim lo¹i. + Th−êng lµm viÖc víi dÇu kho¸ng lµ chÊt láng dÔ ch¸y nªn ph¶i chó ý lµm m¸t m¸y. TruyÒn ®éng thuû lùc do cã nhiÒu −u ®iÓm nªn ®−îc sö dông ngµy cµng nhiÒu trong c«ng nghiÖp. §Ó kh¾c phôc nh÷ng nh−îc ®iÓm cña truyÒn ®éng thñy lùc, hiÖn nay ng−êi ta dïng c¸c lo¹i truyÒn ®éng liªn hîp nh− truyÒn ®éng thñy-c¬, ®iÖn-thuû-c¬ , thñy-khÝ-c¬ ... Trong ch−¬ng nµy tr×nh bµy lo¹i truyÒn ®éng thñy ®éng . I. S¬ ®å kÕt cÊu vµ nguyªn lý lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng: TruyÒn ®éng thuû ®éng lµ mét thiÕt bÞ tæ hîp, chñ yÕu gåm hai m¸y thuû lùc c¸nh dÉn lµ b¬m ly t©m vµ turbine thuû lùc, ®−îc sö dông réng r·i trong viÖc truyÒn c«ng suÊt lín víi vËn tèc cao trong c¸c ngµnh m¸y vËn chuyÓn (« t«, m¸y kÐo, xe t¨ng, tµu thuû, tµu ho¶). VÝ dô: truyÒn c«ng suÊt lín tõ ®éng c¬ ®Õn ch©n vÞt tµu thuû. Ph©n lo¹i : 1. Khíp nèi thuû lùc: lµ kÕt cÊu ®¬n gi¶n nhÊt cña truyÒn ®éng thuû ®éng, truyÒn momen quay tõ trôc dÉn (1) ®Õn trôc bÞ dÉn (2) mµ kh«ng thay ®æi momen ®ã. V× dïng m«i tr−êng chÊt láng lµ kh©u trung gian nªn coi ®©y lµ nèi mÒm c¸c trôc. 1
2 S¬ ®å bao gåm: - B¸nh b¬m (1) l¾p cè ®Þnh trªn trôc dÉn (5) nèi víi ®éng c¬ dÉn ®éng. - B¸nh tuabin (2) l¾p cè ®Þnh trªn trôc bÞ dÉn (4) - Vá (3) cña khíp nèi nèi víi b¸nh b¬m vµ l¾p lång kh«ng trªn trôc bÞ dÉn t¹o thµnh buång lµm viÖc chøa chÊt láng. Hai trôc dÉn vµ bÞ dÉn t¸ch rêi nhau, vá (3) cã thÓ quay lång kh«ng trªn trôc (4). Khi trôc dÉn (5) quay kÐo b¸nh b¬m (1) quay theo => chÊt láng ®−îc cung cÊp n¨ng l−îng vµ chuyÓn ®éng theo h−íng ly t©m ra khái b¸nh b¬m. Sau ®ã chÊt láng ®i vµo b¸nh turbine (2), qua c¸c r·nh dÉn gi÷a c¸c c¸nh vµ truyÒn n¨ng l−îng cho b¸nh tuabin lµm cho b¸nh TB quay cïng chiÒu víi b¸nh b¬m . Nh− vËy momen quay ®· truyÒn tõ trôc dÉn (5) ®Õn trôc bÞ dÉn (4), chÊt láng sau khi ra khái b¸nh turbine l¹i ®i vµo b¸nh b¬m thùc hiÖn qu¸ tr×nh tiÕp theo. Mçi phÇn tö chÊt láng thùc hiÖn ®ång thêi 2 chuyÓn ®éng : - TuÇn hoµn theo ph−¬ng tõ b¸nh b¬m (1) ®Õn turbine (2). - Quay vßng quanh trôc cña khíp nèi. ⇒ ChuyÓn ®éng tæng hîp lµ chuyÓn ®éng xo¾n èc. 2. BiÕn tèc thuû lùc: Sö dông khi cÇn biÕn ®æi momen quay gi÷a trôc dÉn vµ trôc bÞ dÉn, th−êng ®−îc dïng ®Ó t¨ng momen quay cña trôc bÞ dÉn v× sè vßng quay cña trôc bÞ dÉn th−êng nhá h¬n sè vßng quay cña trôc dÉn, khi ®ã biÕn tèc thuû lùc ®ãng vai trß mét hép gi¶m tèc. KÕt cÊu bao gåm: - B¸nh b¬m (1) l¾p cè ®Þnh trªn trôc dÉn (4) . - B¸nh turbine (3) l¾p cè ®Þnh trªn trôc bÞ dÉn (6) . - Bé phËn dÉn h−íng hay b¸nh ph¶n øng l¾p cè ®Þnh. Vá chøa chÊt láng t¹o thµnh buång lµm viÖc cña biÕn tèc thuû lùc. Nguyªn lý lµm viÖc : B¸nh ph¶n øng (bé phËn dÉn h−íng ) cã t¸c dông: - Thay ®æi h−íng dßng ch¶y cho phï hîp víi lèi vµo cña m¸ng dÉn b¸nh c«ng t¸c tiÕp theo (tr¸nh va ®Ëp) nhê gãc ®Æt c¸nh dÉn hîp lý. - Thay ®æi trÞ sè vËn tèc cña dßng ch¶y cho phï hîp víi yªu cÇu ë lèi vµo b¸nh c«ng t¸c ®Æt tiÕp sau nã. XÐt s¬ ®å: B¥M -> B¸NH PH¶N øNG -> TUA BIN ChÊt láng tõ b¸nh b¬m ®i vµo b¸nh ph¶n øng truyÒn cho BP¦ mét momen quay, nh−ng do b¸nh ®ã cè ®Þnh víi vá (kh«ng quay) nªn BP¦ truyÒn l¹i cho chÊt láng mét momen ®éng l−îng (moment ph¶n øng) vµ chÊt láng tiÕp tôc ®i vµo b¸nh turbine lµm tuabin quay. NÕu b¸nh ph¶n øng kh«ng g¾n víi vá cè ®Þnh nghÜa lµ cã thÓ quay tù do th× momen quay sÏ kh«ng ®æi khi truyÒn tõ trôc dÉn ®Õn trôc bÞ dÉn. Khi ®ã biÕn tèc thuû lùc lµm viÖc nh− mét khíp nèi thuû lùc. Nh− vËy dßng chÊt láng do b¬m t¹o nªn lÇn l−ît ®i qua c¸c m¸ng dÉn cña b¸nh ph¶n øng vµ b¸nh turbine, kÐo b¸nh tuabin quay víi vËn tèc gãc vµ moment thay ®æi tuú theo trÞ sè momen c¶n t¸c dông lªn b¸nh 2
turbine: tÝnh chÊt tù ®éng thay ®æi v« cÊp vËn tèc quay cña trôc bÞ dÉn tuú theo phô t¶i t¸c dông lªn trôc. II . C¸c th«ng sè lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng: 1. C¸c th«ng sè c¬ b¶n: a. C«ng suÊt trªn trôc dÉn (trôc b¸nh b¬m): γQH B N trB = ηBηP Q : l−u l−îng chÊt láng ch¶y tõ b¸nh b¬m ®Õn b¸nh turbine HB : cét ¸p do b¸nh b¬m t¹o ra ηB : hiÖu suÊt cña b¸nh b¬m ηP :hiÖu suÊt cña b¸nh ph¶n øng (nÕu cã) γ :träng l−îng riªng cña chÊt láng lµm viÖc b. C«ng suÊt lµm viÖc trªn trôc bÞ dÉn : NtrT = γ.Q.HB.ηT = NtrB.ηB.ηP.ηT = NtrB.η ηT :hiÖu suÊt cña b¸nh turbine η :hiÖu suÊt toµn phÇn cña truyÒn ®éng thuû ®éng . N trT η= = η B η P η T = η Q η H η CK N trB c. TØ sè truyÒn i cña truyÒn ®éng thuû ®éng: lµ tØ sè gi÷a sè vßng quay trôc bÞ dÉn víi sè vßng quay cña trôc dÉn. nT i= nB d. HÖ sè biÕn tèc K (hÖ sè biÕn ®æi momen) : M K= T MB η N Nn Mµ : N tr = M ω ⇒ M = ⇒ K = trT B = ⇒ η=K.i ω N trB n T i 2. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña truyÒn ®éng thuû ®éng : a. Ph−¬ng tr×nh moment : H×nh 7.5 - §èi víi b¸nh b¬m: 1 M B = ρ Q ( C 2 u D 2 − C 1u D 1 ) ; MB > 0 2 - §èi víi b¸nh turbine: MT < 0 1 M T = − ρQ(C 4 u D 4 − C 3u D 3 ) 2 - §èi víi b¸nh ph¶n øng: 1 M P = − ρQ ( C 6 u D 6 − C 5 u D 5 ) 2 MP cã thÓ d−¬ng hay ©m tuú theo h−íng t¸c dông cña nã trïng víi h−íng t¸c dông cña Moment b¸nh b¬m hoÆc ng−îc l¹i. Céng ®¹i sè : 1 ρQ (C2u D2 − C1u D1 + C4u D4 − C3u D3 + C6u D6 − C5u D5 ) M B + MT + M P = 2 Muèn cã hiÖu suÊt cao th× c¸c b¸nh bè trÝ rÊt s¸t nhau nªn kh«ng cã sù thay ®æi momen ®éng l−îng trong khe hë gi÷a c¸c b¸nh ⇒ momen ®éng l−îng = const khi qua khe hë. KÕt luËn : MB + MT + MP =0 : Tæng ®¹i sè c¸c momen quay trong truyÒn ®éng thuû ®éng b»ng 0. b. Ph−¬ng tr×nh c«ng suÊt vµ cét ¸p: 3
T¹i chÕ ®é æn ®Þnh c«ng suÊt cña b¸nh b¬m NB truyÒn phÇn lín cho trôc bÞ dÉn NT. PhÇn c«ng suÊt cßn l¹i dïng ®Ó kh¾c phôc søc c¶n do chuyÓn ®éng cña chÊt láng trong buång lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng. NB = NT + Nw (khi b¸nh ph¶n øng cè ®Þnh) NB = γQHB: c«ng suÊt thuû lùc do b¬m cung cÊp cho CL NT = γQHT: c«ng suÊt thuû lùc do CL cung cÊp cho b¸nh turbine Nw = γQhw: c«ng suÊt tiªu hao do tæn thÊt. VËy HB = HT + hw: HiÖu sè cét ¸p cña b¸nh b¬m vµ b¸nh turbine hoµn toµn dïng ®Ó kh¾c phôc tæn thÊt thuû lùc trong buång lµm viÖc cña truyÒn ®éng thuû ®éng. Tæn thÊt nµy gåm: hW = hB + hT + hPU Nh÷ng tæn thÊt nµy do: - Sù thay ®æi ®ét ngét h−íng chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y nhÊt lµ ë lèi vµo c¸c b¸nh ( t¸ch dßng ⇒ xo¸y + va ®Ëp ). - Ma s¸t ë bÒ mÆt c¸c m¸ng dÉn. - Tæn thÊt do sù thay ®æi vËn tèc dßng ch¶y (ë phÇn thu hÑp mÆt c¾t dßng ch¶y trong c¸c m¸ng dÉn). C¸c d¹ng n¨ng l−îng tæn thÊt nµy biÕn thµnh nhiÖt n¨ng lµm nãng bé truyÒn ⇒ chÊt láng cã thÓ bÞ ph©n huû vµ bèc ch¸y, do ®ã ph¶i chó ý ®Õn vÊn ®Ò lµm m¸t. HiÖn nay hiÖu suÊt cña KNTL cã thÓ ®¹t ®−îc ®Õn 98% vµ trong BTTL lµ 90%, víi liªn hîp thuû c¬ cã thÓ ®¹t ®−îc ®Õn 95%. ß2 . Khíp nèi thuû lùc: I. §Æc ®iÓm, tÝnh chÊt vµ c¸c th«ng sè cña KNTL 1. §Æc ®iÓm: KNTL chØ truyÒn momen quay cña ®éng c¬ mµ kh«ng thay ®æi trÞ sè momen. V× kh«ng cã b¸nh ph¶n øng nªn tõ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng momen: MB + MT=0 ⇒ MB= - MT §iÒu nµy phï hîp víi nguyªn lý t¸c dông vµ ph¶n t¸c dông cña Newton. Khi phô t¶i thay ®æi th× momen c¶n trªn trôc bÞ dÉn thay ®æi (t¨ng) th× sè vßng quay cña b¸nh turbine sÏ thay ®æi theo (gi¶m), chuyÓn ®éng cña chÊt láng trong buång lµm viÖc sÏ thay ®æi dÉn ®Õn sù thay ®æi cña momen quay cña turbine (t¨ng) sao cho c©n b»ng víi trÞ sè momen c¶n cña phô t¶i ⇒ moment b¸nh b¬m còng thay ®æi. V× vËy khíp nèi thuû lùc lµ lo¹i truyÒn ®éng tù ®éng. VÝ dô: Mc¶n t¨ng ⇒ sè vßng quay cña tuabin gi¶m ⇒ moment trªn trôc tuabin t¨ng lªn phï hîp víi phô t¶i. Së dÜ n T gi¶m ⇒ MT t¨ng lµ do 2 nguyªn nh©n sau : - L−u l−îng tuÇn hoµn qua b¸nh c«ng t¸c t¨ng v× lùc ly t©m cña turbine gi¶m ⇒ chÊt láng ®i vµo turbine nhiÒu h¬n . - Sù thay ®æi gãc ®é cña dßng ch¶y ë lèi vµo vµ lèi ra cña turbine lµm t¨ng ¸p lùc cña chÊt láng lªn c¸nh . Do cã tæn thÊt trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña chÊt láng tõ b¸nh b¬m ®Õn b¸nh turbine nªn NT < n NB, mµ MT = MB nªn nT lu«n lu«n nhá thua nB ⇒ TØ sè truyÒn: i = T < 1 nB HÖ sè tr−ît cña KNTL: lµ hiÖu sè gi÷a sè vßng quay gi÷a b¸nh b¬m vµ b¸nh turbine chia cho sè vßng quay cña b¸nh b¬m. nB − nT S= = 1− i nB HiÖu suÊt cña KNTL: NT MT nT n MT η= = ⇒ η = T = i (V× = 1) NB MB nB nB MB NhËn xÐt : 4
Khi hÖ sè tr−ît S = 0 tøc lµ sè vßng quay cña b¸nh b¬m vµ b¸nh turbine lµ nh− nhau th× ¸p suÊt do lùc ly t©m ë cöa ra cña b¸nh b¬m vµ cöa vµo cña b¸nh turbine lµ nh− nhau nªn chÊt láng sÏ kh«ng thÓ cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi tõ b¸nh b¬m ®Õn b¸nh turbine ®−îc. Khi ®ã chÊt láng sÏ quay cïng víi khíp nèi nh− mét vËt r¾n. L¦U L¦îNG chuyÓn ®éng trong khíp nèi thuû lùc b»ng 0 vµ momen M=0. VËy khíp nèi thuû lùc chØ truyÒn ®−îc N vµ M khi nT
π π N max = M B ω B = λ M TL γD 5 n 3 λ N TL = λM ⇒ V× B 30 30 TL λM TL vµ λN TL ®−îc x¸c ®Þnh dùa vµo kÕt qu¶ thùc nghiÖm qua ®å thÞ λM TL =f(i) hay f(s) . Tõ c¸c th«ng sè trªn , nÕu cho tr−íc c¸c th«ng sè NN,γN ,nN cña KNTL nguyªn h×nh vµ biÕt c¸c th«ng sè NM, γM , nM, DM th× cã thÓ tÝnh ®−îc ®−êng kÝnh lín nhÊt cña khíp nèi thuû lùc nguyªn h×nh (thùc) DN. DN còng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : 1  N max  5 D=   λN ⋅ γ ⋅ n3   TL B 3. TÝnh sè c¸nh dÉn Z : a) §èi víi b¸nh b¬m : X¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm: H×nh 7.7 - §èi víi khíp nèi thuû lùc mµ b¸nh c«ng t¸c cã vµnh trong: ZB=1,39.D0,52 - §èi víi KNTL mµ b¸nh c«ng t¸c kh«ng cã vµnh trong: ZB=8,65.D0,279 D : §−êng kÝnh lín nhÊt tÝnh b»ng mm. b) §èi víi b¸nh turbine : ZT th−êng lÖch víi ZB vµi c¸nh ®Ó tr¸nh sù trïng pha va ®Ëp. III . §−êng ®Æc tÝnh cña KNTL: C¸c ®−êng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm ®ãng vai trß quan träng trong viÖc hoµn thiÖn c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n , ®¸nh gi¸ tÝnh n¨ng lµm viÖc vµ sù tiÖn lîi trong qu¸ tr×nh sö dông. Trong truyÒn ®éng thuû ®éng, ng−êi ta gäi c¸c th«ng sè dïng trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ nh− H, Q, nB lµ th«ng sè trong ; cßn c¸c th«ng sè ®Ó ®Æt hµng, chän, sö dông m¸y nh− N , M , η vµ nT lµ th«ng sè ngoµi. 1. §−êng ®Æc tÝnh ngoµi: §©y lµ ®−êng biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè ngoµi. Nã biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a momen quay M, c«ng suÊt NB , NT, hiÖu suÊt η víi nT khi nB=const. §−êng nµy ®−îc x©y dùng b»ng thùc nghiÖm. 1) ChÕ ®é kh«ng t¶i : NB = NT = 0 ; η = 0 M B = M T = 0 ; s = 0 ; nB = n T ; η ≈ ηmax = 0,95 ÷ 0,98 2) ChÕ ®é tÝnh to¸n : 3) ChÕ ®é h·m : (TBin ®øng yªn): Mmax; NBmax; NT = 0 ; nT = 0 Khi ®ã toµn bé c«ng suÊt bé truyÒn biÕn thµnh nhiÖt n¨ng VÝ dô : ¤ t« dïng khíp nèi thuû lùc ®Ó truyÒn ®éng. - ¤ t« dõng : §éng c¬ lµm viÖc, c¾t ly hîp ⇒ khíp nèi ë chÕ ®é kh«ng t¶i. - ¤ t« chuyÓn ®éng víi v max ⇒Khíp nèi thuû lùc ë chÕ ®é tÝnh to¸n ηmax. - ¤ t« lªn dèc: ⇒ Lµm viÖc gi÷a ®iÓm 2 vµ 3. - ¤ t« tr−ît trong bïn: B¸nh kh«ng quay, ®éng c¬ lµm viÖc víi Moment c¶n cùc ®¹i, khíp nèi lµm viÖc ë chÕ ®é h·m. NhËn xÐt : Khi nT t¨ng tõ 0 ®Õn nB th× M gi¶m ⇒ c«ng suÊt trªn trôc chñ ®éng NB gi¶m (v× NB = M.ωB; mµ - ωB=const). - Khi nT=0 vµ nT =nB th× NT= 0 ; trong kho¶ng gi÷a 2 trÞ sè nµy N T cã gi¸ trÞ cùc ®¹i . nT §−êng η lµ ®−êng th¼ng v× : η = i = - nB Khi nT → nB th× NT → 0, momen quay chØ ®ñ th¾ng momen c¶n do ma s¸t vµ hiÖu suÊt vÒ gi¸ trÞ 0 chø kh«ng thÓ lªn gi¸ trÞ 1. 2 . §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp : 6
Trong thùc tÕ khíp nèi cã thÓ lµm viÖc víi nh÷ng ®éng c¬ cã sè vßng quay thay ®æi (nB=var) => sö dông ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp, biÓu diÔn quan hÖ gi÷a M víi nT khi nB thay ®æi , ngoµi ra cßn cã nh÷ng ®−êng cong biÓu diÔn sù thay ®æi M víi c¸c gi¸ trÞ hiÖu suÊt lµ nh− nhau (®−êng ®ång hiÖu suÊt). 3 . §−êng ®Æc tÝnh qui dÉn : Dïng ®Ó so s¸nh c¸c khíp nèi cã kÕt cÊu, kÝch th−íc, chÊt láng lµm viÖc kh¸c nhau. §−êng nµy x©y dùng trªn c¬ së gi¸ trÞ thùc nghiÖm vµ dùa theo c«ng thøc t−¬ng tù, víi c¸c ®¹i l−îng quy dÉn sau: D = 1 m nB=1v/ph γ=1N/m3 M=λM TL=λM Khi ®ã ta cã: Nh− vËy λM lµ momen cña khíp nèi quy dÉn (m« h×nh) t−¬ng tù víi khíp nèi nguyªn h×nh, khíp nèi thuû lùc m« h×nh cã c¸c th«ng sè ®· nªu trªn. λM = f(i) ®Æc tr−ng cho momen quay cña mét lo¹t khíp nèi t−¬ng tù víi khíp nèi thuû lùc m« h×nh ®−îc chän . n V× nB=1 v/ph nªn i = nT i= T nB NÕu cã khíp nèi thuû lùc cã cïng d¹ng kÕt cÊu vµ hÖ thèng c¸nh dÉn nh−ng lµm viÖc víi chÊt láng kh¸c nhau th× ®Æc tÝnh qui dÉn sÏ kh¸c nhau. Kh¶o s¸t ®−êng ®Æc tÝnh qui dÉn øng víi hai tr−êng hîp : chÊt láng chøa ®Çy hoÆc kh«ng ®Çy buång lµm viÖc cña khíp nèi thuû lùc . - Chøa ®Çy: Khi thÓ tÝch chÊt láng chiÕm kho¶ng 90% thÓ tÝch buång lµm viÖc (®· kh¶o s¸t). - Chøa kh«ng ®Çy: Khi thÓ tÝch chÊt láng nhá h¬n 90% thÓ tÝch buång lµm viÖc. §−êng ®Æc tÝnh trong tr−êng hîp chøa kh«ng ®Çy sÏ cho thÊy ®−êng M bÞ uèn gËp côc bé vµ kh«ng liªn tôc , do ®ã xuÊt hiÖn vïng lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh ( M dao ®éng ®ét ngét ) . Gi¶i thÝch : Khi chÊt láng kh«ng ®Çy nã cã thÓ chuyÓn ®éng trong buång lµm viÖc theo 2 tr¹ng th¸i : - ChuyÓn ®éng theo vßng khÐp kÝn nhá khi chÊt láng ch¶y vµo b¸nh b¬m víi b¸n kÝnh lín . - ChuyÓn ®éng theo vßng khÐp kÝn lín khi chÊt láng ch¶y vµo b¸nh b¬m víi b¸n kÝnh nhá nhÊt .(h×nh 7.13) Sù biÕn ®æi tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng tõ vßng khÐp kÝn nhá sang vßng khÐp kÝn lín diÔn ra ®ét ngét lµm momen quay t¨ng vät. Trong kho¶ng qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c khíp nèi lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh. §Ó kh¾c phôc hiÖn t−îng nµy ng−êi ta ®Æt ®Üa ch¾n ë lèi ra cña b¸nh turbine ⇒ chÊt láng kh«ng thÓ chuyÓn ®éng theo vßng khÐp kÝn lín ⇒ khíp nèi thuû lùc chøa kh«ng ®Çy chÊt láng sÏ lµm viÖc æn ®Þnh (ë tr¹ng th¸i vßng khÐp kÝn nhá). IV . Ph©n lo¹i: 1. Ph©n lo¹i theo kÕt cÊu: - Khíp nèi thuû lùc cã vµnh trong: cã t¸c dông lµm cho dßng ch¶y h×nh thµnh trong buång lµm viÖc tèt h¬n ( lu«n lu«n chuyÓn ®éng ë tr¹ng th¸i vßng khÐp kÝn lín). - Khíp nèi thuû lùc kh«ng cã vµnh trong: chÊt láng lµm viÖc tù nã chuyÓn ®éng theo quÜ ®¹o tèt nhÊt, dßng ch¶y Ýt bÞ tæn thÊt n¨ng l−îng nhÊt. - Khíp nèi thuû lùc chØ cã mét b¸nh c«ng t¸c cã vµnh trong. - Khíp nèi thuû lùc kÐp: dïng khi cÇn gi¶m kÝch th−íc ®−êng kÝnh do thiÕu chç bè trÝ, nã gåm hai khíp nèi ghÐp song song. Theo kÕt cÊu bªn trong c¸nh dÉn : - KÕt cÊu thuû lùc c¸nh ph¼ng h−íng kÝnh. - KÕt cÊu thuû lùc c¸nh cong: kÕt cÊu phøc t¹p h¬n nh−ng truyÒn ®−îc c«ng suÊt lín h¬n so víi lo¹i c¸nh ph¼ng khi hai khíp nèi cïng kÝch th−íc vµ hiÖu suÊt. 2. Ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt ®iÒu chØnh: - Khíp nèi thuû lùc kh«ng ®iÒu chØnh: vËn tèc quay cña trôc dÉn nB=const, nT chØ phô thuéc vµo momen t¶i träng ®Æt trªn trôc bÞ dÉn . §Ó kh¾c phôc sù t¨ng momen ®ét ngét khi hÖ sè tr−ît s t¨ng , ngoµi viÖc dïng ®Üa ch¾n , trong kÕt cÊu cña khíp nèi thuû lùc cßn sö dông buång phô 2. Tuú theo momen c¶n trªn trôc bÞ dÉn, l−îng chÊt láng chøa trong buång lµm viÖc sÏ tù ®éng thay ®æi nhê cã buång phô th«ng víi nã. Khi s t¨ng th× l−îng chÊt láng trong buång lµm viÖc gi¶m lµm cho momen truyÒn kh«ng t¨ng ®ét ngét . 7
- Khíp nèi thuû lùc ®iÒu chØnh ®−îc: nT kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo Mc¶n mµ cßn phô thuéc vµo vÞ trÝ c¬ cÊu ®iÒu chØnh. C¬ cÊu nµy dïng ®Ó thay ®æi l−îng chÊt láng lµm viÖc trong khíp nèi, ®−îc ®iÒu chØnh b»ng tay hay tù ®éng. 3. Ph©n lo¹i theo c«ng suÊt truyÒn: Lo¹i nhá vµ trung b×nh ≤1000kW . - >1000kW - Lo¹i lín ß3. BiÕn tèc thuû lùc I . Ph©n lo¹i biÕn tèc thuû lùc vµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n: 1 . Ph©n lo¹i : a ) Ph©n lo¹i theo thø tù c¸c b¸nh trong buång lµm viÖc: B – T – P ( thuËn ) B – P – T (nghÞch ): trôc bÞ ®éng vµ chñ ®éng ng−îc chiÒu quay b ) Ph©n lo¹i theo kiÓu b¸nh turbine: Ly t©m; H−íng t©m; H−íng trôc; T©m trôc c ) Ph©n lo¹i theo sè cÊp (sè b¸nh turbine) : - 1 cÊp: 1 b¸nh B¬m ; 1 b¸nh T ; 1, 2 b¸nh P - 2 cÊp : 1 b¸nh B¬m ; 2 b¸nh T ; 1, 2 b¸nh P. - 3 cÊp : 1 b¸nh B¬m ; 3 b¸nh T ; 2, 3 b¸nh P. Kh«ng chÕ t¹o sè cÊp lín h¬n v× kÕt cÊu phøc t¹p mµ chØ tiªu kinh tÕ kh«ng t¨ng nhiÒu d ) Ph©n lo¹i theo sè buång lµm viÖc : Lo¹i nµy dïng ®Ó ®¶o chiÒu hoÆc thay ®æi vËn tèc trong bé truyÒn b»ng c¸ch ®æ ®Çy hoÆc th¸o chÊt láng ra lÇn l−ît c¸c buång. e ) Ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt lµm viÖc cña b¸nh ph¶n øng: - B¸nh ph¶n øng cè ®Þnh ë mäi chÕ ®é. - B¸nh ph¶n øng cã thÓ quay (BiÕn tèc thuû lùc hçn hîp), cã thÓ lµm nhiÖm vô biÕn tèc hoÆc khíp nèi. Khi tØ sè truyÒn ®¹t ®Õn tØ sè qui ®Þnh, hiÖu suÊt gi¶m ®Õn møc cho phÐp th× b¸nh ph¶n øng sÏ tù quay tù do trong chÊt láng vµ biÕn tèc thuû lùc biÕn thµnh khíp nèi thuû lùc (môc ®Ých ®Ó t¨ng hiÖu suÊt). g ) BiÕn tèc thuû lùc kh«ng ®¶o chiÒu vµ ®¶o chiÒu: (trôc bÞ dÉn) Dïng lo¹i ®¶o chiÒu trong ®éng c¬ tµu thuû ®Ó tµu tiÕn hay lïi. Nh−îc ®iÓm c¬ b¶n: Thay ®æi momen quay Ýt (2÷3 lÇn), nÕu t¨ng h¬n th× hiÖu suÊt gi¶m. §èi víi m¸y vËn chuyÓn th−êng kÕt hîp lo¹i thuû-c¬ (cã biÕn tèc c¬ khÝ lo¹i vi sai hµnh tinh). Thuû lùc: ªm, v« cÊp. C¬ khÝ : b¶o ®¶m tØ sè vËn tèc t¨ng, η chung cao . 2. Nguyªn lý lµm viÖc vµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n: Khi ®éng c¬ quay th× b¸nh b¬m quay theo, dßng chÊt láng qua b¸nh b¬m sÏ ®−îc cung cÊp n¨ng l−îng. V× vËy khi ra khái b¸nh b¬m, n¨ng l−îng cña nã lµ lín nhÊt. Khi chuyÓn qua TB dßng chÊt láng truyÒn n¨ng l−îng cho b¸nh c«ng t¸c. N¨ng l−îng dßng ch¶y biÕn thµnh c¬ n¨ng vµ do ®ã n¨ng l−îng dßng ch¶y gi¶m dÇn. Khi qua b¸nh ph¶n øng , chÊt láng vµ b¸nh c«ng t¸c kh«ng cã sù trao ®æi n¨ng l−îng v× b¸nh ph¶n øng cè ®Þnh; nh−ng cã sù thay ®æi momen ®éng l−îng do vËn tèc tr−íc vµ sau b¸nh ph¶n øng thay ®æi. Sau ®ã chÊt láng l¹i ®−îc B¬m cung cÊp n¨ng l−îng vµ lÆp l¹i chu tr×nh cò. Vßng chÊt láng lµm viÖc lµ tuÇn hoµn kÝn. S¬ ®å truyÒn momen ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ. Nh− vËy b¸nh ph¶n øng lµm nhiÖm vô : - DÉn dßng chÊt láng tõ b¬m ®Õn TB sao cho tæn thÊt lµ Ýt nhÊt. - T¹o ra momen t¸c dông lªn dßng ch¶y. Momen trªn b¸nh b¬m: (sù thay ®æi momen ®éng l−îng cña cña dßng ch¶y MB=ρ.Q.(C2uB.r2B - C1uB.r1B) qua b¬m) 8
Sù thay ®æi momen ®éng l−îng cña dßng chÊt láng trong b¬m ph¶n øng sinh ra M p t¸c dông lªn b¸nh c«ng t¸c. Momen nµy ng−îc chiÒu víi M p t¸c dông lªn chÊt láng. MP =ρ.Q.(C2uP. r2P - C1uP .r1P) Do momen ®éng l−îng cña dßng chÊt láng trong TB gi¶m, v× vËy t¹o MT do chÊt láng t¸c dông lªn b¸nh c«ng t¸c, Momen nµy còng ng−îc chiÒu víi M cña b¸nh c«ng t¸c t¸c dông lªn dßng chÊt láng: MT=ρ.Q.(C2uT.r2T - C1uT.r1T) ⇒ MB + MP = - MT Ta cã : MT + M B + M P = 0 VËy trong biÕn tèc cã c¶ sù thay ®æi vÒ vËn tèc lÉn momen trªn trôc bÞ ®éng so víi trôc chñ ®éng. MT , MB kh«ng thay ®æi dÊu, chØ thay ®æi vÒ gi¸ trÞ. Cßn MP cã thÓ thay ®æi c¶ gi¸ trÞ vµ dÊu. C¸c th«ng sè c¬ b¶n: n i= 2 ; - TØ sè truyÒn: n1 , n2 lµ sè vßng quay cña trôc b¬m vµ trôc TB. n1 M M K= 2 = T - HÖ sè biÕn ®æi momen: M1 M B C«ng thøc nµy kh«ng tÝnh ®Õn M ms ë æ vµ ma s¸t ®Üa. N η = 2 = K .i - HiÖu suÊt : N1 3. C©n b»ng n¨ng l−îng trong biÕn tèc thuû lùc: XÐt biÕn tèc B –T – P Cét ¸p lý thuyÕt cña B dïng ®Ó t¹o nªn cét ¸p h÷u Ých (hay lý thuyÕt) cña T vµ dïng ®Ó kh¾c phôc søc c¶n trong c¸c b¸nh c«ng t¸c. II . §−êng ®Æc tÝnh cña biÕn tèc thuû lùc: 1. §Æc tÝnh lý thuyÕt BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a MB , MT víi sè vßng quay trªn trôc bÞ ®éng n2 (hay tØ sè truyÒn i) khi Q vµ n1 kh«ng ®æi . ∗ Víi MB: MB=ρ.Q.(C2uB.r2B - C1uB.r1B) XÐt biÕn tèc B – T – P : V× C1uB.r1B = C2uP.r2P MB=ρ.Q.(C2uB.r2B - C2uP.r2P) Nªn Cu = U - Cm.ctgβ Do MB=ρ.Q.[ (U2B - C2mB.ctgβ2B).r2B - (U2P - C2mP.ctgβ2P).r2P] V× b¸nh ph¶n øng cè ®Þnh nªn u 2 p = 0; NÕu lÊy C2mB=C2mP=Cm [ ] M B = ρQ ωBr22B + Cm (ctgβ2 p r2 p − ctgβ2 Br2 B )   ctgβ 2 p r2 p ctgβ 2 B r2 B  Q Thay c m = => M B = ρQ ωB r22B + Q  − F F2 B  F     2p Trong ph−¬ng tr×nh M B kh«ng chøa tØ sè truyÒn i , v× vËy : KÕt luËn : khi Q =const, nB=const th× MB kh«ng phô thuéc i . V× vËy ®−êng MB lµ ®−êng song song víi trôc i , do ®ã ®iÒu kiÖn ®Ó M B kh«ng thay ®æi lµ l−u l−îng dßng ch¶y trong biÕn tèc kh«ng ®æi vµ ωB = const ∗ Víi MT : M T = ρ ⋅ Q ⋅ (C1uT ⋅ r1T − C 2 uT ⋅ r2 T ) = ρ ⋅ Q ⋅ (C 2 uB ⋅ r2 B − C 2 uT ⋅ r2 T ) c u = U − C m ctgβ Thay 9
[( )] ) ( M T = ρ ⋅ Q ⋅ u 2 B − c 2 m B ctgβ 2 B ⋅ r2 B − u 2 T − c 2 m T ctgβ 2 T ⋅ r2 T NhËn xÐt:  ]  ctgβ 2 T r2T ctgβ 2 B r2 B  M T = ρQ ωB r22B + Q −  −iωB r22T F F2 B     2T + M T tØ lÖ víi l−u l−îng Q vµ tØ lÖ bËc 1 víi i. + NÕu Q thay ®æi th× quan hÖ nµy rÊt phøc t¹p v× Q phô thuéc i . + NÕu Q = const th× MT lµ ®−êng bËc 1 theo i . M T lín nhÊt ë tØ sè truyÒn i = 0:  ctgβ 2T ⋅ r2T ctgβ 2 B ⋅ r2 B   M T 0 = ρ ⋅ Q ⋅ ω B ⋅ r22B + Q ⋅  −    F2T F2 B    M T = 0 : tØ sè truyÒn ë chÕ ®é kh«ng t¶i ikt , ikt ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng tr×nh:  ctgβ 2T ⋅ r2T ctgβ 2 B ⋅ r2 B  ωB ⋅ r22B + Q ⋅  −    F2T F2 B   ikt = ωB ⋅ r2T2 i cã thÓ lín hoÆc nhá h¬n 1, th«ng th−êng i n»m trong kho¶ng tõ 0,6 ®Õn 1,7. ∗ §−êng hiÖu suÊt : N T M T ⋅ ωT M T η= = = ⋅i N B M B ⋅ ωB M B Thay gi¸ trÞ M T , M B vµo råi biÕn ®æi ta cã : ρ⋅Q η = i⋅ (a ⋅ i + b ) = c ⋅ i 2 + d (®−êng parabol) . MB HiÖu suÊt lín nhÊt khi i = i * . ∗ Kh¶o s¸t c¸c ®iÓm ®Æc tr−ng : §iÓm 1: chÕ ®é kh«ng t¶i: M T = 0; N B ≠ 0 ; ikt cã thÓ >1 hoÆc 0 ⇒MT > MB • Cµng gÇn ®iÓm 2: MP cµng gi¶m • T¹i ®iÓm 2: MP= 0 • Bªn ph¶i ®iÓm 2: MP
- §iÓm 3: ChÕ ®é quay ®ång bé : nB=nT ⇒ i = 1 §iÓm nµy cã ë biÕn tèc cã ikt > 1 . Khi nB = nT th× gi÷a B vµ T kh«ng chØ cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi, v× vËy cã thÓ nèi cøng B vµ T b»ng ly hîp ma s¸t ®Ó truyÒn c«ng suÊt th¼ng tõ ®éng c¬ ®Õn bé phËn c«ng t¸c, gi¶m tæn thÊt trong biÕn tèc => chÕ ®é truyÒn th¼ng . §iÓm 4 : T−¬ng øng víi ηmax , gäi lµ chÕ ®é tÝnh to¸n. - §iÓm 5 : ChÕ ®é dõng: i = 0, η=0 - MT=Mmax ( cùc ®¹i ) Trong chÕ ®é nµy c«ng suÊt biÕn thµnh nhiÖt , « t« m¸y kÐo sö dông biÕn tèc thuû lùc khi khëi ®éng th× dïng chÕ ®é nµy . Trªn ®©y lµ ®Æc tÝnh lý thuyÕt ( tøc Q kh«ng ®æi hay Q = const ) , trªn thùc tÕ nhiÒu th«ng sè cã sù biÕn ®éng nªn chóng ta ph¶i kh¶o s¸t ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cña biÕn tèc . 2 . C¸c ®−êng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cña biÕn tèc : Bao gåm : §Æc tÝnh ngoµi §Æc tÝnh tæng hîp §Æc tÝnh qui dÉn §Æc tÝnh trªn trôc chñ ®éng cña biÕn tèc a ) §Æc tÝnh ngoµi : BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a M 1 , M 2 theo n 2 ( i ) khi n 1 = const ( tøc n 1 kh«ng ®æi ) . NhËn xÐt : M C t¨ng th× n 2 gi¶m , v× vËy M 2 t¨ng ®Ó c©n b»ng M C . DO ®ã biÕn tèc cã thÓ tù ®éng ®iÒu chØnh M 2 vµ n 2 ®Ó thÝch hîp víi M C t¹o thµnh hép sè v« cÊp - ®ã lµ −u ®iÓm . Nh−îc ®iÓm: hiÖu suÊt lµ ®−êng parabol. Do vËy ë vïng i thÊp hay i cao th× η ®Òu thÊp . b ) §Æc tÝnh tæng hîp : §Æc tÝnh ngoµi x©y dùng víi n 1 = const (tøc n 1 kh«ng ®æi). V× th«ng th−êng n 1 hay thay ®æi nªn ph¶i x©y dùng ®Æc tÝnh tæng hîp biÓu diÔn quan hÖ gi÷a M 1 , M 2 theo n 2 øng víi c¸c gi¸ trÞ n 1 kh¸c nhau . c ) §Æc tÝnh qui dÉn : BiÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a hÖ sè biÕn ®æi momen K , hÖ sè momen trªn trôc chñ ®éng λ1 , hiÖu suÊt η víi tØ sè truyÒn i. §−êng nµy cho phÐp ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c biÕn tèc kh¸c nhau , ®ång thêi lùa chän biÕn tèc cho ®éng c¬ . §èi víi mét biÕn tèc cho tr−íc , ®−êng qui dÉn cña nã kh«ng thay ®æi khi n 1 , D thay ®æi . §−êng λ1 cã thÓ cã c¸c d¹ng kh¸c nhau : i t¨ng λ1 gi¶m - i t¨ng λ1 kh«ng thay ®æi mÊy - i t¨ng λ1 t¨ng hoÆc λ1 t¨ng råi l¹i gi¶m - KÝ hiÖu π = λ1max lµ hÖ sè ¶nh h−ëng . λ1m Trong ®ã λ1max lµ hÖ sè momen lín nhÊt ( th«ng th−êng lµ hÖ sè momen ë chÕ ®é i = 0 hoÆc ë gÇn chÕ ®é nµy ). λ1m lµ hÖ sè momen ë chÕ ®é khíp nèi M1 = M 2 hay K = 1 . NÕu π > 1,4 : BiÕn tèc cã hÖ sè ¶nh h−ëng thuËn . BiÕn tèc nµy cã M 1 thay ®æi khi t¶i träng thay ®æi , ®−îc gäi lµ biÕn tèc nh¹y c¶m . π ≈1 : BiÕn tèc kh«ng nh¹y c¶m . 11
π 1 ) . 2, 3 . §Æc tÝnh ngoµi toµn phÇn cña biÕn tèc thuû lùc : C¸c ®Æc tÝnh trªn ®Òu x©y dùng ë chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng cña biÕn tèc , ta gäi lµ chÕ ®é kÐo . Ngoµi ra biÕn tèc cã thÓ ®−îc lµm viÖc víi nh÷ng chÕ ®é kh¸c nhau , v× vËy ph¶i kh¶o s¸t ®Æc tÝnh toµn phÇn . - Do t¸c dông cña M can trªn trôc T cã khi b¸nh T quay ng−îc chiÒu víi b¸nh B ta gäi ®ã lµ chÕ ®é quay ng−îc . Trong chÕ ®é nµy cét ¸p T t¸c dông ng−îc trë l¹i cét ¸p b¬m . Q = QB + QT L−u l−îng dßng c¬ b¶n : sÏ gi¶m dÇn v× Q T ng−îc chiÒu Q B , Q = 0 t¹i mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña M can , sau ®ã dßng ch¶y ®æi dÊu nh−ng M T vµ M B kh«ng ®æi dÊu , gi¸ trÞ cña M B kh«ng thay ®æi nhiÒu . Khi Q = 0 , do ma s¸t nªn M T vµ M B kh«ng gi¶m tíi 0 . - ChÕ ®é v−ît : T¹i chÕ ®é nµy T quay cïng chiÒu víi B nh−ng nhanh h¬n . B ®ãng vai trß cña T vµ T sÏ ®ãng vai trß cña B . N¨ng l−îng truyÒn tõ trôc bÞ ®éng sang trôc chñ ®éng . Trong chÕ ®é nµy M T ↓→< 0 , H T > H B , Q ↓→ 0 , sau ®ã dßng chÊt láng ®æi chiÒu chuyÓn ®éng tõ T sang B . M T ®æi dÊu cßn M B gi¶m , sau ®ã ®æi dÊu vµ l¹i t¨ng . C¸c chÕ ®é nµy th−êng xuÊt hiÖn khi « t« lªn xuèng dèc . 12
ß4. §−êng ®Æc tÝnh cña khíp nèi thuû lùc I. §−êng ®Æc tÝnh ngoµi: biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè ngoµi. §ã lµ mèi quan hÖ gi÷a momen quay M, c«ng suÊt N B , N T , hiÖu suÊt η theo n T khi n B = const .§−êng nµy ®−îc x©y dùng b»ng thùc nghiÖm. H.4.2: §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp H.4.1: §−êng ®Æc tÝnh ngoµi a) ChÕ ®é kh«ng t¶i: η=0 M B = M T = 0; s = 0; nB = n T ; NB = NT = 0; b) ChÕ ®é tÝnh to¸n: η ≈ ηmax = 0,95 ÷ 0,98 c) ChÕ ®é h·m: (Tuabin ®øng yªn): Mmax; NBmax ; NT = 0 ; nT = 0 Khi ®ã toµn bé c«ng suÊt bé truyÒn biÕn thµnh nhiÖt n¨ng. VÝ dô: ¤ t« dïng khíp nèi thuû lùc ®Ó truyÒn ®éng. - ¤ t« dõng: §éng c¬ lµm viÖc, c¾t ly hîp ⇒ khíp nèi ë chÕ ®é kh«ng t¶i. - ¤ t« chuyÓn ®éng víi v max ⇒Khíp nèi thuû lùc ë chÕ ®é tÝnh to¸n ηmax. - ¤ t« tr−ît trong bïn : B¸nh kh«ng quay, ®éng c¬ lµm viÖc víi Moment c¶n cùc ®¹i, khíp nèi lµm viÖc ë chÕ ®é h·m. NhËn xÐt : - Khi nT t¨ng tõ 0 ®Õn nB th× momen M gi¶m ⇒ c«ng suÊt trªn trôc chñ ®éng NB gi¶m (v× NB = M.ωB; mµ ωB=const). - Khi nT=0 vµ nT =nB th× c«ng suÊt NT= 0 ; trong kho¶ng gi÷a 2 trÞ sè nµy N T cã gi¸ trÞ cùc ®¹i . n - §−êng η lµ ®−êng th¼ng v× : η = i = T nB - Khi nT→nB th× khi ®ã c«ng suÊt NT→0, momen quay chØ ®ñ th¾ng momen c¶n do ma s¸t vµ hiÖu suÊt vÒ gi¸ trÞ 0 chø kh«ng thÓ lªn gi¸ trÞ 1. 2. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp: Trong thùc tÕ khíp nèi cã thÓ lµm viÖc víi nh÷ng ®éng c¬ cã sè vßng quay thay ®æi (nB=var) nªn ta sö dông ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp, biÓu diÔn quan hÖ gi÷a M víi nT khi nB thay ®æi , ngoµi ra cßn cã nh÷ng ®−êng cong biÓu diÔn sù thay ®æi M víi c¸c gi¸ trÞ η lµ nh− nhau (®−êng ®ång hiÖu suÊt). 3. §−êng ®Æc tÝnh qui dÉn: 13
H 4.4: Tr−êng hîp chøa kh«ng ®Çy H 4.3: §−êng ®Æc tÝnh qui dÉn Dïng ®Ó so s¸nh c¸c khíp nèi t−¬ng tù cã kÕt cÊu, kÝch th−íc, chÊt láng lµm viÖc kh¸c nhau. §−êng nµy x©y dùng trªn c¬ së kÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ dùa theo c«ng thøc t−¬ng tù, víi c¸c ®¹i l−îng quy dÉn sau: D = 1m; nB=1v/ph; γ=1N/m3⇒ M= λM (c¸c th«ng sè cña KNTL quy dÉn) λ M lµ momen truyÒn bëi khíp nèi thuû lùc quy dÉn (m« h×nh), t−¬ng tù víi khíp nèi nguyªn h×nh, khíp nèi thuû lùc m« h×nh cã c¸c th«ng sè ®· nªu trªn. n i= T V× nB =1v/ph nªn i = nT nB λM = f(i) ®Æc tr−ng cho momen quay cña mét lo¹t khíp nèi t−¬ng tù víi khíp nèi thuû lùc m« h×nh ®−îc chän. NÕu c¸c khíp nèi thuû lùc cã cïng d¹ng kÕt cÊu vµ hÖ thèng c¸nh dÉn nh−ng lµm viÖc víi chÊt láng cã ®é nhít kh¸c nhau th× ®Æc tÝnh qui dÉn sÏ kh¸c nhau. Kh¶o s¸t ®−êng ®Æc tÝnh qui dÉn øng víi hai tr−êng hîp : chÊt láng chøa ®Çy hoÆc kh«ng ®Çy buång lµm viÖc cña khíp nèi thuû lùc . - Chøa ®Çy : Khi thÓ tÝch chÊt láng chiÕm kho¶ng 90% thÓ tÝch buång lµm viÖc. - Chøa kh«ng ®Çy: Khi thÓ tÝch chÊt láng nhá h¬n 90% thÓ tÝch buång lµm viÖc. §−êng ®Æc tÝnh trong tr−êng hîp chøa kh«ng ®Çy sÏ cho thÊy ®−êng M bÞ uèn gËp côc bé vµ kh«ng liªn tôc, do ®ã xuÊt hiÖn vïng lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh (M dao ®éng ®ét ngét). Gi¶i thÝch : H.4.5: ChÊt láng chøa kh«ng ®Çy buång lµm viÖc Khi chÊt láng kh«ng ®Çy nã cã thÓ chuyÓn ®éng trong buång lµm viÖc theo 2 tr¹ng th¸i: - ChuyÓn ®éng theo vßng khÐp kÝn nhá khi chÊt láng ch¶y vµo b¸nh b¬m víi b¸n kÝnh lín (h×nh 4.5 c). - ChuyÓn ®éng theo vßng khÐp kÝn lín khi chÊt láng ch¶y vµo b¸nh b¬m víi b¸n kÝnh nhá nhÊt(h×nh 4.5 d). Sù biÕn ®æi tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng tõ vßng khÐp kÝn nhá sang vßng khÐp kÝn lín diÔn ra ®ét ngét lµm momen quay t¨ng vät . Trong kho¶ng qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c khíp nèi lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh . 14
§Ó kh¾c phôc hiÖn t−îng nµy ng−êi ta ®Æt ®Üa ch¾n ë lèi ra cña b¸nh turbine ⇒ chÊt láng kh«ng thÓ chuyÓn ®éng theo vßng khÐp kÝn lín ⇒ khíp nèi thuû lùc chøa kh«ng ®Çy chÊt láng sÏ lµm viÖc æn ®Þnh ( ë tr¹ng th¸i vßng khÐp kÝn nhá ). H.4.6: II . §Æc tÝnh cña biÕn tèc thuû lùc: 1 . §Æc tÝnh lý thuyÕt: BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a MB, MT víi sè vßng quay trªn trôc bÞ ®éng n2 (hay tØ sè truyÒn i) khi Q vµ n1 kh«ng ®æi. Moment trªn trôc b¸nh b¬m: H.4.7: §Æc tÝnh cña biÕn tèc thuû lùc Víi M B ta cã : MB = ρQ(C2uB.R2B - C1uB.R1B) XÐt biÕn tèc B-T-P, v× C1uB.R1B = C2uP.R2P MB = ρQ(C2uB.R2B - C2uP.R2P ) Nªn Do C u = U − C m ctgβ nªn M B = ρQ ⋅ ((u 2 B − c 2 mB ctgβ 2 B ) ⋅ R2 B − (u 2 p − c 2 mP ctgβ 2 p )⋅ R2 p ) Q B¸nh ph¶n øng cè ®Þnh nªn u2P= 0; C2mB = C2mP = C2m; C m = : F    Q Q M B = ρQ ⋅   ω B ⋅ R2 B − ctg β 2 B  ⋅ r2 B + ctg β 2 p ⋅ R2 p     F2 B F2 P Trong ph−¬ng tr×nh M B kh«ng chøa tØ sè truyÒn i, v× vËy khi Q = const, ωB = const th× M B kh«ng phô thuéc i . V× vËy ®−êng M B lµ ®−êng song song víi trôc i , do ®ã ®iÒu kiÖn ®Ó M B kh«ng thay ®æi lµ l−u l−îng dßng ch¶y trong biÕn tèc kh«ng ®æi vµ ωB = const. Moment trªn trôc b¸nh tuabin: M T = ρQ ( C1uT R1T − C2uT R2T ) = ρQ ( C2uB R2 B − C2 uT R2T ) 15
Thay C u = U − C m ctgβ ; u2T = ωT.R2T = ωB.i.R2T ; u2B = ωB.R2B M T = ρQ[(u 2 B − c2 mB ⋅ ctgβ 2 B ) ⋅ R2 B − (u 2T − c2 mT ⋅ ctgβ 2T ) ⋅ R2T ]  ctgβ 2T ⋅ R2T ctgβ 2 B ⋅ R2 B    M T = ρ ⋅ Q ⋅ ω B ⋅ R2 B + Q  − i ⋅ ω B ⋅ R2T  − 2 2   F2T F2 B     NhËn xÐt : − M T tØ lÖ víi l−u l−îng Q vµ tØ lÖ bËc 1 víi i . − NÕu Q thay ®æi th× quan hÖ nµy rÊt phøc t¹p v× Q còng phô thuéc i. − NÕu Q kh«ng thay ®æi ( tøc Q = const) th× M T lµ ®−êng bËc1 theo i. − M T lín nhÊt ë tØ sè truyÒn i = 0: ( ®iÓm A )   ctgβ 2T ⋅ R2T ctgβ 2 B ⋅ R2 B  M T ( i = 0) = ρQ ⋅  ωB ⋅ R2 B + Q −  2   F2T F2 B     − Khi M T =0 : tØ sè truyÒn ë chÕ ®é kh«ng t¶i ikt  ctgβ 2T ⋅ R2T ctgβ 2 B ⋅ R2 B  ω B ⋅ R22B + Q −    F2T F2 B   ikt = ω B ⋅ R2T 2 − TØ sè truyÒn imax cã thÓ lín hoÆc nhá h¬n 1, th«ng th−êng imax n»m trong kho¶ng tõ 0,6 ®Õn 1,7. N T M T ⋅ ωT M T η= = = ⋅i HiÖu suÊt: N B M B ⋅ ωB M B Thay gi¸ trÞ M T , M B vµo råi biÕn ®æi ta cã: ρ ⋅Q η = i⋅ ⋅ (a ⋅ i + b) = ci 2 + d MB η = f (i) lµ ®−êng parabol. ⇒ HiÖu suÊt lín nhÊt khi i = i*. Kh¶o s¸t c¸c ®iÓm ®Æc tr−ng §iÓm1: chÕ ®é kh«ng t¶i: MT = 0; N B ≠ 0 ; ikt cã thÓ >1 hoÆc 0 ⇒MT >MB - Cµng gÇn ®iÓm 2: M p cµng gi¶m, t¹i ®iÓm 2: M p = 0 - Bªn ph¶i ®iÓm 2: MP
§iÓm 4: ChÕ ®é tÝnh to¸n, t−¬ng øng víi ηmax ; i = i*. §iÓm 5: ChÕ ®é dõng: nT=0, MT = max (cùc ®¹i ), i = 0, η = 0 Trong chÕ ®é nµy c«ng suÊt biÕn thµnh nhiÖt, « t« m¸y kÐo sö dông biÕn tèc thuû lùc khi khëi ®éng th× dïng chÕ ®é nµy. Khi kh¶o s¸t ®Æc tÝnh lý thuyÕt th× Q = const, trªn thùc tÕ nhiÒu th«ng sè cã sù biÕn ®éng nªn chóng ta ph¶i kh¶o s¸t ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cña biÕn tèc . 2. C¸c ®−êng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cña biÕn tèc: a. §Æc tÝnh ngoµi: (H 4.7) BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a M1, M2 theo n2 (hoÆc i) khi n1 kh«ng ®æi. NhËn xÐt: Moment c¶n Mc t¨ng th× n2 gi¶m, v× vËy M2 t¨ng ®Ó c©n b»ng Mc⇒ biÕn tèc cã thÓ tù ®éng ®iÒu chØnh M2 vµ n2 ®Ó thÝch hîp víi Mc, t¹o thµnh hép sè v« cÊp. Nh−îc ®iÓm: hiÖu suÊt lµ ®−êng parabol, do vËy ë vïng i thÊp hay i cao th× η ®Òu thÊp. b. §Æc tÝnh tæng hîp: §Æc tÝnh ngoµi x©y dùng víi n1= const. Trong thùc tÕ n1 cã thÓ thay ®æi nªn ph¶i x©y dùng ®Æc tÝnh tæng hîp biÓu diÔn quan hÖ gi÷a M1, M2 theo n2 øng víi c¸c gi¸ trÞ n1 kh¸c nhau. §Æc tÝnh quy dÉn §Æc tÝnh tæng hîp c. §Æc tÝnh qui dÉn: BiÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a hÖ sè biÕn ®æi momen K, hÖ sè momen trªn trôc chñ ®éng λMB, hiÖu suÊt η theo tØ sè truyÒn i. §−êng nµy cho phÐp ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c biÕn tèc kh¸c nhau, ®ång thêi lùa chän biÕn tèc cho ®éng c¬. §èi víi mét biÕn tèc cho tr−íc, ®−êng qui dÉn cña nã kh«ng thay ®æi khi n1, D thay ®æi . §−êng λ1 cã thÓ cã c¸c d¹ng kh¸c nhau : * i t¨ng λ1 gi¶m * i t¨ng λ1 kh«ng thay ®æi * i t¨ng λ1 t¨ng hoÆc λ1 t¨ng råi l¹i gi¶m λ KÝ hiÖu π = 1max lµ hÖ sè ¶nh h−ëng . λ1m λ1max lµ hÖ sè momen lín nhÊt (th«ng th−êng lµ hÖ sè momen ë chÕ ®é i = 0 hoÆc ë gÇn chÕ ®é nµy). λ1m lµ hÖ sè momen ë chÕ ®é khíp nèi M1 = M2 hay K = 1. π>1 : BiÕn tèc cã hÖ sè ¶nh h−ëng thuËn. BiÕn tèc nµy cã M1 thay ®æi khi t¶i träng thay ®æi , ®−îc gäi lµ biÕn tèc nh¹y c¶m. π≈1 : BiÕn tèc kh«ng nh¹y c¶m. π
β ) ChÕ ®é cã hiÖu suÊt cùc ®¹i ηmax: - TØ sè truyÒn i=i* - HÖ sè biÕn ®æi momen K* γ ) ChÕ ®é khíp nèi : -K=1 - TØ sè truyÒn iM Tuy nhiªn ,c¸c chÕ ®é trªn vÉn ch−a ®¸nh gi¸ ®−îc hÕt tÝnh chÊt biÕn ®æi cña khíp nèi, v× vËy ng−êi ta cßn dïng thªm hÖ sè KP lµ hÖ sè biÕn ®æi momen øng víi hiÖu suÊt cho phÐp nhá nhÊt mµ xe m¸y chÊp nhËn. Xe m¸y chØ lµm viÖc trong vïng tõ ηP ®Õn ηmax. ChÕ ®é nµy cã tØ sè truyÒn iP, th«ng th−êng ηP = 75 → 85 %. §Ó dÔ hiÓu th«ng sè nµy th−êng ®−îc cho b»ng c¸ch kÝ hiÖu trong hÖ sè biÕn ®æi moment . VÝ dô : K p80 tøc lµ η p = 80 %. d ) §−êng ®Æc tÝnh trªn trôc dÉn: BiÕn tèc th−êng lµm viÖc víi ®éng c¬. §Ó x©y dùng ®Æc tÝnh lµm viÖc phèi hîp gi÷a ®éng c¬ vµ biÕn tèc ta x©y dùng ®Æc tÝnh trªn trôc chñ ®éng cña biÕn tèc. §−êng ®Æc tÝnh trªn trôc dÉn lµ ®−êng biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a M 1 vµ n1 khi tØ sè truyÒn i kh«ng ®æi . M1 = λ1 γ 1D1 n 1 Do 52 Nªn mét biÕn tèc nhÊt ®Þnh sÏ cã γ1 , D1 kh«ng ®æi . T−¬ng øng víi λ1 nµo ®ã sÏ cã M1 tØ lÖ víi n12 . Nh− vËy ta lËp ®Æc tÝnh quy dÉn tr−íc råi x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh trªn trôc dÉn . XÐt 2 tr−êng hîp : λ1 = const λ1 thay ®æi ( π > 1 ) . 3 . §Æc tÝnh ngoµi toµn phÇn cña biÕn tèc thuû lùc : C¸c ®Æc tÝnh trªn ®Òu x©y dùng ë chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng cña biÕn tèc, ta gäi lµ chÕ ®é kÐo. Ngoµi ra biÕn tèc cã thÓ ®−îc lµm viÖc víi nh÷ng chÕ ®é kh¸c nhau, v× vËy ph¶i kh¶o s¸t ®Æc tÝnh toµn phÇn. - Do t¸c dông cña Mc¶n trªn trôc TB, cã khi b¸nh TB quay ng−îc chiÒu víi b¸nh B ta gäi ®ã lµ chÕ ®é quay ng−îc. Trong chÕ ®é nµy cét ¸p TB t¸c dông ng−îc trë l¹i cét ¸p b¬m . L−u l−îng dßng c¬ b¶n : Q=QB+QT sÏ gi¶m dÇn v× QT ng−îc chiÒu QB, Q = 0 t¹i mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña Mc¶n , sau ®ã dßng ch¶y ®æi chiÒu nh−ng MT vµ MB kh«ng ®æi dÊu, gi¸ trÞ cña MB kh«ng thay ®æi nhiÒu. Khi Q = 0, do ma s¸t nªn MT vµ MB kh«ng gi¶m tíi 0 . - ChÕ ®é v−ît: T¹i chÕ ®é nµy TB quay cïng chiÒu víi B¬m nh−ng nhanh h¬n. B¬m ®ãng vai trß cña TB vµ TB sÏ ®ãng vai trß cña B¬m. N¨ng l−îng truyÒn tõ trôc bÞ ®éng sang trôc chñ ®éng. Trong chÕ ®é nµy MT ↓ → 0, HT>HB , Q ↓ → 0 , sau ®ã dßng chÊt láng ®æi chiÒu chuyÓn ®éng tõ TB sang B¬m. MT ®æi dÊu cßn MB gi¶m, sau ®ã ®æi dÊu vµ l¹i t¨ng. C¸c chÕ ®é nµy th−êng xuÊt hiÖn khi « t« lªn xuèng dèc. 18
TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH §1. Kh¸i niÖm : §Ó truyÒn c¬ n¨ng tõ bé phËn dÉn ®éng ®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh , ngoµi c¸ch dïng c¸c lo¹i truyÒn ®éng ®iÖn , c¬ khÝ , ®iÖn – khÝ nÐn ng−êi ta cßn dïng truyÒn ®éng thuû lùc. Cã hai lo¹i truyÒn ®éng thuû lùc lµ truyÒn ®éng thuû ®éng vµ truyÒn ®éng thÓ tÝch . Kh¸c víi truyÒn ®éng thuû ®éng, truyÒn ®éng thÓ tÝch dùa vµo tÝnh kh«ng nÐn (khã nÐn) cña dßng chÊt láng (dÇu cao ¸p) ®Ó truyÒn ¸p n¨ng, do ®ã cã thÓ truyÒn ®−îc xa mµ Ýt tæn thÊt n¨ng l−îng. TruyÒn ®éng thÓ tÝch cã 3 yÕu tè: 1: B¬m cung cÊp dÇu ¸p suÊt lín 2: §éng c¬ thuû lùc kiÓu thÓ tÝch 3: Bé phËn biÕn ®æi vµ ®iÒu chØnh (thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn, ®−êng èng, c¸c thiÕt bÞ phô) Trong ®ã 1 vµ 2 lµ c¬ cÊu biÕn ®æi n¨ng l−îng. Dùa vµo d¹ng chuyÓn ®éng cña ®éng c¬ thuû lùc (bé phËn chÊp hµnh), ta cã thÓ cã truyÒn ®éng thuû lùc thÓ tÝch cã chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, chuyÓn ®éng quay hoÆc chuyÓn ®éng tuú ®éng, ®ã lµ nh÷ng chuyÓn ®éng trong c¸c m¸y c«ng cô, hÖ thèng l¸i m¸y bay, hÖ thèng phanh hay n©ng ben « t«, hÖ thèng tù ®éng... ¦u ®iÓm : - Träng l−îng trªn 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt nhá. - HiÖu suÊt cao. - §¶o chiÒu ®¬n gi¶n, ®iÒu chØnh v« cÊp vËn tèc bé phËn chÊp hµnh. - ChuyÓn ®éng ªm. - §é nh¹y vµ ®é chÝnh x¸c cao, ®iÒu khiÓn nhÑ nhµng. - T¹o lùc t¸c dông lín khi cÇn thiÕt. Nh−îc ®iÓm : - Do ¸p suÊt lµm viÖc cao nªn khã lµm kÝn c¸c bé phËn lµm viÖc, c¸c chi tiÕt cã ®é chÝnh x¸c cao nªn gi¸ thµnh ®¾t . - Yªu cÇu cao vÒ chÊt láng lµm viÖc. VËn tèc truyÒn xung thuû lùc kh¸ nhá: a =100 m - nªn g©y sù trÔ ®¸ng kÓ trong ®−êng èng dµi . s Nguyªn lý ho¹t ®éng - C¸c th«ng sè lµm viÖc c¬ b¶n cña truyÒn ®éng thuû lùc thÓ tÝch: XÐt s¬ ®å ®¬n gi¶n: Chláng tõ b¬m 1 vµo ®éng c¬ thuû lùc (4) víi ¸p suÊt p, l−u l−îng Q. Khi bá qua tæn thÊt trªn ®−êng èng dÉn th× lùc do chÊt láng t¸c dông lªn piston: F = p.S S: diÖn tÝch bÒ mÆt lµm viÖc cña piston Lùc F sÏ th¾ng lùc c¶n Fc¶n lµ lùc cña t¶i träng (phô t¶i) t¸c dông lªn cÇn piston. 19
Nh− vËy ¸p suÊt chÊt láng do B¬m t¹o nªn phô thuéc chñ yÕu vµo phô t¶i, do ®ã ph¶i chän B¬m sao cho ®¶m b¶o ¸p suÊt lµm viÖc lín nhÊt vµ c«ng suÊt cÇn thiÕt : Fcan max M can max pmax = = SP KM Khi F can hoÆc M can thay ®æi , ta gi¶m kÝch th−íc ®éng c¬ thuû lùc b»ng c¸ch t¨ng ¸p suÊt lµm viÖc. L−u l−îng: Bá qua rß rØ th× QB = Q§C Q§C = v.Sp víi v: VËn tèc piston Q dc v= ⇒ SP NÕu c¬ cÊu chÊp hµnh cã ch®éng quay: Qdc ω= víi Kq: hÖ sè l−u l−îng riªng Kq Q C«ng suÊt: N = F.v = M.ω ⇒ N = p.S P . = p.Q SP VËy N cã thÓ tÝnh theo yªu cÇu cña t¶i träng (F,v) hoÆc th«ng sè lµm viÖc cña b¬m, ®éng c¬ (p,Q). @@@@@ §2 . ChÊt láng lµm viÖc: I . Nh¾c l¹i c¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n cña chÊt láng: Ph¶i xÐt ®Õn yªu cÇu cña chÊt láng lµm viÖc v× chÊt láng lµm viÖc th−êng lµ dÇu kho¸ng , lµm viÖc trong ph¹m vi dao ®éng ¸p suÊt lín . C¸c th«ng sè c¬ b¶n : γo : - träng l−îng riªng . ρo: - khèi l−îng riªng . 1 ∆V βp = − ⋅ - HÖ sè nÐn : ∆p V 1 M«®un ®µn håi : E = - βP 20