Giáo trình Thủy lực khí nén (Phần 2)

Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
45 
CHƯƠNG 3: 
KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY 
LỰC 
1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNGSỐ CỦA THỦY LỰC 
1.1 Khái niệm, yêu cầu 
1.1.1 Khái niệm 
a. Hệ thống điều khiển 
Hình 3.1. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực 
Hệ thống điều khiển bằng thủy lực được mô tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm các 
cụm và phần tử chính, có chức năng sau: 
- Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc (...) 
- Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn (...) 
- Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa (...) 
- Phần tử điều khiển: van đảo chiều (...) 
- Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu. 
b. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều bằng thủy lực 
Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực 
1.1.2 Yêu cầu 
a. Ưu điểm của truyền động bằng thuỷ lực 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
46 
- Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương 
đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo 
dưỡng). 
- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động 
hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn). 
- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc 
nhau. 
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực 
cao. 
- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của 
dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ 
khí và điện). 
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến 
của cơ cấu chấp hành. 
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. 
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiềumạch. 
- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần 
tử tiêu chuẩn hoá. 
b. Nhược điểm của truyền động bằng thuỷ lực 
- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm 
hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. 
- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của 
chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. 
- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc 
thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. 
c. Những yêu cầu chung với hệ thống truyền động thuỷ lực 
Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ 
nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, 
tính chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, 
nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đông đặc. Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu 
cầu sau: 
- Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và ápsuất; 
- Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ; 
- Có tính trung hoà (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 ma sát ít 
nhất; 
- Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và 
không khí, dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng 
riêng nhỏ. 
Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn được đầy đủ nhất 
1.2. Các thông số của chất lỏng 
1.2.1 Lực 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
47 
- Đơn vị của lực là Newton (N). 1 Newton là lực tác động lên đối trọng có 
khối lượng 1kg với gia tốc 1 m/s2. 
1 N = 1 kg.m/s2 
1.1.3.2 Áp suất 
- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal. 
- 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 Pascal = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2 
 Đơn vị này khá nhỏ, nên người ta thường dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 và 
so với đơn vị áp suất cuc là kg/cm2 thì nó có mối quan hệ như sau: 
 1kg/cm2 0,1 N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2 
 (Trị số chính xác 1kg/cm2 = 9,8N/cm2, nhưng để dễ tính toán, ta 
lấy1kg/cm2 = 10N/cm2) 
- Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 
1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at 
1.1.3.3 Thể tích và lưu lượng 
 - Thể tích (V): m3 hoặc lít (l) 
 - Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy. 
Đơn vị thường dùng là l/min. 
Q = v.A 
Trong đó: 
Q lưu lượng của dòng chảy 
A Tiết diện của dòng chảy 
v Vận tốc trung bình của dòng chảy 
1.1.3.4 Vận tốc 
- Đơn vị của công là m/s (cm/s). 
1.1.3.5 Công suất 
- Đơn vị công suất là Watt 
-1 Watt là công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 joule. 1 W 
= 1 Nm/s 
1 W = 1 m2kg/s3 
 Công suất được tính theo công thức 
ܪ = ܳ ቀ௠௜௡௟ ቁ ∗ ܲ(ܾܽݎ)600 (ܭܹ) 
1.1.3.6 Độ nhớt 
- Độ nhớt động của một chất là có độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng 
riêng 1 kg/cm3. 
ݒ = ߟ
ߩ
Trong đó: 
 : độ nhớt động lực [Pa.s] 
 : khối lượng riêng [kg/m3] 
 v: độ nhớt động [m2/s] 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
48 
- Ngoài ra ta còn sử dụng đơn vị độ nhớt động là Stokes (St) hoặc là 
centiStokes (cSt). 
2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG THỦY LỰC 
2.1 Truyền động thuỷ tĩnh 
2.1.1 Khái quát về truyền động thuỷ tĩnh 
Truyền động thuỷ tĩnh làm việc theo nguyên lý choán chỗ. Trong 
trường hợp đơn giản nhất, hệ thống gồm một bơm được truyền động cơ học 
cung cấp một lưu lượng chất lỏng để làm chuyển động một xy lanh hay một 
động cơ thuỷ lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trên động cơ hay xi lanh lực cùng 
với lưu lượng đưa đến từ bơm tạo thành công suất cơ học truyền đến các máy 
công tác. Đặc 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 động cơ theo không gian và sử dụng các đường ống rất 
linh động nên không cần một không gian lắp đặt xác định giữa động cơ và 
máy công tác. Trên hệ thống truyền động thuỷ tĩnh có thể thay đổi tỷ số 
truyền vô cấp trong một khoảng rộng. Chất lỏng thuỷ lực hiện nay có thể 
được sử dụng là dầu từ dầu mỏ, chất lỏng khó cháy, dầu có nguồn gốc thực 
vật hoặc nước. 
2.1.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ tĩnh 
a. Tính chất thuỷ tĩnh của chất lỏng 
Khi phát triển lý thuyết về chất lỏng, người ta xuất phát từ giả thiết chất lỏng 
lý tưởng. Đây là chất lỏng không ma sát, không chịu nén, không giãn nở, khi được 
nạp vào thùng chỉ truyền áp lực vuông góc với thành và đáy thùng (hình 1.9). Độ 
lớn của áp suất phụ thuộc vào cột chất lỏng, có nghĩa là khoảng cách từ điểm đo đến 
mặt thoáng của chất lỏng: 
 p gh 
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. 
Khi tính toán các thiết bị thuỷ tĩnh có thể giả thiết bỏ qua trọng lượng bản thân của 
chất lỏng do quá nhỏ so với lực tác động ngoài. 
 Áp suất tạo ra từ lực ngoài (hình 3.4) được xác định theo biểu thức: 
݌ = ܨ
ܣ
Áp suất này có thể được tạo ra từ chuyển động gián đoạn của thiết bị ví dụ 
như pít tông trong xy lanh hoặc chuyển động liên tục như trong bơm bánh răng, 
Hình 3.3. Phân bố áp suất trong 
thùng chứa chất lỏng lý tưởng 
Hình 3.4. Lực tác động lên pít tông 
của một xy lanh thuỷ lực 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
49 
bơm cánh quay, 
b. Chuyển ñổi năng lượng nhờpít tông và xy lanh 
Áp suất làm việc tạo ra trong thiết bịnâng trên hình 1.11 sẽlà 
Hình Sơ đồ thiết bị nâng thuỷ lực 
݌ = ܨଵ
ܣଵ
= ܨଶ
ܣଶ
 Nếu bỏqua hao tổn lọt dòng, chuyển động cuốn theo pít tông thì 
sẽlàm dịch chuyển các thểtích nhưnhau: 
 V1 = V2 = A1.s1 =A2.s2 
Từ đó có: 
࢙૚
࢙૛
= ࡭૛
࡭૚
 , ࡲ૛ = ࡭૛࡭૚ ࡲ૚ 
Và 
௏భ
௏మ
= ஺మ
஺భ
Công dịch chuyển của chất lỏng khi đó sẽlà 
 W = F1.s1 =F2.s2 
Và công suất 
 P = F.V 
 Do F = A.p vàܸ = ொ
஺
 Nên P = p.Q 
Trong đó Q là lưu lượngdòng chất lỏng 
c. Chuyển đổi năng lượng trong thiết bịthuỷlực chuyển động quay 
Trên hình 1.12 trình bày sơ đồmột bơm thuỷlực cánh quay. 
Trong một vòng quay, cánh quay có diện tích A chuyển động được quãng 
đường 2πr và cuốn theo một thểtích chất lỏng: 
V = 2πrA 
Hình Bơm thủy lực cánh quay 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
50 
Thểtích choán chỗnày của bơm và động cơthuỷlực còn được gọi là thểtích 
làm việc. Lưu lượng tính theo tần sốquay sẽlà: 
Q = Vn 
Nếu giảthiết rằng, bơm (1) và động cơ(2) của một truyển động thuỷlực 
hoạt động không có hao tổn thì lưu lượng bơm Q1sẽbằng lưu lượng tiếp nhận của 
động cơQ2 
Q1 =Q2 = V1n1 = V2n2 
Có nghĩa là 
௡భ
௡మ
= ௏మ
௏భ
Mô men quay sinh ra trong các máy thuỷlực chuyển động quay (hình 1.12) 
sẽlà: M= prA. Trong đó p là áp suất tạo ra trong bơm theo yêu cầu của tải trọng. 
Với A= ௏
ଶగ௥
 → ܯ = ௣.஺
ଶగ
 ℎ݋ặܿ ܯ = ௣ொ
ଶగ௡
Từ đó, công suất sản ra hoặc công suất tiếp nhận của một máy 
thuỷlực chuyển động quay sẽlà: 
P = M = M2 n 
P = pQ 
Ởđây n được tính là sốvòng quay trong 1 giây và tương ứng Q là 
lượng chất lỏng trong 1 giây. 
2.2 Truyền động thuỷ động 
2.2.1 Khái quát về truyền động thuỷ động 
Cở sởlý thuyết của cơ học chất lỏng cũng như thuỷ động lực học được xuất 
phát từ chất lỏng lý tưởng. Trong đó các nhà khoa học đã xây dựng được các công 
thức tính toán quan trọng. Cơ sở để 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. 
2.2.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ động 
a. Phương trình liên tục 
 Dòng chảy dừng của chất lỏng lý tưởng thỏa mãn định luật bảo toàn khối 
lượng: Lưu khối ݉ଵ̇ chảy quả mặt cắt A1 luôn bằng lưu khối݉ଶ̇ chảy quả mặt cắt 
A2. Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi định luật này đúng cho cả 
trường hợp chảy không dừng. 
Khối lượng chất lỏng (lưu khối) chảy qua một mặt cắt đường ống trong 
một đơn vịthời gian được xác định theo: 
݉ଵ̇ = ߩܣݒ 
Tương ứng hình 3.12 thỏa mãn: 
 1A1v1 = 2A2v2 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
51 
Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi 
A1v1 = A2v2 
b. Phương trình Bernoulli 
Phương trình Bernoulli xuất phát từgiảthiết rằng năng lượng của một chất 
lỏng chảy dừng không ma sát trên mọi điểm của mặt cắt ngang tại mọi thời điểm 
là không đổi. Phương trình này thoảmãn trong trường hợp riêng của dòng chảy 
một chiều, và cũng biểu diễn trường hợp đặc biệt của hệphương trình vi phân 
Navier-Stocke xây dựng cho trường hợp tổng quát cho dòng chảy 3 chiều. Mặc 
dù vậy cũng có thể ứng dụng đủchính xác làm cơsởtính toán trong lĩnh vực 
thuỷlực dầu. Năng lượng tại một điểm xác định trên đường dòng của một dòng 
chảy chất lỏng lý tưởng bao gồm đñộng năng dòng chảy, áp năng của chất lỏng 
và thếnăng. 
Hình 1.14 trình bày sơ đồdòng chảy qua hai mặt cắt khác nhau. Phương 
trình Bernoulli viết cho trường hợp này nhưsau: 
݌ଵ + ߩଵ.݃. ℎଵ + ఘభ௩భమଶ = ݌ଶ + ߩଶ.݃. ℎଶ + ఘమ௩మమଶ 
Đối với chất lỏng không chịu nén: 
݌ଵ + ߩ.݃. ℎଵ + ߩݒଵଶ2 = ݌ଶ + ߩ.݃.ℎଶ + ߩݒଶଶ2 
Hoặc tổng quát: 
 ݌ + ߩ.݃.ℎଵ + ఘ௩మଶ = ܿ݋݊ݏݐ 
Thếnăng vịtrí của chất lỏng hầu nhưtrong tất 
cảcác trường hợp ứng dụng của kỹthuật thuỷlực 
thường được bỏqua do có giá trịquá nhỏso với 
động năng và áp năng. Nhưvậy phương trình Bernoulli trong kỹthuật thuỷlực có 
thểviết: 
 ݌ + ఘ௩మ
ଶ
= ܿ݋݊ݏݐ 
3 NHẬN DẠNG CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC 
3.1 Cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu 
3.1.1 Bơm dầu và động cơ dầu 
a. Tác dụng: 
Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là 
thiết bị tạo ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. 
Tuy thế, kết cấu và phương pháp tính toán của bơm và động cơ dầu cùng loại 
giống nhau. 
- Bơm thủy lực: là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ 
năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép 
thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng 
lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích của buồng 
làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng 
giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén. Tuỳ thuộc vào lượng dầu do bơm 
đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể phân ra hai loại bơm thể tích: 
Hình 1.14 Dòng chảy qua hai 
mặt khác nhau 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
52 
+ Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định. 
+ Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. Những 
thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất. 
- Động cơ thủy lực: là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất 
lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng 
là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác của động cơ. Dưới tác dụng 
của áp suất, các phần tử của động cơ quay. Những thông số cơ bản của động 
cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường 
ra. 
b. Phân loại bơm 
- Bơm với lưu lượng cố định 
 + Bơm bánh răng ăn khớp ngoài 
 + Bơm bánh răng ăn khớp trong; 
+ Bơm pittông hướng trục; 
+ Bơm trục vít; 
+ Bơm pittông dãy; 
+ Bơm cánh gạt kép; 
+ Bơm rôto. 
- Bơm với lưu lượng thay đổi 
+ Bơm pittông hướng tâm; 
+ Bơm pittông hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng); 
 + Bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu); 
+ Bơm cánh gạt đơn. 
c. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 
 * Bơm bánh răng 
- Phân loại 
 Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn 
giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ 
thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp,... 
Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể từ 10 - 200bar 
(phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo). Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng 
ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc 
răng chử V. Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo 
dễ hơn, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
53 
 Hình 3.12 Bơm bánh răng 
a. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; b. Bơm bánh răng ăn khớp trong;c. Ký hiệu 
- Nguyên lý làm việc: 
Hình 3.13 Nguyên lý làm việc bơm bánh răng 
 Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích 
của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén khi thể tích 
giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường 
dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp 
suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm. 
- Lưu lượng bơm bánh răng 
 Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng 
với thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng 
có kích thước như nhau. (Lưu lượng của bơm phụ thuộc vào kết cấu) 
 Nếu ta đặt: 
m- Modul của bánh răng [cm]; 
d- Đường kính chia bánh răng [cm]; 
b- Bề rộng bánh răng [cm]; 
n- Số vòng quay trong một phút [vòng/phút]; 
Z - Số răng (hai bánh răng có số răng bằng nhau). 
 Thì lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay một vòng: 
 Qv = 2 .d.m.b [cm3/ ... ụ 
Van đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến 
đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành. 
b. Các khái niệm 
 + Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường 
2, 3 và 4, 5. Trong những trường hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn. 
 + Số vị trí: là số định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có 2 
hoặc 3 vị trí. Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. 
c. Nguyên lý làm việc 
Ký hiệu: 
P- cửa nối bơm; 
T- cửa nối ống xả về thùng dầu; 
A, B- cửa nối với cơ cấu điều khiển hay cơ cấu chấp hành; 
L- cửa nối ống dầu thừa về thùng. 
- Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2) 
Hình 3.22. Van đảo chiều 2/2 
- Van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí (3/2) 
 Hình 3.23. Van đảo chiều 3/2 
- Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2) 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
64 
Hình Van đảo chiều 4/2 
d. Các loại tín hiệu tác động 
Loại tín hiệu tác động lên van đảo chiều được biểu diễn hai phía, bên trái và bên 
phải của ký hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau có thể tác động làm van đảo 
chiều thay đổi vị trí làm việc của nòng van đảo chiều. 
- Loại tín hiệu tác động bằng tay 
- Loại tín hiệu tác động bằng cơ 
Hình 3.26. Các tín hiệu tác động bằng cơ 
e. Van chặn 
Van chặn gồm các loại van sau: 
- Van một chiều. 
- Van một chiều điều điều khiển được hướng chặn. 
- Van tác động khoá lẫn. 
* Van một chiều 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
65 
Van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một hướng, và ở 
hướng kia dầu bị ngăn lại. 
Trong hệ thống thủy lực, thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào 
những mục đích khác nhau. 
Ký hiệu 
Van một chiều gồm có: van bi, van kiểu con trượt.Ứng dụng của van một chiều: 
+ Đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu chảy về bể). 
+ Đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm). 
+ Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống 
Hình 3.27. Van bi một chiều 
* Van một chiều điều khiển được hướng chặn 
- Nguyên lý hoạt động 
Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một chiều. 
Nhưng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu điều khiển bên ngoài tác 
động vào cửa X. 
Hình 3.28. Van bi một chiều điều khiển được hướng chặn 
a- chiều A qua B như van một chiều; 
b- chiều B qua A có dòng chảy, khi có tín hiệu X; c. ký hiệu 
* Van tác động khoá lẫn 
- Nguyên lý hoạt động 
Kết cấu của van tác động khoá lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều 
khiển được hướng chặn. Khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 theo 
nguyên lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu 
điều khiển A1 hoặc khi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải có tín hiệu điều khiển A2 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
66 
Hình 3.29. Van tác động khóa lẫn 
a- Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 ( như van một chiều); 
b- Từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1; c- Ký hiệu 
CÂU HỎI ÔN TẬP 
Câu 1. Trình bày khái niệm, yêu cầu và các thông số thủy lực? 
Câu 2. Trình bày các quy luật truyền dẫn bằng thủy lực. 
Câu 3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phần tử hệ thống điều khiển 
thủy lực? 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
67 
CHƯƠNG 4: 
CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 
1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 
1.1 Nhiệm vụ 
Biến đổi năng lượng của dầu thủy lực ở dạng thế năng (áp suất P và lưu lượng 
Q) thành cơ năng ở dạng mô men quay hay chuyển động tịnh tiến. 
1.2 Yêu cầu 
Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đều có những yêu cầu kỹ thuật 
nhất định. 
- Các thông số kỹ thuật cơ bản trong hệ thống đều phải được thõa mãn yêu 
cầu làm việc như: 
+ Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v, v'), hành trình x,...; + Chuyển 
động quay: momen xoắn MX, vận tốc (n,); 
- Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và 
điều chỉnh, cũng như các phần lớn các thiết bị phụ khác trong hệ thống thủy lực 
đều được tiêu chuẩn hóa. 
- Đảm bảo độ bền, độ tin cậy, giá thành thấp. 
1.3 Phân loại 
- Mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 
- Mạch thủy lực chuyển động quay 
2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 
TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 
2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thủy lực 
chuyển động quay 
2.1.1 Sơ đồ hệ thống 
Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay cũng được phân tích như hệ thống 
thủy lực chuyển động thẳng. 
Mômen xoắn tác động lên trục động cơ dầu bao gồm: 
 + Mômen do quán tính Ma = J. [Nm] (J - mômen 
quán tính khối lượng trên phụ tải [Nms2]; 
 +  - gia tốc góc của trục quay phụ tải [rad/s2].) 
 + Mômen do ma sát của các phần tử chuyển động 
của phụ tải MD [Nm]. 
 + Mômen do tải trọng ngoài ML [Nm]. 
 + Mômen xoắn tổng cộng Mx sẽ là: 
 Mx = Ma+ MD + ML [Nm] 
Hình 4.1. Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực chuyển động 
quay 
Q1,Q2 - Lưu lượng đầu vào và đầu ra của động cơ thủy lực 
2.1.2 Nguyên lý hoạt động 
Khi van đảo chiều ở trạng thái a, dầu từ bơm vào 
cữa bên trái của động cơ thủy lực đồng thời cữa bên phải 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
68 
thông với đường tháo. Do đó động cơ sẽ tạo ra mô men quay. 
Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đóng kín cả hai đường dầu đến hai cữa, 
động cơ thủy lực sẽ đứng yên ở vị trí trung gian. Lúc này dầu từ bơm sẽ đi qua van 
tràn về lại thùng chứa. 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái c, dầu từ bơm vào cữa bên phải của động cơ 
thủy lực đồng thời cữa bên trái thông với đường tháo. Do đó động cơ sẽ tạo ra mô 
men quay theo chiều ngược lại. 
2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 
mạch điều khiển thuỷ lực chuyển động tịnh tiến 
2.2.1 Sơ đồ hệ thống 
Trong đó: 
P - Áp suất của dầu thủy lực 
Q- lưu lượng của dầu thủy lực đi qua ống 
Ft- ngoại lực tác động lên cần đẩy 
X - hành trình dịch chuyển của piston 
D,d - đường kính của piston và cần đẩy 
Hình 4.2. Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 
2.2.2 Nguyên lý hoạt động 
Khi van đảo chiều ở trạng thái a, dầu từ 
bơm vào khoang trái của xy lanh lực đồng thời khoang phải của xy lanh thông 
với đường tháo. Do đó piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ trái qua phải. 
Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đóng kín cả hai đường dầu đến hai 
khoang của xy lanh lực nên piston-cần đẩy đứng yên ở vị trí trung gian. Lúc này 
dầu từ bơm sẽ đi qua van tràn về lại thùng chứa. 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái c, dầu từ bơm vào khoang phải của xy lanh 
lực đồng thời khoang trái của xy lanh thông với đường tháo. Do đó piston-cần đẩy 
tịnh tiến theo chiều từ phải qua trái 
2.3 Sơ đồ cấu tạo một số mạch điều khiển thông dụng 
2.3.1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay 
Hình 4.3. Máy dập điều khiển bằng tay 
0.1- Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3 - áp kế; 1.1- Van một chiều; 
1.2- Van đảo chiều 3/2, điều khiển bằng tay gạt;1.0- Xy lanh. 
Khi có tín hiệu tác động bằng tay, xy lanh A mang đầu dập đi xuống. Khi 
thả tay ra, xilanh lùi về. 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
69 
2.3.2 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 
Khi tác động bằng tay, pittông mang hàm kẹp di động đi ra, kẹp chặt chi 
tiết. Khi gia công xong, gạt bằng tay cần điều khiển van đảo chiều, pittông lùi về, 
hàm kẹp mở ra. Để cho xilanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vậntốc chậm, 
không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. 
 Trên sơ đồ, van tiết lưu một chiều đặt ở trên đường ra và van tiết lưu đặt ở 
đường vào 
Hình 4.4. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 
1. Xy lanh; 2. Chi tiết; 3. Hàm kẹp 
Khi tác động bằng tay, piston mang hàm kẹp di động đi ra, kẹp chặt chi tiết. 
Khi gia công xong, gạt bằng tay cần điều khiển van đảo chiều, piston lùi về, hàm 
kẹp mở ra. 
Để cho xy lanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập 
với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. 
Trên sơ đồ, van tiết lưu một chiều đặt ở trên đường ra và van tiết lưu đặt ở 
đường vào (hãy so sánh hai cách này). 
Hình 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 
0.1 - Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3- Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển 
 bằng tay gạt;1.2- Van tiết lưu một chiều; 1.0- Xy lanh. 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
70 
2.3.3 Máy khoan bàn 
Hình 4.6 Máy khoan bàn 
Hệ thống thủy lực điều khiển hai xy lanh. Xy lanh A mang đầu khoan đi 
xuống với vận tốc đều được điều chỉnh trong quá trình khoan, xilanh B làm nhiệm 
vụ kẹp chặt chi tiết trong quá trình khoan. 
 Khi khoan xong, xy lanh A mang đầu khoan lùi về, sau đó xy lanh B lùi về 
mở hàm kẹp, chi tiết được tháo ra 
Hình 4.7. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 
0.1- Bơm; 0.2- Van tràn;1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển bằng tay gạt;1.2- Van giảm 
áp; 1.0- Xy lanh A; 1.3- Van một chiều;2.1- Van đảo chiều 4/3, điều khiển bằng tay gạt; 
2.2- Bộ ổn tốc; 2.3- Van một chiều; 2.4- Van cản; 2.5- Van một chiều;2.6- Van tiết lưu; 
2.0- Xy lanh B. 
3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THỦY LỰC 
3.1 Máy thủy lực cánh dẫn 
3.1.1 Phân loại 
 - Dựa vào cột áp thì ta có: bơm cột áp thấp (<20 mH20), bơm trung áp (20-
60 mH20), bơm cao áp (>60mH20). 
 - Phân loại theo số bánh công tác lắp nối tiếp trong bơm: 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
71 
 + Bơm 1 cấp: cột áp bị hạn chế bởi số vòng quay và sức bền của cánh dẫn. 
(cột áp thường <100 mH20) 
 + Bơm nhiều cấp (Multistage pump): để nâng cao cột áp của bơm, thương 
2-8 cấp, đặc biệt lên tới 12 cấp (trong khai thác dầu khí có thể tới hàng trăm cấp) 
 Thực chất của bơm nhiều cấp chính là ghép các bơm 1 cấp nối tiếp nhau. 
 Cột áp của bơm nhiều cấp bằng tổng cột áp các BCT có trong bơm, lưu 
lượng của bơm là lưu lượng của 1 bct 
 Trong bơm nhiều cấp có: loại có bánh công tác nằm cùng phía, loại có 
bánh công tác nằm đối xứng 
 Bơm nhiều cấp được sử dụng ở những nơi có yêu cầu cột áp cao: 
 - Trong sinh hoạt: phục vụ ở các chung cư cao tầng ... 
 - Trong công nghiệp: phục vụ ở các dàn khoan dầu khí, trong khai thác 
khoáng sản ... 
3.1.2 Cấu tạo 
b. Bơm 1 miệng hút 
 BCT bố trí ở 1 đầu của trục, hút chất lỏng từ một phía (bơm côngxôn ..) 
 Bơm công xôn được dùng rộng rãi trong đời sống... 
Hình 4.8: Bơm một miệng hút 
b. Bơm 2 miệng hút 
 Để mở rộng lưu lượng của bơm. Loại 
này đc xem như 2 BCT của bơm 1 miệng hút có 
cùng kích thước ghép lại với nhau nên lưu 
lượng bơm sẽ tăng gấp đôi trong khi cột áp vẫn 
giữ nguyên. Ngoài ra, với cách hút chất lỏng từ 
2 phía đối xứng nên không gây ra lực hướng 
trục trong bơm, bơm có điều kiện bố trí giữa 2 
gối đỡ trục, làm tăng độ cứng vững cho bơm. 
Hình 4.9: Bơm hai miệng hút 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
72 
3.1.3 Nguyên lý hoạt động 
Sau đây là hoạt động của bơm ly tâm một loại bơm được dùng phổ biến 
hiện nay: 
Hình 4.10: Cấu tạo bơm ly tâm 
Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho cánh công tác tiếp xúc với chất 
lỏng. Khi bánh cánh công tác quay với một vận tốc nào đó thì chất lỏng tiếp xúc 
với bánh cánh cũng quay theo, như vậy bánh cánh đã truyền năng lượng cho chất 
lỏng. Do chuyển động quay của bánh cánh mà các hạt chất lỏng chuyển động có 
xu hướng văng ra xa khỏi tâm. Để bù vào chỗ trống mà hạt chất lỏng vừa văng ra 
thì hàng loạt các hạt chất lỏng khác chuyển động tới và quá trình trao đổi năng 
lượng lại diễn ra như các hạt trước nó. Quá trình trao đổi năng lượng diễn ra liên 
tục tạo thành đường dòng liên tục chuyển động qua bơm. 
Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh công tác lớn 
sẽ làm tăng tổn thất của đường dòng, bởi vậy cần phải giảm tốc độ này bằng cách 
biến một phần động năng của hạt chất lỏng chuyển động thành áp năng. Để giải 
quyết điều này, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh cánh công tác sẽ được dẫn vào 
buồng có tiết diện lớn dần dạng xoắn ốc nên gọi là buồng bơm. 
3.2 Tuốc bin thủy lực 
Turbine thủy lực là loại động cơ chạy bằng sức nước, nó nhận năng lượng 
dòng nước để quay và kéo rô to máy phát điện quay theo để tạo ra dòng điện. Tổ hợp 
turbine thủy lực và máy phát điện gọi là "Tổ máy phát điện thủy lực". Ở phần này 
chúng ta chỉ nghiên cứu về turbine thủy lực, thiết bị điều tốc và giới thiệu một số hệ 
thống thiết bị thủy lực có liên quan 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
73 
Hình 4.12. Tuốc bin thủy lực 
Trục Turbine có hai đầu, đầu dưới có bích nối với vành trên của bánh xe công 
tác còn đầu trên cũng có bích nối với Rotor của máy phát điện. Stator của máy phát 
điện được tì lên khối bê tông lớn của nhà máy. 
Toàn bộ phần quay của tổ máy phát điện thuỷ lực bao gồm bánh xe công 
tác, trục và Rotor của máy phát điện có một hệ thống ổ trục gồm: Ổ trụchướng và ổ 
trục chặn không cho chuyển vị theo phương thẳng đứng. Tải trọng đè lên ổ trục 
chặn (ở tổ máy trục đứng) gồm có trọng lượng phần quay của tổ máy và áp lực 
nước dọc trục tác dụng lên bánh xe công tác. Ổ trục chặnthường bố trí trên nắp 
Turbine còn ở các tổ máy nằm ngang tải trọng đó chỉ do áp lực nước. 
3.2.1 Phân loại các loại Tuốc bin (Turbine) 
Ta xét phân loại Turbine theo dạng năng lượng của dòng chảy qua bánh xe 
công tác. Năng lượng dòng chảy truyền qua bánh xe công tác Turbine bằng độ 
chênh lêch giữa hai thiết diện ở trên thượng lưu và hạ lưu. 
Các turbin hiện đại được chia thành hai dạng chính: turbin đẩy (impulse) và 
Turbine phản kích (reaction) 
Trong Tuốc bin đẩy, chỉ có động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh xe 
công tác còn thế năng bằng không. Hệ turbine này chỉ phát ra công suất nhờ động 
năng của dòng chảy, còn áp suất cửa ra và cửa vào của turbine bằng áp suất khí 
trời. 
Turbine phản kích làm việc nhờ cả hai phần động năng và thế năng, mà chủ 
yếu là thế năng của dòng chảy. Trong turbine này áp suất tại cửa lớn và cửa ra, 
trong bánh xe công tác dòng chảy biến đổi cả về thế năng và động năng. Trong 
đó vận tốc dòng chảy chảy qua Turbine tăng dần còn áp suất thì giảm dần. Máng 
dẫn của cánh hình côn nên gây ra độ chênh áp giữa mặt cánh từ đó tạo ra mô men 
quay. Turbine phản kích dùng cho trạm có mức nước thấp còn Tuốc bin đẩy dùng 
cho trạm mức nước cao và lưu lượng nhỏ. 
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 
74 
Hình 4.12. Các dạng tuốc bin thủy lực phổ biến 
Tuốc bin xung lực: a) Pelton, b) Turgo, c) Cross - flowTuốc bin phản lực: 
d) Francis ống mở (Open Plume Francis), e) Francis khung xoắn (Spiral - Case 
Francis). 
 CÂU HỎI ÔN TẬP 
Câu 1. Trình bày nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống tryền động thủy lực? 
Câu 2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động bằng 
thủy lực? 
Câu 3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy thủy lực cánh dẫn? 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] - Giáo trình Công nghệ khí nén thủy lực – Bùi Hải Triều (chủ biên) -NXB GD 
[2] - Giáo trình điều khiển thủy lực –khí nén – Phạm Xuân Tùy – NXB KHKT 
[3] - Điều khiển khí nén – thủy lực – Lê Văn Tiến Dũng – Trường đại học kỹ thuật TP 
HCM 
[4] – Hệ thống truyền động thủy khí – Trần Xuân Tùy – Trường đại học Đà Nẵng.