ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC
Chương 6 – Tính toán truyền động khí nén – thủy lực
CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG
HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC

 Khái niệm
 Tổn thất trong hệ thống điều
khiển khí nén – thủy lực
 Tổn thất khí nén


Chương 6 – Tính toán truyền động khí nén – thủy lực6.1. KHÁI NIỆM
Hệ thống truyền động khí nén & thủy lực hoạt động tốt trên cơ sở đảm bảo về việc
phân bố , tính toán và lực chọn các phần tử thích hợp. Chúng ta đều biết rằng, toàn bộ các
phần tử trong hệ thống truyền động khí nén & thủy lực đều có những yêu cầu kỹ thuật
nhất đònh. Những yêu cầu này chỉ có thể được thỏa mãn, nếu như các thông số cơ bản của
các phần tử ấy được tính toán, lựa chọn và bố trí phù hợp. Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu
biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và điều chỉnh, cũng như phần lớn các thiết bò phụ
khác trong hệ thống đều được tiêu chuẩn hóa. Do đó việc thiết kế hệ thống truyền động
chỉ là việc tính toán, lựa chọn và bố trí thích hợp các cơ cấu trên.
6.2. TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC
6.2.1. Tổn thất trong hệ thống khí nén
Thiết kế nên một hệ thống khí nén đảm bảo theo những tiêu chí hoạt động thì vấn đề tính
toán tổn thất là một vấn đề rất quan trọng và lắm phức tạp. Do hệ hệ thống sử dụng lư u
chất là khí nên ta chỉ cần quan tâm đến các tổn thất sau:
- Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (∆p
R
)
- Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (∆p
E
)
- Tổn thất áp suất trong các loại van (∆p
v
)
6.2.1.1. Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (∆p
R
)
Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (∆p

ρρ
=
[kg/m
3
] Khối lượng riêng của không khí
p
n
= 1,013 [bar] p suất ở trạng thái tiêu chuẩn
w [m/s] Vận tốc của dòng chảy (w=q
0
/ A)
d [m] Đường kính ống dẫn
Re
64
=
λ
Hệ số ma sát ống có giá trò cho ống trơn và chảy tầng
(Re<2230).
n
v
dw.
Re=
Số Reynold
v
n
= 13,28.10
-6
[m
2
/ s] Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn.

.
.1
2
1
2
2
1
w
A
A
p
E
ρ








−=∆
[N/m
2
] (6-3)
A
1

A
2

Trong đó: w
1
, w
2
vận tốc chảy trung bình của tiết diện A
1
, A
2
.
 Khi ống dẫn gãy khúc (hình 6.2). Tổn thất áp suất:

∆
p
E2
= 0,5.
ζ
.
ρ
.w
2
[N/m
2
] (6-5)
Trong đó hệ số
ζ
phụ thuộc vào độ nhẵn và độ nhám của bề mặt của ống và tra theo bảng
6-1.

0,062 0,15 0,17 0,32 0,68 1,27

a/D 0,71 0,943 0,150 3,72 6,28
∝

ζ
nhẵn
0,51 0,35 0,28 0,36 0,40 0,48
ζ
nhám
0,51 0,415 0,38 0,46 0,44 0,64
Hình 6.2 – Tiết diện
gãy khúc
D

a

45
0
45
0
δ

Bảng 6-1
 Khi ống dẫn bò cong (hình 6.3). Tổn thất áp suất:

2
3
2
. wp

Re
.
- Hệ số cản
ζ
u
phụ thuộc vào góc uốn cong
ϕ
, tỉ số R/d và chất lượng
bề mặt của ống.
Hình 6.3 – Tiết
diện uốn cong
6.2.1.3.Tổn thất áp suất trong ống dẫn khí phân dòng (hình 6.4)
 Tổn thất áp suất trong ống phân nhánh:

79
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC
Chương 6 – Tính toán truyền động khí nén – thủy lực  Tổn thất áp suất trong ống phân thẳng:
2
ρ
2
zaEa
wp
ξ
=∆

mz
Trong đó w
2
là vận tốc trung bình trong
ống dẫn chính.
- Hệ số cản
ξ
a
và
ξ
d
của ống dẫn khi
phân dòng phụ thuộc vào tỉ lệ d
ia
/d
iz
và
tỉ lệ lưu lượng q
ma
/q
mz
(bảng 6-2)

Hình 6.4 – Ống phân nhánh

=∆
Góc rẽ nhánh
δ

90
0
120
0
135
0
ng rẽ nhánh, hệ số cản
ξ
a

Tỉ số d
ia
/d
iz

Tỉ lệ lưu
lượng
q
ma
/q
mz

1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6
0.2 0.79 0.84 1.00 0.71 0.75 0.88 0.68 0.72 0.83
0.4 0.74 0.88 1.31 0.57 0.69 1.07 0.51 0.61 0.98
0.6 0.81 1.05 1.89 0.53 0.75 1.53 0.43 0.64 1.40

q
md
= q
mz
-q
ma
q
ma

δ
d
ia
q
mz
(6-9)

80
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC
Chương 6 – Tính toán truyền động khí nén – thủy lực
- Tổn thất áp suất trong ống dẫn hợp dòng q
md
: 2
ρ
2

45
0
60
0
90
0

Dòng hợp q
ma
, hệ số cản
ξ
a

Tỉ số d
ia
/d
iz

Tỉ lệ lưu
lượng
q
ma
/q
mz

1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6
0.2 -0.41 -0.31 -0.11 -0.40 -0.30 -0.09 -0.38 -0.28 -0.06
0.4 -0.03 0.22 0.94 0.00 0.27 0.99 0.10 0.37 1.11
0.6 0.22 0.69 2.22 0.31 0.79 2.33 0.52 1.03 2.61
0.8 0.35 1.09 3.73 0.51 1.27 3.93 0.89 1.69 4.43

p
v
)
Tổn thất áp suất trong các loại van
∆
p
v
(trong các loại van đảo chiều, van áp suất,
van tiết lưu…) tính theo:

2
2
w
vv
ρ
ξ
=∆Ρ
[N/m
2
] (6-11)
Trong công nghiệp sản xuất các phần tử khí nén, hệ số cản
ξ
v
là đại lượng đặt trưng
cho các van. Thay vì hệ số
ξ
, một số hãng chế tạo các phần tử điều khiển bằng khí nén sử
dụng một đại lượng, gọi là hệ số lưu lượng k
v
,

3
/h] (6-12)
Trong đó:
q
v
[m
3
/h] Lưu lượng khí nén

ρ
[kg/m
3
] Khối lượng riêng không khí
∆
p [bar] Tổn thất áp suất qua van
Theo tài liệu, hệ số
ξ
v
tính được:

2
2
18,10..2




















=
v
v
v
v
k
q
A
qg
ξ
(6-15)
Trong đó:

4
.
2
π
d


6.2.1.5. Tổn thất áp suất tính theo chiều dài ống dẫn tương đương
Bởi vì tổn that áp suất trong ống dẫn thẳng hay là tổn thất áp suất của ống dẫn có tiết diện
thay đổi hoặc là tổn that áp suất trong các loại van đều phụ thuộc vào hệ số
2
2
w
ρ
, cho nên
có thể tính tổn that áp suất thành chiều dài ống dẫn tương đương (hình 6.6).

2
'
2
22
v
d
l
w
ρ
λ
ρ
ξ
=⇔
l’
Hình 6.6 Chiều dài tương đương l’
d