093281 EN

Thuyỷ lửùc
Giaựo trỡnh trỡnh ủoọ cụ baỷn

P
A
T
T
1Z1
0M10P1
50 l
1V3
1V2
0Z2
0Z1
3
T
P
P
1V1
M
1A
m


Đồ hoạ: D. Schwarzenberger
Trình bầy: 25.11.2003, M. Gưttfert, G. Heigl, W. Schreiner
Biên dòch: Phan Thanh Minh, Provina HCM
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf/Germany, 2003
Internet: www.festo.com/didactic
e-mail: [email protected]

Sao chép, phân phối và sử dụng tài liệu này cũng như liên hệ nội dung của tài
liệu này sang tài liệu khác không được sự đồng ý của tác giả bò ngăn cấm. Người
sai phạm sẽ phải chòu hoàn toàn trách nhiệm pháp lý về bồi thường thiệt hại.
Bản quyền đã được đăng ký, đặc biệt quyền về các quy đònh liên quan đến
bằng phát minh, thiết kế và kiểu dáng.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
3

1 Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực __________________________________ 7
1.1 Thuỷ tónh _____________________________________________________ 8
1.2 Thuỷ lực trên xe máy__________________________________________ 10
1.3 So sánh thuỷ lực với các môi trường điều khiển khác_______________ 11 2 Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực ________________________ 13
2.1 Áp suất______________________________________________________ 13
2.2 Sự truyền áp suất _____________________________________________ 18
2.3 Sự truyền năng lượng __________________________________________ 19
2.4 Sự truyền dòch chuyển_________________________________________ 21

4
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
5 Những ký hiệu đồ họa và mạch_________________________________ 73
5.1 Bơm và động cơ ______________________________________________ 73
5.2 Những van điều khiển hướng ___________________________________ 74
5.3 Các phương pháp điều khiển van _______________________________ 75
5.4 Van áp suất __________________________________________________ 76
5.5 Van tiết lưu __________________________________________________ 78
5.6 Van một chiều________________________________________________ 79
5.7 Xy lanh______________________________________________________ 80
5.8 Sự truyền năng lượng và điều kiện của môi trường áp suất __________ 82
5.9 Thiết bò đo___________________________________________________ 83
5.10 Tổ hợp các thiết bò____________________________________________ 83 6 Thiết kế và trình bày hệ thống thuỷ lực__________________________ 85
6.1 Phần điều khiển tín hiệu_______________________________________ 86
6.2 Phần nguồn thuỷ lực __________________________________________ 87
6.3 Phác thảo vò trí _______________________________________________ 90
6.4 Sơ đồ mạch __________________________________________________ 91
6.5 Các phần tử cùng thông số kỹ thuật _____________________________ 92
6.6 Sơ đồ chức năng______________________________________________ 94
6.7 Biểu đồ chức năng ____________________________________________ 95 7 Các phần tử của phần nguồn thuỷ lực ___________________________ 97
7.1 Động cơ_____________________________________________________ 97
7.2 Bơm ________________________________________________________ 99
7.3 Khớp nối ___________________________________________________ 107
7.4 Thùng dầu __________________________________________________ 107

11.1 Van một chiều_______________________________________________ 168
11.2 Van trợ lực điều khiển một chiều_______________________________ 172
11.3 Van trợ lực điều khiển hai chiều _______________________________ 175 12 Van tiết lưu _________________________________________________ 179
12.1 Van tiết lưu trụ và côn ________________________________________ 180
12.2 Van tiết lưu một chiều ________________________________________ 184
12.3 Van một chiều điều khiển phụ trợ ______________________________ 185 13 Xy lanh thuỷ lực_____________________________________________ 193
13.1 Xy lanh tác động đơn_________________________________________ 194
13.2 Xy lanh tác động kép_________________________________________ 196
13.3 Giảm chấn cuối hành trình____________________________________ 199
13.4 Làm kín ____________________________________________________ 200
13.5 Kiều gá lắp _________________________________________________ 202
13.6 Xả khí______________________________________________________ 202
13.7 Đặc tính____________________________________________________ 203
13.8 Trở kháng __________________________________________________ 205
13.9 Chọn xy lanh________________________________________________ 207 14 Động cơ thuỷ lực ____________________________________________ 211 6
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
15 Phụ kiện____________________________________________________ 215
15.1 Ống mềm___________________________________________________ 217


© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
7Các hệ thống thủy lực được sử dụng trong các nhà máy sản xuất hiện đại và các
dây chuyền chế tạo.

Nói đến thủy lực, chúng ta đề cập đến việc tạo lực và chuyển động bằng dầu
thủy lực. Dầu thủy lực tượng trưng cho môi chất của sự truyền năng lượng.

Nội dung của quyển sách này trình bày về môn thủy lực và các lónh vực ứng
dụng của nó. Chúng ta bắt đầu với danh mục các lónh vực áp dụng chính của
thủy lực.

Vò trí của thủy lực trong công nghệ tự động hóa hiện đại cho thấy phạm vi rộng
của các ứng dụng mà chúng ta có thể sử dụng. Khác biệt cơ bản giữa:
• Thuỷ tónh


Máy tiện
Trong các máy công cụ CNC hiện đại, dụng cụ và phôi được kẹp lại với nhau
bằng thủy lực. Chuyển động của trục quay và ăn dao được thực hiện bằng thủy
lực.
1.1
Thuỷ tónh
1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
9Máy ép với thùng dầu trên cao 1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
10
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Các lónh vực ứng dụng tiêu biểu của thủy lực cơ động gồm:
• Thiết kế máy
• Xe ben, xe máy đào, bệ nâng
• Thiết bò nâng và băng chuyền
• Máy nông nghiệp

Thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy. Ví dụ trên máy
đào không phải tất cả các thao tác (như các chuyển động nâng, kẹp và quay)
được tạo ra bằng thủy lực, nhưng cơ chế truyền động được điều khiển bằng thủy
lực. Các chuyển động thẳng được tạo ra bởi cơ cấu chấp hành tònh tiến (xy lanh)
và chuyển động quay bằng cơ cấu chấp hành quay (Động cơ, động cơ quay).


So với các công nghệ khác, thủy lực có khuyết điểm sau:
• Dầu bẩn gây ô nhiễm môi trường (nguy cơ gây cháy và tai nạn)
• Dễ nhiễm bẩn
• Áp suất thừa gây nguy hiểm
• Nhiệt độ tùy thuộc vào sự thay đổi của độ nhớt
• Hệ số hiệu suất không thuận lợi
1.3
So sánh thuỷ lực với các
môi trường điều khiển
khác
1. Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực
12

Vận tốc làm việc
v = 0.5 m/s v = 1.5 m/s
Thấp Cao Rất cao
Chi phí cung cấp
năng lượng
0.25 : 1 : 2.5
Chuyển động thẳng
Khó và đắt tiền, lực nhỏ, chỉ có
thể điều chỉnh vận tốc với chi phí
cao
Sử dụng xy lanh đơn giản, dễ
dàng điều khiển vận tốc, lực rất
lớn.
Sử dụng xy lanh đơn giản, lực giới
hạn, vận tốc nhanh, tùy thuộc vào
tải.
Chuyển động quay
Đơn giản và mạnh Đơn giản, mô men quay lớn, vận
tốc thấp.
Đơn giản, không hiệu quả, vận
tốc cao.
Đònh vò chính xác
Chính xác đến ±1 µm và dễ thực
hiện
Chính xác đến ±1 µm có thể đạt
tùy theo phí tổn.
Không tải có thể đạt độ chính xác
1/10 mm.
Tính ổn đònh
Có thể đạt được các giá trò cao
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
13Thủy lực là ngành khoa học về lực và mô men được truyền bằng chất lỏng. Thủy
lực thuộc về cơ học chất lỏng. Một sự khác biệt giữa thủy tónh – hiệu ứng động
học được tạo ra bởi áp suất nhân với tiết diện – và thủy động học – hiệu ứng
động học được tạo ra bởi khối lượng nhân với gia tốc.
Cơ học chất lỏng
Áp suất thủy tónh là áp suất tăng trên một mức nhất đònh trong một chất lỏng có
trọng lượng là khối lượng của chất lỏng.

p
s
= h ⋅ ρ ⋅ g

p
s
= áp suất thủy tónh (Áp suất trọng trường) [Pa]
h = chiều cao cột chất lỏng [m]
ρ = mật độ chất lỏng [kg/m
3
]
g = gia tốc trọng trường [m/s
2

p
S
= h ⋅ ρ ⋅ g = 300 m ⋅ 1000
3
m
kg
⋅ 10
2
s
m
= 3 000 000
23
sm
mkgm
⋅
⋅⋅
= 3 000 000
2
m
N

p
S
= 3 000 000 Pa = 30 bar

Thùng dầu: h = 15 m
ρ = 1000 kg/m
3

g = 9.81 m/s

Thùng dầu trên: h = 5 m
ρ = 1000 kg/m
3

g = 9.81 m/s
2
= 10 m/s
2p
S
= h ⋅ ρ ⋅ g = 5 m ⋅ 1000
3
m
kg
⋅ 10
2
s
m
= 50 000
23
sm
mkgm
⋅
⋅⋅
= 50 000
2
m
N

hơn (“bút chì” hoặc hiệu ứng “tập trung”).

Hiện tượng trên được mô tả qua công thức dưới đây:

A
F
p =

Đơn vò: 1 Pa = 1
2
m
N

1 bar = 100 000
2
m
N
= 10
5
Pa

p = Áp suất Pascal [Pa]
F = Lực Newton [N] 1 N = 1
2
s
mkg⋅

A = Tiết diện mét bình phương [m
2
]

Cho: F = 15 000 N
P = 75 bar = 75 ⋅ 10
5
Pa

N
mN
002.0
Pa1075
N00015
p
F
A
2
5
⋅
=
⋅
== = 0.002 m
2
= 20 cm
2
Thay vì giải các phép tính, người ta có thể sử dụng một sơ đồ. Không cần quan
tâm đến cần pit tông.

Cho: Lực F = 100 kN
Áp suất làm việc p = 350 bar.

200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1500
2000
3000
kN
Force
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
150
200
250
mm

loại bỏ áp lực thủy tónh (xem ví dụ). Do đó, khi tính áp lực của chất lỏng, các
phép tính chỉ thuần dựa trên áp suất được tạo ra do các lực bên ngoài. Vì thế áp
suất giống nhau tác động lên các bề mặt A
2
, A
3
cũng giống như A
1
. Đối với các
vật rắn, hiện tượng này được diễn tả theo công thức sau:

A
F
p = Cho: A
1
= 10 cm
2
= 0.001 m
2

F = 10 000 N

22
m
N
00000010
m001.0

2
2
25
=
⋅
=⋅⋅=⋅=
Áp suất giống nhau tác động lên mỗi điểm của hệ thống kín. Vì thế, hình dạng
của bình chứa không quan trọng.
Sự truyền năng lượng
Khi một bình chứa được tạo ra như trong hình vẽ, có thể truyền lực. Áp suất chất
lỏng có thể được mô tả dựa theo các đẳng thức sau:

1
1
1
A
F
p =
và
2
2
2
A
F

và A
2
có thể được tính bằng công thức này.

Ví dụ
2.3
Sự truyền năng lượng
2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
20
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Ví dụ, F
1
và A
2
được tính như sau:

2
21
1
A
FA
F
⋅
= và
1
21
2
F
FA
A


Cho: A
1
= 40 cm
2
= 0.004 m
2

A
2
= 1200 cm
2
= 0.12 m
2N500
m12.0
N00015m004.0
A
FA
F
2
2
2
21
1
=
⋅
=

FA
A
A
FA
F
=
⋅
=
⋅
=
⋅
=
Nếu một tải trọng F
2
được nâng ở khoảng cách s
2
theo nguyên lý được mô tả ở
trên, pit tông P
1
phải dòch chuyển một lượng chất lỏng nhất đònh để nâng pit
tông P
2
ở khoảng cách s
2
.
2
. A
2Do đó chúng ta có thể thấy khoảng cách s
1
phải lớn hơn khoảng cách s
2
bởi
thiết diện A
1
nhỏ hơn thiết diện A
2
.

Ví dụ
2.4
Sự dòch chuyển

2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
22
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
Sự dòch chuyển của pit tông theo tỷ lệ nghòch với thiết diện của nó. Đònh luật
này có thể sử dụng để tính các giá trò s
1
và s
2
. Ví dụ, cho s
2

2
= 1200 cm
2

s
1
= 15 cm

2
2
2
2
11
2
cm5.0
cm
cmcm
1200
4015
A
As
s =
⋅⋅
=
⋅
= Cho: A
2

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
23Áp suất truyền động
Áp suất thủy tónh p
1
sinh ra một lực F
1
trên thiết diện A
1
được truyền qua cần pit
tông đến pit tông nhỏ. Như thế, lực F
1
tác động lên thiết diện A
2
và tạo ra áp
suất thủy tónh p
2
. Bởi thiết diện A
2
nhỏ hơn thiết diện A
1
, áp suất p
2
lớn hơn áp
suất p
1
. Có thể áp dụng đònh luật sau:


P
1
⋅ A
1
= p
2
⋅ A
2Các giá trò p
1
, A
1
và A
2
có thể dẫn ra từ công thức này để tính.

Ví dụ, các đẳng thức dưới đây cho kết quả p
2
và A
2
:

2
11
2
A
Ap
p

A
1
= 8 cm
2
= 0.0008 m
2

A
2
= 4.2 cm
2
= 0.00042 m
2)bar19(Pa1019
mm
mN
00042.0
0008.01010
A
Ap
p
5
22
25
2
11
2
⋅=

2
11
2
cm6.1m00016.0
Pa
mPa
10100
0008.01020
p
Ap
A ==
⋅
⋅
⋅⋅
=
⋅
=

2. Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • TP 501
25

Lưu tốc là một khái niệm để mô tả thể tích của chất lỏng chảy qua một ống dẫn
trong một chu kỳ thời gian riêng. Ví dụ, cần một khoảng thời gian chừng 1 phút
để nước chảy đầy một xô nước 10 lít. Như thế, lưu tốc khoảng chừng 10 l/min.