BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Pgs.ts. BÙI HẢI TRIỀU (Chủ biên)
ts. nGUYỄN NGỌC QUẾ, ts. ðỖ HỮU QUYẾT
TS. NGUYỄN VĂN HỰU GIÁO TRÌNH
TRUYỀN ðỘNG THUỶ LỰC
VÀ KHÍ NÉN Hµ néi – 2006
biên, TS. Nguyễn Văn Hựu - bộ môn Máy Nông nghiệp, TS. Nguyễn Ngọc Quế - bộ môn Kỹ
thuật Động lực, TS. Đỗ Hữu Quyết bộ môn Cơ học kỹ thuật cùng tham gia biên soạn.
Giáo trình này đợc biên soạn trên cơ sở những tài liệu giảng dạy và nghiên cứu trong
và ngoài nớc về kỹ thuật thuỷ khí, về ứng dụng của thuỷ lực và khí nén trong các lĩnh vực kỹ
thuật, đặc biệt là ứng dụng trên các máy tự hành hoạt động trong các lĩnh vực: lâm nghiệp, xây
dựng, giao thông, khai khoáng
Để hoàn thiện cuốn giáo trình này các tác giả xin cám ơn TS. Hans Maack, viện Cơ
Điện tử và Kỹ thuật Truyền động, Trờng Tổng hợp Rostock đ tặng và giúp su tầm các tài
liệu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ khí. Các tác giả cũng xin cảm ơn GS. TS. Renuis,
Viện máy Nông nghiệp, trờng Bách khoa Munich đ khuyến khích, t vấn xây dựng môn học
và giáo trình Truyền động Thuỷ lực và Khí nén ứng dụng trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp.
Môn học Truyền động thuỷ lực và khí nén lần đầu tiên đợc xây dựng, do đó giáo trình
sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong bạn đọc đóng góp những ý kiến để cuốn sách
đợc hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp phê bình xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật Động lực,
Khoa Cơ - Điện, Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn!
Các tác giả

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….1
Mở ñầu

Trong ngành cơ khí, truyền ñộng thuỷ lực và khí nén ñược xếp vào chuyên ngành kỹ
thuật truyền lực. Nhiệm vụ của kỹ thuật truyền lực là xây dựng hệ thống truyền lực của máy
hay thiết bị sao cho nhiệm cụ công nghệ của chúng ñược thực hiện tối ưu. Thí dụ hệ thống
truyền lực của một xe hơi, hệ thống truyền lực của một máy ép,…
một khoảng rộng. Nhờ ñó một phần chức năng truyền ñộng từ ñộng cơ và ñiều khiển truyền
ñộng ñã ñược thực hiện ngay trên ñộng cơ ñiện. Trong ña số các trường hợp, hệ thống truyền
ñộng ñiện cần có một bộ truyền cơ học với tỷ số truyền không ñổi ñể làm thích ứng mô men
quay và tần số quay với các thông số yêu cầu của thiết bị cần dẫn ñộng. Hệ thống truyền ñộng
ñiện cũng yêu cầu một không gian lắp ñặt xác ñịnh giữa ñộng cơ và máy công tác.
* Truyền ñộng thuỷ lực: Trong truyền ñộng thuỷ lực việc truyền công suất trong hệ
thống do chất lỏng ñảm nhận. Tuỳ theo việc sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng là thế
năng hay ñộng năng mà hệ thống ñược gọi là truyền ñộng thuỷ tĩnh hay truyền ñộng thuỷ
ñộng.
+ Truyền ñộng thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ. Trong trường hợp ñơn
giản nhất, hệ thống gồm một bơm ñược truyền ñộng cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng
ñể làm chuyển ñộng một xy lanh hay một ñộng cơ thuỷ lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trên
ñộng cơ hay xi lanh lực cùng với lưu lượng ñưa ñến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền
ñến các máy công tác. ðặc 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. Do có khả năng tách
bơm và ñộng cơ theo không gian và sử dụng các ñường ống rất linh ñộng nên không cần một
không gian lắp ñặt xác ñịnh giữa ñộng cơ và máy công tác. Trên hệ thống truyền ñộng thuỷ
tĩnh có thể thay ñổi tỷ số truyền vô cấp trong một khoảng rộng. Chất lỏng thuỷ lực hiện nay
ðộng
cơ
Hệ thống
truyền ñộng
Máy hay thiết bị
cần dẫn ñộng
M
e
,
ω
e


trường hợp ứng dụng và các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu. Khi ñó việc lựa chọn sử dụng loại
truyền lực và truyền ñộng nào là dựa vào các lợi thế ñặc biệt của một loại. Các bộ truyền lực
tịnh tiến ñể khắc phục lực tải lớn với vận tốc nhỏ thường ñược thực hiện bằng thuỷ lực. Thí
dụ cho các trường hợp này là các máy nén ép trong công nghiệp ô tô và công nghiệp chế tạo
vật liệu nhân tạo, bộ phận nâng hạ trong các máy nâng hàng, máy xúc và cần cẩu tự hành,…
Cả truyền ñộng của các máy công tác hạng nặng và các máy công nghiệp cũng ñược thực hiện
bằng thuỷ lực. Trong các máy công cụ, trong kỹ thuật rô bốt và chế tạo máy, trong chế tạo tàu
biển, hàng không, trên các xe vận tải cũng luôn gặp các ứng dụng của kỹ thuật thuỷ lực và khí
nén. Trong kỹ thuật truyền lực, ñiều khiển và ñiều chỉnh ngoài thuỷ lực và khí nén còn ứng
dụng cả các giải pháp cơ học, ñiện - ñiện tử hoặc liên hợp các giải pháp. ðặc biệt các bộ
truyển thuỷ lực - ñiện và khí nén - ñiện ngày càng ñược phát triển rộng rãi do ñược kết nối
với máy tính và ứng dụng kỹ thuật ñiều khiển số. Các hệ thống thuỷ lực và khí nén ñiều khiển
số ngày càng có ý nghĩa lớn trong sản xuất.
Những cơ sở vật lý, những kiến thức về cấu trúc, các nguyên lý hoạt ñộng của các
thiết bị cũng như các mạch thuỷ lực và khí nén ñược trình bày trong cuốn sách sẽ giúp cho
sinh viên và các kỹ sư cơ khí có thể thiết kế ñược các hệ thống truyền lực thuỷ lực và khí nén
hoạt ñộng có hiệu quả và chính xác. Từ ñó tạo ra khả năng mở rộng phạm vi ứng dụng của kỹ
thuật thuỷ khí. Tr

Máy ñộng lực thường ñược sử dụng là ñộng cơ ñiện hoặc ñộng cơ ñốt trong, truyền
cho bơm mô men quay M
1
và tần số quay n
1
(v/s) và cung cấp một công suất cơ học:
P
ch.
=2 πM
1
n
1Công suất này ñược chuyển ñổi thành công suất thuỷ lực trong bơm:
P
rl.
= pQ,
trong ñó: p là áp suất dầu yêu cầu từ máy công tác; Q- lưu lưu lượng ñược tính từ tần
số quay và kích thước của bơm.
Dòng dầu có áp suất trong thiết bị thuỷ lực ñược dẫn qua các ñường ống và các van
ñiều khiển ñến xy lanh lực hoặc ñộng cơ thuỷ lực, tại ñó công suất thuỷ lực lại ñược biến ñổi
thành công suất cơ học cần thiết của máy công tác. ðối với các xy lanh thuỷ lực công suất cần
thiết ñược tính theo lực yêu cầu trên cần pít tông và vận tốc pít tông:
P
ch.
= Fv
ðối với ñộng cơ thuỷ lực công suất yêu cầu ñược tính theo số liệu của máy công tác:
Máy ñ
ộng

cơ học
11ch
MP
ω
=Công su
ất
thuỷ lực
P
rl
= p.Q
M
1
n
1p
Q

F v

M
2
n
2

Chuyển ñổi công

Sơ ñồ kỹ thuật biểu diễn bộ truyền theo ký hiệu mạch xy lanh thuỷ lực ñược trình bày
trên hình 1.2. Hình trên cùng (1.2a) mô tả hoạt ñộng chung của bơm thuỷ lực, xy lanh thuỷ lực
và thùng dầu. Trong sơ ñồ này sử dụng bơm có thể tích làm việc không ñổi và một xy lanh tác
ñộng kép. Bơm thuỷ lực hút dầu từ bình và cung cấp lưu lượng dầu Q với áp suất p ñến xy
lanh. Lưu lượng Q tỷ lệ thuận với tần số quay của bơm dầu và xác ñịnh vận tốc của pít tông.
Mô men truyền lực tỷ lệ thuận với áp suất ñược tạo ra ứng với tải trọng tác ñộng lên pít tông.
Hình 1.3. Truyền ñộng cho một ñộng cơ thuỷ lực
1- Van giới hạn áp suất; 2- Van phân phối 4/3; 3- ðộng cơ thuỷ lực.
Trong nhiều trường hợp sử dụng cần tìm những giải pháp thích hợp cho các hệ thống
truyền lực. Khi ñó cần biết ưu ñiểm, nhược ñiểm của mỗi loại truyền lực. Các tính chất ưu việt
của truyền ñộng thuỷ lực ñược tóm tắt như sau:
• Kết cấu ñơn giản nhờ các cụm chi tiết tiêu chuẩn;
• Có thể bố trí tự do tất cả các chi tiết mà không cần chú ý ñến vị trí của liên hợp cơ
học;
• Truyền lực lớn khi thể tích kết cấu tương ñối nhỏ do có trọng lượng trên ñơn vị công
suất của bơm và ñộng cơ nhỏ (trọng lượng công suất của ñộng cơ thuỷ lực so với ñộng
cơ ñiện là 1/10);
• Tính chất ñộng lực học khá tốt (tăng tốc, giảm tốc) do mô men quán tính của ñộng cơ
thuỷ lực nhỏ (tỷ lệ mô men quán tính so với ñộng cơ ñiện cùng mô men quay là 1/50);
• Chuyển ñổi ñơn giản chuyển ñộng quay thành chuyển ñộng dao ñộng và ngược lại;
• ðảo chiều ñơn giản;
• Thay ñổi tỷ số truyền vô cấp theo tải trọng (ñặc biệt có lợi cho các máy tự hành);
• Bảo vệ quá tải ñơn giản nhờ van giới hạn áp suất;
• Giám sát ñơn giản nhờ áp kế;
• Có khả năng tự ñộng hoá chuyển ñộng dễ dàng.
Bên cạnh ñó, các nhược ñiểm làm hạn chế khả năng sử dụng truyền ñộng thuỷ lực là:
• Hiệu suất thấp so với truyền ñộng cơ học, do ma sát của chất lỏng trong ñường ống và
các phần tử, do hao tổn lọt dòng trong các khe hở lắp ghép;

• Khả năng tách bọt khí tốt.
1.2.2. Phân loại chất lỏng thuỷ lực
a) Các loại
Trong truyền ñộng thuỷ tĩnh người ta sử dụng chủ yếu các loại chất lỏng thuỷ lực sau:
- Chất lỏng thuỷ lực từ dầu mỏ (dầu khoáng);
- Chất lỏng thuỷ lực khó cháy.
Dầu khoáng là chất lỏng thuỷ lực ñược sử dụng phổ biến nhất, ñây là loại dầu chuyên
dùng cho các thiết bị thuỷ lực có pha thêm một số chất phụ gia. Các chất phụ gia dùng ñể cải
thiện các tính chất của dầu thuỷ lực, thí dụ tính chất nhớt – nhiệt ñộ, tính chất bôi trơn –
chống mòn, tính chất chống rỉ hoặc ñộ bền lão hoá.
Chất lỏng thuỷ lực khó cháy có nhiệt ñộ bắt cháy cao hơn hẳn dầu khoáng, thường
ñược sử dụng trên các thiết bị có nguy cơ cháy nổ. Có hai loại chất lỏng thuỷ lực khó cháy là
chất lỏng chứa nước có nguồn gốc dầu mỏ và chất lỏng không chứa nước trên cơ sở vật liệu
tổng hợp.
Ngoài ra trên các thiết bị tự hành còn sử dụng dầu ñộng cơ và dầu truyền lực làm
chất lỏng thuỷ lực. Dầu này ñược sử dụng trong một mạch dầu chung vừa ñể bôi trơn ñộng cơ
và hộp số, vừa ñể thực hiện cả nhiệm vụ truyền lực trong hệ thống thuỷ lực.
ðôi khi trên các thiết bị di ñộng và có nhiệt ñộ làm việc thấp người ta còn sử dụng
dầu truyền lực tự ñộng (ATF) làm chất lỏng thuỷ lực, ví dụ trong bộ phận lái tuỳ ñộng của
PKW.
b) Cơ sở phân loại

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….7
Dầu khoáng ñược phân loại theo ñộ nhớt (Viscosity Grad: VG). Cơ sở phân loại theo
ñộ nhớt là dựa trên ñộ nhớt ñộng học trung bình tại nhiệt ñộ chuẩn 40
0
C (bảng 1.1). ðể thiết
bị thuỷ lực hoạt ñộng tốt cần giữ một giới hạn ñộ nhớt xác ñịnh, giới hạn ñó ñược các nhà sản
xuất dầu thuỷ lực quy ñịnh. Dưới ñây là một số giá trị kinh nghiệm có thể tham khảo:

Bảng 1.2. Phân loại ñộ nhớt chất lỏng thuỷ lực khó cháy
Vùng ñộ nhớt ðộ nhớt ñộng học ở 50
0
C (mm
2
/s - cSt)
HFA - 1 1 ñến 1,5
HFA – 2 11 ñến 14
HFA – 4 20 ñến 40
HFA - 8 50 ñến 70

Dầu ñộng cơ và dầu truyền lực ñược phân loại theo SAE.
Bảng 1.3 trình bày các giá trị số liệu quan trọng nhất của các chất lỏng thuỷ lực thông
dụng trên các thiết bị thuỷ lực tự hành.
Bảng 1.3. Tổng hợp các số liệu quan trọng nhất của chất lỏng thuỷ lực
Tính chất vật liệu Ký hiệu ðơn vị Dầu khoáng
ðộ nhớt ñộng học ở 40
0
C
ν
mm
2
/s 10 - 100
Khối lượng riêng ở 15
0
C
ρ
g/cm
3
0,85 – 0,91

K) 0,11 – 0,14
Nhiệt ñộ bốc cháy t
F

0
C 125 – 205
Nhiệt ñộ tự cháy t
Z
0
C 310 – 360
Nhiệt ñộ hoạt ñộng cực ñại t
max

0
C 90

Do sự phát triển không ngừng trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ lực và chất lỏng thuỷ lực,
do sự cần thiết làm thích ứng các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế với nhau nên việc tiêu chuẩn
hoá luôn nằm trong trạng thái vận ñộng. Các trích dẫn trong tài liệu này chỉ ñưa ra một số các
tiêu chuẩn quan trọng nhất ñể tham khảo.
1.2.3. Các tính chất vật lý
a) Tính chất nhớt
ðộ nhớt là một thông số ñặc trưng ñặc biệt quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ
lực. ðộ nhớt cung cấp thông tin về ma sát trong của chất lỏng thuỷ lực và cùng với khối lượng
riêng của chất lỏng cung cấp thông tin về tính chất cản trên dòng chảy (thí dụ trên ñường ống),
và quan trọng hơn cả là cung cấp thông tin về khả năng tải của chất lỏng, có nghĩa là về khả
năng chịu tải của các phần tử máy, các trục trên ổ trượt hoặc pít tông và xy lanh.
ðể dễ dàng làm sáng tỏ khái niệm ñộ nhớt có thể sử dụng một thí dụ quen thuộc dưới
ñây (hình 1.4): Hai tấm phẳng song song chuyển ñộng tương ñối với nhau với một vận tốc nhỏ
có môi trường ngăn cách là chất lỏng. Tấm phẳng dưới không chuyển ñộng còn tấm phẳng

ơ
n quen thu
ộ
c v
ề
ma sát, trong
ñ
ó h
ệ
s
ố
t
ỷ
l
ệ
η
ñượ
c g
ọ
i là
ñộ

nh
ớ
t
ñộ
ng l
ự
c h
ọ

ệ
n cao h
ơ
n
vì nó mô t
ả
tính ch
ấ
t dòng ch
ả
y c
ủ
a ch
ấ
t l
ỏ
ng d
ướ
i
ả
nh h
ưở
ng c
ủ
a quán tính kh
ố
i l
ượ
ng và l
ự

+ ðộ nhớt ñộng lực học η:
1 Ns/m
2
= 1 Pa.s = 10
3
mPa.s
hoặc 1 P (Poise) = 100 cP = 10
-1
Ns/m
2
;
+ ðộ nhớt ñộng học ν:
1 m
2
/s = 10
6
mm
2
/s
hoặc 1 St (Stoke) = 100 cSt = 100 mm
2
/s.
Cả hai loại ñộ nhớt phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt ñộ và áp suất.
Tính chất nhiệt ñộ - ñộ nhớt
Nhiệt ñộ càng tăng ñộ nhớt của chất lỏng càng giảm. Chất lỏng thuỷ lực bị loãng ñi thì
sức cản ma sát giảm, tuy nhiên khả năng tải của chất lỏng cũng giảm. Tính chất ñộ nhớt –
nhiệt ñộ cho trường hợp dầu khoáng ở áp suất khí quyển có thể ñược biểu diễn bằng công thức
thực nghiệm:
ϑ+
=ϑη

C lên 70
0
C, ñộ nhớt giảm từ 20,7 xuống 14,9 mm
2
/s.

ðộ nhớt ñộng học
ν

0

100

200

300

400

600


10000

mm
2
/sTr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….10
Trong thực tế các nhà thiết kế không tính toán tính chất ñộ nhớt – nhiệt ñộ theo công
thức (1.3) mà tra theo một biểu ñồ ñơn giản do các hãng sản xuất dầu khoáng cung cấp, biểu
ñồ Ubbelohde (hình 1.6).
ðể mô tả tính chất ñộ nhớt – nhiệt ñộ, ñặc biệt ñể so sánh các loại dầu với nhau
người ta thường sử dụng một thông số ñặc trưng nữa gọi là chỉ số ñộ nhớt VI. VI càng tăng
ñường cong ñộ nhớt – nhiệt ñộ càng thẳng hơn, có nghĩa là ñộ nhớt thay ñổi càng ít theo nhiệt
ñộ. VI của các dầu khoáng thông thường có giá trị ≈ 100, nếu bổ sung chất phụ gia có thể làm
tăng giá trị VI.
Tính chất nhiệt ñộ – áp suất – ñộ nhớt
Áp suất tăng sẽ làm tăng ñộ nhớt của chất
lỏng thuỷ lực. Chất lỏng trở nên ñặc hơn sẽ làm
tăng sức cản ma sát, tuy nhiên cũng làm tăng khả

bar, ñộ nhớt cũng chỉ tăng khoảng 2 lần.
ở nhiệt ñộ cao áp suất có ảnh hưởng ñến ñộ
nhớt nhỏ hơn ở nhiệt ñộ thấp.
Hình 1.5. Sự thay ñổi ñộ nhớt
ν
νν
ν

theo nhiệt ñộ
(HL 46, VI 100, p
0
= 1 bar)

Hình 1.6. Biểu ñồ Ubbelohde ñể xác
ñịnh tính chất ñộ nhớt – nhiệt ñộ
(ISO VG 10./.100, VI 100, p
0
= 1 bar)
ðộ nhớt ñộng học
ν

Hình 1.7. Biểu ñồ xác ñịnh tính
chất nhiệt ñộ – áp suất – ñộ nhớt
(HL 46, VI 100)

p=601 bar
401bar
0 20 40 60 80 120
0
C

0,86

g/cm
3

100

80

60

40

0

ợng ri
êng ρ

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….11
b) Tính chất khối lượng riêng
Khối lượng riêng của chất lỏng là
tỷ lệ giữa khối lượng và thể tích của nó:

V
m
=ρ
(1.5)
Khối lượng riêng là một thông số
ñặc trưng ñể tính toán sức cản dòng chảy

0
C) là khối lượng riêng và nhiệt ñộ trong ñiều kiện dẫn
xuất, γ (1/K) là hệ số giãn nở nhiệt của dầu. Nếu lấy nhiệt ñộ dẫn xuất là 15
0
C thì công thức
(1.5) trở thành:
)15(1
)(
C15
0
−ϑγ+
ρ
=ϑρ
Hệ số giãn nở nhiệt γ mô tả tính chất giãn nở của dầu tại áp suất không ñổi.

p
0
V
V
1






δϑ
δ
=γ


))(()(
00
ϑ
−
ϑ
ϑ
γρ
−
=
ρ
−
ϑ
ρ
=
ρ
∆

Giá trị γ ở áp suất khí quyển có thể lấy tương ứng theo các loại dầu như sau:
dầu khoáng: 0,65.10
-3
K
-1

dầu HFC; 0,70.10
-3
K
-1

dầu HFD; 0,75.10
-3

0
(kg/m
3
) và p
0
là các giá tr
ị
kh
ố
i l
ượ
ng riêng và áp su
ấ
t
ở

ñ
i
ề
u ki
ệ
n chu
ẩ
n;
k (1/bar) là h
ệ
s
ố
nén, mô t
ả

ớ
i k là mô
ñ
un nén K = 1/k.
T
ừ
hình 1.8 cho th
ấ
y có th
ể
tính toán quan h
ệ
áp su
ấ
t – kh
ố
i l
ượ
ng riêng theo quan h
ệ

tuy
ế
n tính. Do v
ậ
y h
ệ
s
ố
nén

ự
thay
ñổ
i th
ể
tích c
ũ
ng nh
ư
kh
ố
i l
ượ
ng
riêng ph
ụ
thu
ộ
c vào áp su
ấ
t
ñượ
c xác
ñị
nh theo bi
ể
u th
ứ
c:


ấ
y nh
ư
sau:
D
ầ
u khoáng k = 0,7.10
-4
1/bar); K = 1,4.10
4
bar;
D
ầ
u HFC k = 0,3.10
-4
1/bar; K = 3,3.10
4
bar;
D
ầ
u HFD k = 0,35.10
-4
bar; K = 2,85.10
4
bar.
Tính ch
ấ
t nén c
ủ
a d

i
ñ
ây làm sáng t
ỏ
thêm
ñ
i
ề
u
ñ
ó:
N
ế
u t
ă
ng áp su
ấ
t t
ừ
1
ñế
n 301 bar (t
ă
ng thêm 300 bar) t
ạ
i nhi
ệ
t
ñộ
15

ng, khi t
ă
ng áp su
ấ
t thêm 100 bar thì th
ể
tích d
ầ
u gi
ả
m
ñ
i kho
ả
ng
0,7%.
c) Khả năng tiếp nhận không khí của dầu thuỷ lực
Không khí có th
ể

ñượ
c hàm ch
ứ
a trong d
ầ
u thu
ỷ
l
ự
c

a d
ầ
u
thu
ỷ
l
ự
c, có ngh
ĩ
a là không làm thay
ñổ
i
ñế
n tính ch
ị
u nén c
ủ
a d
ầ
u. Trong tr
ạ
ng thái bão hoà,
d
ầ
u khoáng có th
ể
hoà tan kho
ả
ng 9% th
ể

ă
ng,
trong khi s
ự
thay
ñổ
i c
ủ
a nhi
ệ
t
ñộ
l
ạ
i h
ầ
u nh
ư
không
ả
nh h
ưở
ng
ñế
n kh
ả
n
ă
ng này. Kh
ả

dkk
p
p
VV α=
(1.8)
Trong
ñ
ó: V
ol

là th
ể
tích d
ầ
u t
ạ
i áp su
ấ
t khí quy
ể
n; α - h
ệ
s
ố
hoà tan Bunsen, có th
ể

l
ấ
y giá tr

p nh
ậ
n không khí c
ủ
a d
ầ
u
ở
d
ạ
ng hoà
tan
ñ
ã v
ượ
t quá m
ứ
c gi
ớ
i h
ạ
n.
ðồ
ng th
ờ
i không khí
ở
d
ạ
ng hoà tan c

p, t
ạ
i
các ch
ỗ
cong g
ấ
p,
ñằ
ng sau v
ị
trí ti
ế
t l
ư
u,… B
ọ
t khí c
ũ
ng có th
ể
xâm nh
ậ
p khi n
ạ
p khí, do l
ọ
t
khí t
ạ

gây va
ñậ
p sau b
ơ
m, gây chuy
ể
n
ñộ
ng ng
ượ
c, làm cho t
ầ
n
s
ố
quay thay
ñổ
i theo d
ạ
ng b
ậ
c, gây
ồ
n, gãy ho
ặ
c mài mòn (xâm th
ự
c). Chính vì v
ậ
y c

ghp
ρ
=
(1.9)
Với chất lỏng lý tưởng, không xuất hiện lực tiếp tuyến cũng như các ứng suất tiếp tại
thành thùng và giữa các lớp chất lỏng.

F

p

A

p

h

pTr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….14
qua hao t
ổ
n l
ọ
t dòng, chuy
ể
n
ñộ
ng cu
ố
n theo pít tông thì s
ẽ
làm d
ị
ch chuy
ể
n
các th
ể
tích nh
ư
nhau:

221121
sAsAVV
=
=
=
(1.12)
T

A
v
v
=
(1.14)
Công d
ị
ch chuy
ể
n c
ủ
a ch
ấ
t l
ỏ
ng khi
ñ
ó s
ẽ
là:

2211
sFsFW
=
=
(1.15)
và công su
ấ
t: FvP
=

t b
ơ
m thu
ỷ
l
ự
c cánh quay.
Trong m
ộ
t vòng quay, cánh quay có di
ệ
n tích A chuy
ể
n
ñộ
ng
ñượ
c quãng
ñườ
ng 2
π
r
và cu
ố
n theo m
ộ
t th
ể
tích ch
ấ

=
(1.18)
Th
ể
tích choán ch
ỗ
này c
ủ
a b
ơ
m và
ñộ
ng c
ơ
thu
ỷ
l
ự
c còn
ñượ
c g
ọ
i là th
ể
tích làm
vi
ệ
c. L
ư
u l

ộ
t truy
ể
n
ñộ
ng thu
ỷ
l
ự
c ho
ạ
t
ñộ
ng
không có hao t
ổ
n thì l
ư
u l
ượ
ng b
ơ
m Q
1
s
ẽ

b
ằ
ng l

V
n
n
=
(1.20)
Mô men quay sinh ra trong các máy
thu
ỷ
l
ự
c chuy
ể
n
ñộ
ng quay (hình 1.12) s
ẽ
là:

pArM
=
(1.21)
trong
ñ
ó
p
là áp su
ấ
t t
ạ
o ra trong b

(1.22)
ho
ặ
c:
n
2
pQ
M
π
=
(1.23)
T
ừ

ñ
ó, công su
ấ
t s
ả
n ra ho
ặ
c công su
ấ
t ti
ế
p nh
ậ
n c
ủ
a m

lực học với kỹ thuật thuỷ lực ñược các kỹ sư ứng dụng trong sản xuất bằng cách bổ sung thêm
lực ma sát sinh ra do tính nhớt của chất lỏng thuỷ lực.
Cơ sở ñể tính toán các thiết bị thuỷ lực là các phương trình liên tục, phương trình
Bernoulli cho chất lỏng thuỷ lực. Các phương pháp tính toán sức cản dòng chảy, có nghĩa là
các phương pháp tính toán hao tổn áp suất trong các ống dẫn có ý nghĩa quan trọng trong thực
tế.
1.4.1. Phương trình liên tục
Dòng chảy dừng của chất lỏng lý tưởng thoả mãn ñịnh luật bảo toàn khối lượng: Lưu
khối
1
m
&
chảy qua mặt cắt A
1
luôn bằng với lưu khối
2
m
&
chảy qua mặt cắt A
2
. ðối với chất
lỏng có khối lượng riêng không ñổi ñịnh luật này ñúng cho cả trường hợp chảy không dừng.
Hình 1.12. Bơm thuỷ lực cánh quay
1- Vỏ; 2- Rô to; 3- Cánh quay.

r

p
M
1

vAvA
=
(1.28)
1.4.2. Phương trình Bernoulli
Ph
ươ
ng trình Bernoulli xu
ấ
t phát t
ừ
gi
ả
thi
ế
t r
ằ
ng n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a m
ộ
t ch
ấ
t l
ỏ
ng ch
ả

trình này tho
ả
mãn trong tr
ườ
ng h
ợ
p riêng c
ủ
a dòng ch
ả
y m
ộ
t chi
ề
u, và c
ũ
ng bi
ể
u di
ễ
n tr
ườ
ng
h
ợ
p
ñặ
c bi
ệ
t c

ng
ñủ
chính xác làm c
ơ
s
ở
tính toán
trong l
ĩ
nh v
ự
c thu
ỷ
l
ự
c d
ầ
u. N
ă
ng l
ượ
ng t
ạ
i m
ộ
t
ñ
i
ể
m xác

t l
ỏ
ng và th
ế
n
ă
ng.
Hình 1.14 trình bày s
ơ

ñồ
dòng ch
ả
y qua hai m
ặ
t c
ắ
t khác nhau. Ph
ươ
ng trình
Bernoulli vi
ế
t cho tr
ườ
ng h
ợ
p này nh
ư
sau:
22

2
2
21
2
1
1
gh
2
v
pgh
2
v
p ρ+
ρ
+=ρ+
ρ
+

ho
ặ
c t
ổ
ng quát:
constgh
2
v
p
2
=ρ+
ρ

ụ
ng c
ủ
a k
ỹ
thu
ậ
t thu
ỷ

l
ự
c th
ườ
ng
ñượ
c b
ỏ
qua do có giá tr
ị
quá nh
ỏ
so v
ớ
i
ñộ
ng n
ă
ng và áp n
ă

1.4.3. Hao tổn áp suất trong ñường ống
a) Các khái niệm cơ bản
Khác v
ớ
i ch
ấ
t l
ỏ
ng lý t
ưở
ng, ch
ấ
t l
ỏ
ng th
ự
c có tính ch
ị
u nén và ma sát, h
ơ
n n
ữ
a ma sát
có ý ngh
ĩ
a ch
ủ
y
ế
u

1
v
2
A
2
m
2

Q
2

Hình 1.14. Dòng chảy qua
hai mặt cắt khác nhau
h
2

h
1

v
1

v
2

p
1
; Q
1


ử
m
ạ
ch thu
ỷ
l
ự
c.
Trong ch
ấ
t l
ỏ
ng thu
ỷ
l
ự
c xu
ấ
t hi
ệ
n c
ả
ma sát trong gi
ữ
a các l
ớ
p ch
ấ
t l
ỏ

ệ
n thêm l
ự
c
ti
ế
p tuy
ế
n và
ứ
ng su
ấ
t ti
ế
p.
ứng suất tiếp ñược tạo ra do ma sát giữa các lớp chất lỏng và ñộ
bám của chất lỏng với thành ống, từ ñó tạo ra sức cản, có nghĩa là hao tổn áp suất khi chất
lỏng chảy qua ống dẫn. Hao tổn áp suất tăng khi tăng ñộ nhớt của chất lỏng và do ñó hao tổn
áp suất trong các thiết bị thuỷ lực dầu cao hơn rất nhiều so với các thiết bị sử dụng môi chất có
ñộ nhớt nhỏ, thí dụ như nước.
Khi tính toán một thiết bị thuỷ lực ñồng bộ cần phải tính ñến cả hao tổn áp suất cục bộ
tại các chỗ cong, gãy khúc, nối ống và tại các van,…
Prandt ñã xây dựng các công thức xác ñịnh hao tổn áp suất khi chất lỏng thực chảy
trong ống dẫn bằng cách lấy quan hệ tỷ lệ thuận giữa áp suất với ñộng năng dòng chảy:

2
v
d
1
dl

là hệ số cản của ñường ống,
là một hàm số của số Reynold Re:

(Re)f
R
=
λ
(1.34)

η
ρ
=
ν
=
vdvd
Re
(1.35)
v
ớ
i
ν
là
ñộ
nh
ớ
t
ñộ
ng h
ọ
c và


l

1

2

Hình 1.15. Hao tổn áp suất
trên ống thẳng
∆
p
R
e

0,010

0,012

0,014

0,016

0,020

0,04

0,03

0,05



2

3

4

6

8

10
6

d/k=100
200

500

1000

2000

5000
λ
R
=64/Re

R

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….18
Hình 1.16. Biểu ñồ tổng hợp sức cản dòng chảy
λ
λλ
λ
R


p
1
và πy
2
p
2
.
R
e

Hệ số cản của ñường ống λ
R
0,01

0,02

0,04

0,1

0,2

0,4

1

2

4



6

10
3

4

2

10
4

2

4

10
5

2

4

10
6

λ
R
=64/Re

Trong ñó τ ñược tính theo ñịnh luật ma sát Newton:
dy
dv
η−=τ

do ñó
2
y
l
p
dy
dv
η
∆
−=
(1.38)
Tích phân công thức (1.38) sẽ có giá trị cực ñại của vận tốc dòng chảy theo trục ống
dẫn:
2
max
r
l4
p
v

ẽ
tính
ñượ
c ∆p:
v
r
l
8p
2
η=∆
(1.41)
Có th
ể
nh
ậ
n th
ấ
y r
ằ
ng s
ứ
c c
ả
n dòng ch
ả
y ∆p có quan h
ệ
tuy
ế
n tính v


p
1

y
l
∆p

τ

τπ
y
2Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….20

Re
64
R
=λ
(1.42)
Dòng chảy không ñẳng nhiệt
Dầu thuỷ lực có ñộ nhớt cao hơn nước khoảng 100 lần và ñộ nhớt dầu phụ thuộc rất
mạnh vào nhiệt ñộ. ðộ nhớt ban ñầu cao dẫn ñến ma sát lớn, ñặc biệt giữa dòng dầu và thành
ống, do ñó xuất hiện sự tăng nhiệt ñộ và tương ứng là sự giảm ñộ nhớt (hình 1.19).

l
KKp
2
RXS
ρ
λ=∆
(1.43)
Tích số v.
η
Tích số v.
η

Hình 1.20. Yếu tố K
S
cho dòng chảy

1,0
K
x

Hình 1.19. Nhiệt ñộ, ñộ nhớt và vận tốc dòng chảy qua
mặt cắt khi chảy ñẳng nhiệt và không ñẳng nhiệt
v

η

ϑ

ðẳng nhiệt
Không ñẳng nhiệt

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….21
c) Dòng chảy rối
Dòng chảy ñẳng nhiệt
So với chảy tầng, ñường cong vận tốc theo mặt cắt
ngang khi chảy rối ít lồi hơn nhiều (hình 1. 22). Vận tốc
trung bình tại mặt cắt ngang có giá trị v ≈ (0,79
÷0,82)v
max
.
ðối với các môi chất có ñộ nhớt nhỏ như không
khí và nước, chuyển ñổi từ chảy tầng sang chảy rối diễn ra

R
λ
=
λ

(1.44)
ðố
i v
ớ
i k
ỹ
thu
ậ
t thu
ỷ
l
ự
c d
ầ
u
có th
ể
s
ử
d
ụ
ng
ñủ
chính xác v
ớ

hình 1.16

Hình 1.23. Biểu ñồ xác ñịnh yếu tố k
t

cho dòng ch
ảy rối không ñẳng nhiệt

Hình 1.22. Profil vận tốc

khi chảy rối

v
max
v

Yếu tố hiệu chỉnh k
tTr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….22
và hình 1.17. Biểu ñồ trên hình 1.16 khái quát một cách tổng thể về các ñường cong hệ số cản
khi chảy tầng và chảy rối và về ảnh hưởng của ñộ nhám khi chảy rối.
Biểu ñồ hình 1.17 ñặc biệt thích hợp ñể tra cứu hệ số cản dòng trong kỹ thuật thuỷ lực
ñối với số Reynold nhỏ.
Dòng chảy không ñẳng nhiệt
Trong trường hợp chảy rối có thể tính ñến tính chất không ñẳng nhiệt nhờ bổ sung yếu
tố hiệu chỉnh
t

=∆
(1.47) Hệ số cản cục bộ ξ có thể xác ñịnh bằng thực nghiệm cho các phần tử tiêu biểu. Một
số giá trị ξ ñối với các trường hợp trên hình 1.24 và hình 1.25 ñược cho trên các bảng 1.4 ñến
bảng 1.7.

Hình 1.25. Các dạng nối ống a)
Q

b)

Q


Q
b

ξ
b

α

Q, v
d

R

α

a)
Hình 1.24. Các loại phần tử ñường ống
a) ống cong; b) ống phân nhánh; c) ống nhập dòng

Vận tốc v

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….23
Bảng 1.4. Giá trị
ξ
ξξ
ξ
cho ống cong (hình 1.24a)
R/d
α = 45

ξ
b
0,6 0,07 0,33 0,07 0,96
0,8 0,20 0,29 0,21 1,10
1,0 0,33 0,35 0,35 1,29

Bảng 1.6. Giá trị
ξ
ξξ
ξ
cho ống nhập dòng (hình 1.24c)
Q
b

α = 45
0
α = 90
0

Q
ξ
a
ξ
b
ξ
a
ξ
b
0,6 0,05 0,22 0,40 0,47
0,8 -0,2 0,37 0,50 0,73

à các ph
ần tử ống

1

2

10

4

6

20

40

100

6

10
3

4

2

10
1