Truyền động thủy lực và khí nén
Power Hydraulics and Pneumatics
TS. Ngô Quang Hiếu
TS. Trần Trung Tính
Ngày 27 tháng 12 năm 2013


Mục lục
1 Giới thiệu
1.1 Sơ lược các dạng truyền động . . . . . . . . . . .
1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động
1.3 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thủy lực . . . . .
1.3.1 Áp suất và áp suất thủy tĩnh . . . . . . .
1.3.2 Nguyên lý Pascal . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3 Phương trình dòng chảy liên tục . . . . . .
1.3.4 Phương trình Bernoulli . . . . . . . . . . .
1.4 Tổn thất trong hệ thống thủy lực . . . . . . . . .
1.4.1 Tổn thất thể tích . . . . . . . . . . . . . .
1.4.2 Tổn thất cơ khí . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.3 Tổn thất áp suất . . . . . . . . . . . . . .
1.5 Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực . . . . .
1.5.1 Định luật Newton . . . . . . . . . . . . . .
1.5.2 Yêu cầu đối với dầu thủy lực . . . . . . . .
1.5.3 Cách lựa chọn dầu thủy lực . . . . . . . .
1.6 Đại lượng vật lý cơ bản trong truyền dẫn thủy lực
1.6.1 Áp suất . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.2 Lực . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.3 Công . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.4 Công suất . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7 Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực . . . . .
2 Bơm thủy lực

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

. .
lực
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

12
13
13
13
13

.
.
.
.
.
.

17
17
19
20
20
23
23


MỤC LỤC
2.3.4

ii
Bơm trục vít . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3 Van thủy lực
3.1 Van điều khiển hướng chuyển động của chất lỏng

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

36
36
37
37
38

4 Cơ cấp chấp hành thủy lực
4.1 Xy lanh thủy lực . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Cấu tạo xy lanh thủy lực . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Phân loại xy lanh thủy lực . . . . . . . . . . .
4.1.3 Cách lắp ghép xy lanh thủy lực . . . . . . . .
4.1.4 Tính toán xy lanh thủy lực . . . . . . . . . .
4.1.5 Kiểm tra bền cần piston (trạng thái uốn dọc)
4.1.6 Điều kiện làm việc của xy lanh thủy lực . . .
4.1.7 Bảo quản và vận hành xy lanh thủy lực . . . .
4.2 Động cơ thủy lực . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Động cơ dầu bán quay . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Động cơ dầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Công thức tính toán động cơ . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

39
39
39
41
43

56

5 Thiết bị phụ
5.1 Thùng dầu . . . . . . . . . . .
5.2 Bộ lọc dầu . . . . . . . . . . .
5.3 Thiết bị làm mát . . . . . . .
5.4 Ống dẫn, đầu nối . . . . . . .
5.4.1 Ống dẫn . . . . . . . .
5.4.2 Đầu nối . . . . . . . .
5.5 Ắc quy thủy lực . . . . . . . .
5.5.1 Bình ắc quy trọng lực
5.5.2 Bình ắc quy chứa lò xo
5.5.3 Bình ắc quy thủy khí .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

7.3
7.4

cương về khí nén
Giới thiệu về kỹ thuật khí nén . . . . . . . . . .
Đặc điểm của không khí . . . . . . . . . . . . .
Đặc điểm của truyền động khí nén . . . . . . .
Cấu trúc của một hệ thống truyền động khí nén

.
.
.
.

8 Cung cấp và xử lý khí nén
8.1 Máy nén khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.1 Máy nén khí thể tích . . . . . . . . . . . .
8.1.2 Máy nén khí kiểu root . . . . . . . . . . .
8.1.3 Máy nén khí kiểu tuabin . . . . . . . . . .
8.2 Bộ lọc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Bộ điều chỉnh áp suất . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.1 Bộ điều chỉnh áp suất không có lỗ thoát .
8.3.2 Bộ điều chỉnh áp suất có lỗ thoát . . . . .
8.4 Thiết bị bôi trơn . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5 Nhóm thiết bị điều hòa . . . . . . . . . . . . . . .
8.6 Hệ thống xử lý khí nén trong công nghiệp . . . .
8.6.1 Bình ngưng tụ - Làm lạnh khí nén bằng
(bằng nước) . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6.2 Sấy khô bằng chất làm lạnh . . . . . . . .


. . . .
không
. . . .
. . . .

.
.
.
.

.
.
.
.

. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
khí
. .
. .


.
.

63
63
67
67
67

.
.
.
.

68
68
69
71
72

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

8.8.2 Biểu diễn bằng số . . . . . . . . . . . . . .
8.8.3 Nguyên tắc trình bày sơ đồ mạch khí nén .

9 Phần tử xử lý
9.1 Van điều chỉnh áp suất . . . .
9.1.1 Van an toàn . . . . . .
9.2 Van một chiều . . . . . . . . .
9.3 Van điều chỉnh lưu lượng (Van
9.4 Van logic . . . . . . . . . . . .
9.4.1 Van logic AND . . . .
9.4.2 Van logic OR . . . . .
9.4.3 Van xả khí nhanh . . .
9.4.4 Van định thời . . . . .
9.4.5 Van áp suất tuần tự .

. . . . .
. . . . .
. . . . .
tiết lưu)
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

11 Cơ cấu tác động
11.1 Xy lanh khí nén . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1.1 Phân loại xy lanh khí nén . . . . . . . . . . . .
11.1.2 Phương pháp cố định xy lanh (xem mục 4.1.3) .
11.1.3 Tính toán xy lanh . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1.4 Tính toán và kiểm tra bền cần piston (xem mục
11.1.5 Độ dài hành trình . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1.6 Tốc độ piston . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1.7 Sự tiêu thụ không khí . . . . . . . . . . . . . .
11.2 Động cơ khí nén . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.3 Van chân không . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.

85
87
87
87
88
88
89

.
.
.
.

90
90
91
91
93

. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
4.1.5)
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .


.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.

Mạch

v
khí
khí
khí
khí

nén
nén
nén
nén

dùng
dùng
dùng
dùng

van xả khí nhanh . .
van logic AND . . .
van 5/2 . . . . . . .
công tắc hành trình .

.
.
.
.

.
.

.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

13 Thiết kế mạch khí nén hoạt động tự động
13.1 Phương pháp thiết kế mạch khí nén hoạt động tự động . .
13.2 Giản đồ hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.3 Phương pháp biểu diễn trình tự làm việc theo Grafcet . . .
13.4 Phương pháp thiết kế mạch theo module (mạch đếm bước)
13.5 Phương pháp thiết kế mạch bằng biểu đồ Karnaugh . . . .
13.5.1 Các khái niệm về đại số Boolean . . . . . . . . . .
13.5.2 Cấu trúc bảng chân trị và cách sử dụng . . . . . . .
13.5.3 Bảng chân trị của các phần tử logic khí nén cơ bản
13.5.4 Biểu đồ Karnaugh . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.

.


Danh sách hình vẽ
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8

Thủy tĩnh và thủy động học . .
Nguyên lý truyền dẫn thủy lực .
Phương trình Bernoulli . . . . .
Tổn thất trong mạch thủy lực .
Hệ thống cân bằng trên xe hơi .
Hệ thống thắng trợ lực ABS . .
Máy xúc thủy lực . . . . . . . .
Máy gặt đập liên hợp . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

6
7
8
10
14
15
16
16

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

24
25
25
25
26
27

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Ký hiệu van một chiều. . . . . . . . .
Cấu tạo van một chiều tải lò xo. . . .
Tổn thất áp suất trên van một chiều.
Dòng chảy bị ngăn từ B đến A. . . .
Dòng chảy từ A đến B. . . . . . . . .

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.


29
30
30
30
30

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.

Các phương pháp tác động vào van đảo chiều. . . . .
Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí. . . . . . . . . . . . . .
Van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí. . . . . . . . . . . . . .
Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí. . . . . . . . . . . . . .
Van đảo chiều 4 cửa, 3 vị trí. . . . . . . . . . . . . .
Van an toàn điều khiển trực tiếp. . . . . . . . . . . .
Van an toàn điều khiển gián tiếp. . . . . . . . . . . .
Van an toàn kiểu nắp đậy. . . . . . . . . . . . . . . .
Van an toàn kiểu vi sai. . . . . . . . . . . . . . . . .
Van cân bằng thông thường. . . . . . . . . . . . . . .
Van cân bằng có điều khiển. . . . . . . . . . . . . . .
Mạch thủy lực sử dụng van tuần tự. . . . . . . . . . .
Van giảm áp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Van ổn định vận tốc (giảm tốc). . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18

Cấu tạo xy lanh thủy lực. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Xy lanh tác động đơn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Xy lanh tác động kép. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Xy lanh nhiều tầng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Xy lanh tác động hai phía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Xy lanh quay (cơ cấu thanh răng - bánh răng). . . . . . . . .
Lắp xy lanh cố định . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lắp xy lanh có chuyển động . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng tra thông số xy lanh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chiều dài tương đương theo phương pháp cố định xy lanh. . .
Động cơ cánh gạt đơn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Động cơ cánh gạt kép. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Động cơ bán quay kiểu thanh răng - bánh răng. . . . . . . . .
Động cơ bánh răng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Động cơ cánh gạt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Động cơ dầu piston hướng kính. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Động cơ dầu piston hướng trục. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Động cơ dầu piston hướng trục thay đổi được lưu lượng riêng.

40

54
55

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.

.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.


DANH SÁCH HÌNH VẼ

viii

5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10

Đầu nối ống thủy lực. .
Cách lắp ống dẫn mềm
Ắc quy trọng lực. . . .
Ắc quy lò xo. . . . . .
Ắc quy thủy khí. . . .
Ắc quy thủy khí. . . .

. . . . . . .

.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
6.14

Mạch thủy lực điều khiển bằng tay với van tràn trực tiếp.
Mạch thủy lực với 2 van tràn trực tiếp. . . . . . . . . . . .
Mạch thủy lực với van tràn gián tiếp. . . . . . . . . . . . .
Mạch thủy lực tuần tự. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch hãm cân bằng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch điều khiển lưu lượng. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch vi sai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch thay đổi vận tốc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch điều khiển trực tiếp bằng các công tắc hành trình. .
Mạch nối song song. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch riêng lẻ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch nối tiếp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch máy ép thủy lực. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ngàm kẹp thủy lực. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.

62
63
64
65
66
67
67

7.1
7.2
7.3

Thành phần không khí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Áp suất tuyệt đối và áp suất dư (áp suất tương đối). . . . . . 71
Cấu trúc của một hệ thống truyền động khí nén. . . . . . . . . 72

8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14


.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.


.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

9.5
9.6
9.7
9.8
9.9

Van khí nén một chiều.
Ký hiệu van một chiều.
Van tiết lưu. . . . . . .
Ký hiệu van tiết lưu. .
Van logic AND. . . . .
Van logic OR. . . . . .
Van xả khí nhanh. . .
Van định thời. . . . . .
Van áp suất tuần tự. .

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

10.5
10.6
10.7
10.8
10.9

Van phân phối. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mô tả vị trí và cửa của van phân phối. . . . . . . . . . . . .
Tác động vào van phân phối. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Van phân phối 3/2, tác động bằng nút nhấn. . . . . . . . . .
Van phân phối 3/2, tác động bằng khí. . . . . . . . . . . . .
Van phân phối 3/2, tác động bằng con lăn. . . . . . . . . . .
Van phân phối 4/2, tác động bằng nút nhấn. . . . . . . . . .
Van phân phối 4/3, tác động bằng cần gạt có chốt định vị. .
Van phân phối 5/2, tác động hỗn hợp bằng khí và nút nhấn.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

90
91
92
93

.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

Mạch khí nén sử dụng công tắc hành trình. .

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

102
103
103
104
104

13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7

Bộ thiết bị cơ bản cho thiết kế mạch khí nén tư động.
Module khí nén . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch khí nén với 5 module . . . . . . . . . . . . . . .
Mạch khí nén theo chu trình A+, B+, B-, A-. . . . .
Các định lý boolean (đầy đủ). . . . . . . . . . . . . .
Phần tử OR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phần tử AND. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.


.

107
109
109
110
111
112
112

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.


.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.

.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.


Danh sách bảng


Chương 1
Giới thiệu
1.1

Sơ lược các dạng truyền động

Sự phát triển của công nghiệp đặt ra nhu cầu phải tải năng lượng trên những
quãng đường lớn, từ nguồn sản xuất đến nơi tiêu thụ. Tuỳ theo công suất và
khoảng cách vận chuyển, người ta có thể áp dụng các loại truyền động khác
nhau. Trong thực tế có 3 dạng truyền động phổ biến là truyền động điện,
truyền động cơ khí và truyền động thuỷ lực.
• Truyền động cơ khí
Truyền động cơ khí là phương pháp truyền động mà trong đó cơ năng
được biến đổi qua lại với nhau. Truyền động cơ khí cho phép truyền
những công suất tương đối lớn, hiệu suất cao, nhưng cồng kềnh, khoảng
cách truyền hạn chế, độ nhạy và độ chính xác kém. Một hệ truyền động
cơ khí bao gồm các bộ phận chính sau:
– Bộ phận nối (trục truyền động, khớp nối,...).
– Bộ phận đáp ứng (bộ giảm tốc hoặc tăng tốc, hộp số, dây đai,...).
– Bộ phận an toàn (phanh, bộ hạn chế mômen,...)
• Truyền động điện
Truyền động điện là phương pháp truyền động mà trong đó cơ năng và
điện năng được biến đổi qua lại với nhau. Đặc điểm của truyền động
điện là cho phép truyền công suất ở khoảng cách xa, điều chỉnh vận
tốc với độ chính xác cao. Các bộ phận của truyền động điện bao gồm:
– Máy phát điện làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng.

Những ưu điểm đó như sau:
• Việc gia tăng nhiệt độ trong quá trình hoạt động là một giới hạn cơ
bản của bất kỳ thiết bị nào. Dầu bôi trơn bị mất tính nhớt, cơ cấu cơ
khí bị kẹt lại là những hiện tượng làm phá hỏng thiết bị khi nhiệt độ
tăng cao. Lưu chất dùng trong truyền động thủy lực thể hiện khả năng
tốt hơn khi chúng đóng vai trò là chất dẫn nhiệt làm giảm nhiệt độ
cơ cấu máy thông qua việc trao đổi nhiệt giữa lưu chất với dung dịch
làm mát của bộ trao đổi nhiệt. Đặc tính này làm cho kích thước các
bộ phận nhỏ hơn cũng như khối lượng sẽ nhẹ hơn.
• Lưu chất đóng vai trò như là dầu bôi trơn nên có khả năng kéo dài tuổi
thọ thiết bị.


1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực

4

• Moment tạo ra bởi cơ cấu chấp hành thủy lực (động cơ và xy lanh thủy
lực) thì tỉ lệ với độ chênh lệch áp suất và chỉ bị giới hạn bởi van an
toàn. Vì vậy cơ cấu chấp hành thủy lực có khả năng giảm khối lượng
và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao. Đặc điểm này thể hiện
sự nổi trội của hệ thống thủy lực khi so sánh với đặc tính của động cơ
điện. Moment tạo ra bởi động cơ điện tỉ lệ với dòng điện và bị giới hạn
bởi giá trị bảo hòa (magnetic saturation). Giá trị bảo hòa phụ thuộc
vào vật liệu từ tính.
• Đáp ứng vận tốc của động cơ điện thì chậm hơn cơ cấu chấp hành thủy
lực. Vì vậy cơ cấu chấp hành thủy lực có khả năng khởi động, dừng và
đảo chiều một cách nhanh chóng.
• Cơ cấu chấp hành thủy lực có thể hoạt động liên tục (continuous), gián
đoạn (intermittent), đảo chiều (reversing) và khóa cứng (stalled) mà

• Nguồn thủy lực thì không sẳn sàng (phổ biến) như là nguồn điện.
• Yêu cầu dung sai nhỏ của thiết bị thủy lực dẫn đến giá thành tương
đối cao.
• Việc tăng cao nhiệt độ của dầu thủy lực có thể là nguyên nhân gây ra
hỏa hoạn nếu chúng được sử dụng gần những nguồn dễ bị bốc cháy.
Tuy nhiên điều này có thể khắc phục bằng cách sử dụng loại dầu chịu
nhiệt.
• Hệ thống thủy lực thì không được sạch sẽ bởi vì việc bảo trì hệ thống
thủy lực thì luôn gặp khó khăn do luôn tồn tại hiện tượng rò rỉ dầu
trong hệ thống. Mất mát trong đường ống và rò rỉ bên trong các phần
tử cũng làm giảm hiệu suất và hạn chế khả năng sử dụng của hệ thống
thủy lực.
• Không thể bảo trì và bảo vệ dầu thủy lực khỏi bẩn. Dầu bẩn có thể
làm tắt các van và cơ cấu chấp hành. Chất bẩn tồn tại trong hệ thống
thủy lực làm cho hệ thống bị mài mòn nhanh chóng, điều này làm mất
đi những đặc tính tốt của hệ thống thủy lực hay làm cho hệ thống bị
phá hủy. Thuật ngữ dầu sạch (clean oil) và dầu tin cậy (reliability) là
đồng nghĩa trong điều khiển thủy lực.
• Qui trình thiết kế cơ bản thì không đủ và khó khăn để xác định vì độ
phức tạp của hệ thống thủy lực. Ví dụ như dòng điện đi qua một điện
trở thì xác định dễ dàng bằng định luật Ohm. Ngược lại, không tồn tại
một định luật cơ bản nào để mô tả trở lực của thiết bị khi dòng lưu
chất chảy qua.
• Hệ thống thủy lực thì không linh hoạt, tuyến tính, chính xác, và giá rẻ
như là thiết bị điện tử hay thiết bị cơ điện (electromechanical) trong
việc tạo ra tín hiệu công suất thấp cho việc tính toán, chuẩn lỗi, khuếch
đại và đo lường. Vì vậy thiết bị thủy lực thì không được mô tả trong
hệ thống điều khiển công suất thấp.
• Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính đàn hồi
của đường ống dẫn.


Hình 1.1: Thủy tĩnh và thủy động học


1.3 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thủy lực

1.3.2

7

Nguyên lý Pascal

Phát biểu: Áp suất chất lỏng do ngoại lực tác dụng lên mặt thoáng được
truyền nguyên vẹn tới mọi điểm trong lòng chất lỏng. Biểu thức của nguyên
lý Pascal được cho như sau:
p = pn + ρgh,
trong đó, p là áp suất tĩnh tại mọi điểm có độ sâu h so với mặt thoáng của
chất lỏng, pn là áp suất gây ra bởi ngoại lực tác động lên mặt thoáng khối
chất lỏng, và ρ là trọng lượng riêng của chất lỏng. Khi một hệ thống bình
chứa được tạo ra như trong hình 1.2. Áp suất tại bề mặt mỗi piston được
tính như sau:
F1
F2
p1 =
và p2 =
.
A1
A2
Khi hệ thống cân bằng p1 = p2 :
F2

nhau tại mỗi điểm chứa mặt cắt đó.
Q = Sv = hằng số (constant),
trong đó, Q là lưu lượng chất lỏng đi qua mặt cắt S, S là tiết diện mặt cắt,
và v là vận tốc trung bình của dòng chất lỏng đi qua mặt cắt S.

1.3.4

Phương trình Bernoulli

Phương trình Bernoulli mô tả biến đổi năng lượng của dòng lưu chất. Phương
trình được viết như sau:
p1 + ρgz1 +

ρv 2
ρv12
= p2 + ρgz2 + 2 + pw ,
2
2

trong đó, các chỉ số 1 và 2 thể hiện các giá trị tại vị trí 1 và 2, pw là tổn thất
cột áp giữa hai vị trí 1 và 2 như hình 1.3.

Hình 1.3: Phương trình Bernoulli


1.4 Tổn thất trong hệ thống thủy lực

1.4
1.4.1



1.5

Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực

Độ nhớt của một chất lỏng là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng
chảy. Khi các dòng chất lưu sát kề có tốc độ chuyển động khác nhau, ngoài sự
va đập giữa các phần tử vật chất còn có sự trao đổi xung lượng giữa chúng.
Những phần tử trong dòng chảy có tốc độ cao sẽ làm tăng động năng của
dòng có tốc độ chậm và ngược lại phần tử vật chất từ các dòng chảy chậm sẽ
làm kìm hãm chuyển động của dòng chảy nhanh. Kết quả là giữa các lớp này
xuất hiện một ứng suất tiếp tuyến τ gây nên ma sát (lực ma sát trong). Độ
nhớt xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống
biến dạng trượt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng.


1.5 Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực

1.5.1

10

Định luật Newton

Xem xét hiện tượng gió thổi trên bề mặt nước, gió sẽ tác động lên bề mặt
nước một lực nhất định và làm bề mặt nước chuyển động với vận tốc cố định
u. Dưới tác dụng của độ nhớt, lớp liền kề phía dưới sẽ bị kéo theo chuyển
động của lớp trên. Theo định luật Newton cho chất lưu, với những dòng chảy
tầng (có thể được hình dung như những lớp dòng chảy song song với nhau),
ứng suất tiếp tuyến τ giữa những lớp này tỷ lệ tuyến tính với gradient của

stốc (Stoke), viết tắt là St hoặc centistokes, viết tắt là cSt.
1 St = 1 cm2 /s = 10−4 m2 /s,
1 cSt = 10−2 St = 1 mm2 /s.

1.5.2

Yêu cầu đối với dầu thủy lực

Dầu thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cho hệ thống thủy lực
làm việc an toàn và chính xác. Bên cạnh là tác nhân truyền tải áp lực và
truyền chuyển động, nó còn giúp bôi trơn các chi tiết chuyển động chống lại
lực ma sát, nó cũng làm kín các bề mặt tiếp xúc, truyền thải nhiệt và ngăn
ngừa sự mài mòn.
• Yêu cầu
– Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và
áp suất.
– Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ.
– Không gây độc hại.
– Có tính trung hòa (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 bé nhất.
– Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hòa tan trong
nước và không khí, dẫn nhiệt tốt.
• Dầu sử dụng trong hệ thống cần chú ý một số điểm sau:
– Dầu đưa vào hệ thống cần qua bộ lọc.
– Kiểm tra dầu và bổ sung dầu thường xuyên trong bể chứa.
– Cần phải thay dầu thường xuyên theo định kỳ, 500 giờ đối với các
thiết bị có tần số lưu thông dầu lớn, 2000 giờ đến 5000 giờ đối với

cũng tăng lên. Nếu độ nhớt của dầu lựa chọn quá nhỏ thì rò rỉ trong bơm sẽ
tăng lên, hiệu suất thể tích không đạt được và do đó áp suất làm việc yêu
cầu không đáp ứng được. Do có sự rò rỉ bên trong của các valve điều khiển,
xy lanh sẽ bị thu lại dưới tác dụng của phản lực, còn motor không thể sản
sinh ra đủ mô men yêu cầu trên trục quay.
Lựa chọn dầu thủy lực theo vị trí địa lý nơi thiết bị làm việc.
Theo vị trí địa lý và thời tiết từng vùng, người ta khuyến cáo nên sử dụng
các phẩm cấp dầu như sau: vùng nhiệt đới là VG46, vùng ôn đới là VG32.
Loại VG68 chỉ được sử dụng khi thiết bị làm việc trong môi trường không
khí có nhiệt độ cao trong thời gian liên tục.

1.6
1.6.1

Đại lượng vật lý cơ bản trong truyền dẫn
thủy lực
Áp suất

Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là Pascal (Pa). 1 Pascal (Pa)
là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông
góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N).
1 Pa = 1 N/m2


1.7 Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực

13

1 bar = 105 Pa = 1 at
Trong thực tế, đơn vị thường dùng trong truyền dẫn thủy lực là bar.

ô tô, máy kéo và thiết bị cơ khí:
Hệ thống lái cơ học trợ lực thuỷ lực: Trong hệ thống này, lực đòi hỏi ở
người điều khiển khi tác dụng vào vô lăng là đủ cho lực bánh lái mở các van
thuỷ lực để điều khiển các mạch thuỷ lực hoạt động tác động vào cơ cấu
chấp hành giúp xe chuyển hướng một cách nhẹ nhàng.
Hệ thống phanh trợ lực thuỷ lực: Bàn đạp phanh được liên kết với piston
của tổng phanh. Khi tác động vào bàn đạp phanh, qua cơ cấu dẫn động,
piston dịch chuyển, nén và đẩy dầu vào các đường ống dẫn đến các xy lanh
phanh bánh, áp suất của dầu sẽ tác động làm cho các piston của xy lanh
phanh bánh dịch chuyển và tác động vào guốc phanh, tạo ra mômen phanh
ở các bánh xe.
Hệ thống nâng hạ trên các loại máy kéo hiện đại: Thông thường đi sau
máy kéo là các loại máy công tác như máy cày, máy phay, máy bừa. . . . Trong
quá trình làm việc chúng được nâng lên khi di chuyển, khi quay vòng hoặc
hạ xuống khi làm việc.


1.7 Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực

14

Hệ thống cân bằng thuỷ lực: Bao gồm hệ thống thăng bằng chất lỏng,
hệ thống điện và hệ thống thuỷ lực. Khi máy đi vào đoạn đường dốc ngang
trên các sườn đồi, giả sử khi bánh xe bên trái thấp hơn bánh xe bên phải
khi làm việc, khi đó thiết bị cảm ứng chất lỏng khởi động hệ thống điện, sẽ
có dòng điện đi qua cuộn dây solenoid tạo ra từ trường làm dịch chuyển ống
van thăng bằng và hướng dẫn dầu tới xy lanh thăng bằng tác dụng hai chiều
trên mỗi bánh xe, hai xylanh bên trái duỗi thẳng còn hai xylanh bên phải
co vào giúp cho hệ thống máy giữ được trạng thái thăng bằng khi ở độ dốc
nhất định.