Giáo trình Công nghệ khí nén, thuỷ lực ứng dụng - Công nghệ ô tô

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI 
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ 
GIÁO TRÌNH 
Môn học: Công nghệ khí nén - thuỷ 
lực ứng dụng 
NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ 
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG 
(Ban hành kèm theo Quyết định số:...) 
Hà Nội - 2012 
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể 
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và 
tham khảo. 
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh 
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 
Mã tài liệu: MH 13 
LỜI GIỚI THIỆU 
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ 
thuật đã giúp cho có sự thay đổi vượt bậc trong cuộc sống của con người. Bên 
cạnh sự phát triển của các ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động 
hóa..thì ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị 
trí quan trọng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt trong ngành chế 
tạo máy và kỹ thuật ôtô, các máy công trình thì truyền động thủy lực khí nén 
đang có một vai trò đáng kể do có mật độ công suất cao, kết cấu đơn giản, độ 
tin cậy cao và đặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh động theo không 
gian và van điều khiển, có chi phí công suất nhỏ là những ưu điểm nổi bật của 
công nghệ truyền động khí nén thủy lực. Với những ưu điểm như vậy, nên ở 
nước ta hiện nay đã có rất nhiều máy móc sử dụng truyền đồng thủy lực khí 
nén tuy nhiên số lượng những thợ giỏi về lĩnh vực này lại khá khiêm tốn. 
Nhằm giúp cho sinh viên có thể nắm được một số kiến thức cơ bản về truyền 
động thủy lực khí nén, tiếp cận dần với công việc sửa chữa các thiết bị có liên 
quan trong thực tế. 
Nội dung của giáo trình biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tài 
liệu của các trường đại học và cao đẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất 
lượng đào tạo cho sinh viên các trường dạy nghề trong cả nước. Để giúp cho 
người học có thể nắm được những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí 
nén, nhóm biên soạn đã sắp xếp môn học theo từng chương theo thứ tự: 
Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén 
Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén 
Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực 
Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực 
Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình Tổng cục 
Dạy nghề, sắp xếp logic và cô đọng. . Do đó người đọc có thể hiểu một cách 
dễ dàng các nội dung trong chương trình. 
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác 
giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau 
giáo trình được hoàn thiện hơn. 
 Xin chân thành cảm ơn! 
 Hà Nội, ngày..tháng. năm 2012 
 Nhóm biên soạn 
MỤC LỤC 
ĐỀ MỤC TRANG 
Lời giới thiệu 
Mục lục 
Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng 
khí nén 1 
Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén 29 
Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng 
thủy lực 42 
Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực 66 
Tài liệu tham khảo 78 
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC 
CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG 
Mã số của môn học: MH 13 
Thời gian của môn học: 45 giờ (Lý thuyết: 45 giờ; Thực hành: 0 giờ) 
Vị trí, tính chất của môn học: 
- Vị trí: 
Môn học được bố trí giảng dạy song song với các môn học/ mô đun sau: 
MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 18, MĐ 19 
- Tính chất: 
Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc. 
Mục tiêu của môn học: 
+ Trình bày được đầy đủ các khái niệm, yêu cầu và các định luật truyền dẫn 
năng lượng của hệ thống truyền động khí nén và thủy lực 
+ Giải thích đầy đủ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền 
động bằng khí nén và thủy lực 
+ Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động 
bằng khí nén và thủy lực 
+ Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén 
+ Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ 
1 
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT 
VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 
Mã số của chương 1: MH 13 - 01 
Mục tiêu: 
- Phát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền 
động bằng khí nén 
- Giải thích được các quy luật truyền dẫn của khí nén 
- Phát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động 
bằng khí nén 
- Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 
truyền động bằng khí nén 
- Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị 
truyền động bằng khí nén 
- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén. 
1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN 
Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí nén cũng là một 
trong những môi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ 
thuật thủy khí. 
Trong các hệ thống truyền động khí nén môi chất là không khí nén – 
một chất “lỏng” chịu nén. Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén 
lại, truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại 
thải ra môi trường. 
Khí nén đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta 
đã biết tạo ra khí nén, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng 
lượng. Vào quãng thế kỷ thứ 3 và thứ nhất trước công nguyên ở Alexandrie 
các nhà cơ khí Ktesibios và Heron đã 
phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén. 
Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước 
thăng trầm. Một mặt do trình độ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa 
tương xứng, mặt khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền 
năng lượng khác như động cơ nhiệt, truyền động điện mà mãi đến những 
năm gần đây kỹ thuật khí nén mới lại có được vai trò xứng đáng của nó trong 
sản xuất. Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí nén bắt đầu cùng với sự phát triển 
mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các quá trình sản xuất, 
nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện đại. Ngày 
nay khí nén đã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy, 
xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng 
2 
1.1.1 Khái niệm 
1.1.1.1 Khái niệm 
Là hệ thống truyền động lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền 
dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi 
trường. 
1.1.1.2 Sản xuất khí nén 
Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí 
nén, nguồn khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy 
đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống. 
a. Máy nén khí 
Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở 
một áp suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn. 
b. Các loại máy nén khí công suất nhỏ thường sử dụng 
Máy nén khí được phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt 
động. Đối với nguyên lý hoạt động ta có: 
- Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tông, máy nén khí kiểu 
trục vít, máy nén cánh gạt. 
- Máy nén tuốc bin là được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế 
khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600 m3/phút. Vì thế nó không mang lại áp 
suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng. 
* Máy nén kiểu piston 
Máy nén pít tông (hình 1.1) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung 
cấp năng suất đến 500 m3/phút. Máy nén 1 pít tông có thể nén khí khoảng 6 
bar và ngoại lệ có thể đến 10 bar; máy nén kiểu pít tông hai cấp có thể nén 
đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar. 
Hình 1.1. Máy nén khí kiểu piston 
3 
* Máy nén khí kiểu trục vít 
Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích 
không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay. Do 
các rô to được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp 
đến cửa đẩy. 
Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rô to phụ 
1, (hình 1.3). Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có 
nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay. Số đầu mối ren 
càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ. Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau 
sẽ cho hiệu suất cao hơn. 
Hình 1.2. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít 
Hình 1.3. Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít 
4 
* Máy nén kiểu cánh quạt (Rotary compressors) 
Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 1.2: 
không khí sẽ được vào buồng hút. Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto 
quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén. Sau đó khí nén sẽ đi ra 
buồng đẩy. 
Hình 1.4. Máy nén khí kiểu cánh gạt 
1.1.1.3 Phân phối khí nén 
a. Phân phối khí nén 
Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ nơi 
sản xuất đến nơi tiêu thụ, đảm bảo áp suất p và lưu lượng Q và chất lượng khí 
nén cho các thiết bị làm việc, ví dụ như van, động cơ khí, xy lanh khí 
Hình 1.5. Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén 
5 
Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí 
nén, chú ý đối với hệ thống ống dẫn khí có thể là mạng đường ống được lắp 
ráp cố định (trong toàn nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết 
bị, trong từng máy mô tả ở hình 1.3. Đối với hệ thống phân phối khí nén 
ngoài tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thông số 
của hệ thống ống dẫn ( đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống 
ống dẫn, bảo hành hệ thống phẫn phối cũng đóng vai trò quan trọng về 
phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí 
nén. 
* Bình nhận và trích khí nén 
Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén của máy 
nén khí chuyển đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển đến 
nơi tiêu thụ. 
Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén 
khí, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng vàphương pháp sử dụng khí 
nén. 
Bình trích chứa khí nén có thể đặt nằm ngang, nằm đứng. Đường ống 
ra của khí nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình 
1.6). 
Hình 1.6. Các loại bình trích chứa khí nén 
* Đường ống 
Đường ống dẫn khí nén có đường kính trong vài milimet trở lên. Chúng 
được làm bằng các vật liệu cao su, nhựa hoặc kim loại. 
Thông số cơ bản kích thước ống (đường kính bên trong) phụ thuộc vào: 
vận tốc dòng chảy cho phép, tổn thất áp suất cho phép, áp suất làm việc, chiều 
dài ống, lưu lượng, hệ số cản trở dòng chảy và các phụ kiện nối ống. 
6 
- Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy (Q=v.F). Vận tốc dòng 
chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống càng lớn. 
- Vận tốc dòng chảy: vận tốc dòng chảy của khí nén trong ống dẫn nên 
chọn là từ 6 ÷ 10 m/s. Vận tốc của dòng chảy khi qua các chỗ lượn cua của 
ống hoặc nối ống, van, những nơi có tiết diện nhỏ lại sẽ tăng lên, hay vận tốc 
dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi các thiết bị hay máy móc đang vận hành. 
- Tổn thất áp suất: tốt nhất không vượt quá 0.1 bar. Thực tế sai số cho 
phép đến 5% áp suất làm việc. Như vậy tổn thất áp suất là 0.3 bar là chấp 
nhận được với áp suất làm việc là 6 bar. 
- Hệ số cản dòng chảy: khi lưu lượng khí đi qua các chỗ nối khớp, van, 
khúc cong sẽ gây ra hiện tượng cản dòng chảy. Bảng 1, biểu thị các hệ số cản 
tương đương chiều dài ống dẫn l’ của các phụ kiện nối. 
Bảng 1. Giá trị hệ số cản z tương đương chiều dài ống dẫn l 
1.1.1.4 Xử lý khí nén 
Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có 
thể ở các mức độ khác nhau. Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút 
vào, những cặn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá 
trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử 
của hệ thống. Do đó việc xử lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc. Khí nén 
không được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc 
7 
của các phần tử khí nén. Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển 
đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao. Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào từng 
phương pháp xử lý. Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử lý khí 
nén (hình 1.7). 
Hình 1.7. Bộ lọc khí 
Van lọc khí (hình 1.8) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước 
chứa trong nó. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau 
đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với 
những phân tử nước được để lại nằm ở đáy của bầu lọc. Tùy theo yêu cầu chất 
lượng của khí nén mà chọn phần tử lọc. Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 
20µm – 50µm. 
Hình 1.8. Van lọc khí nén 
8 
Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất 
điều chỉnh, mặc dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra 
hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào. Ap suất ở đầu vào luôn luôn là lớn 
hơn áp suất ở đầu ra (hình 1.9). 
Hình 1.9. Van điều chỉnh áp suất 
Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên 
màng kín. Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu 
tác dụng của lực lò xo sinh ra do vít điều chỉnh. Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu 
thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căn của lò xo vì vậy hạn chế 
dòng khí đi qua miệng van cho tới lúc có thể đóng sát. 
Khi khí nén được tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả là đĩa van được 
mở bở lực căn lò xo lực. Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng 
đến lò xo cản gắn trên đĩa van. 
Van tra dầu: được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị 
trong hệ thống điều khiền khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ 
(hình 1.10). 
Hình 1.10. Van dầu 
9 
1.1.2 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén 
1.1.2.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 
− Tính đồng nhất năng lượng giữa phần I và P ( điều khiển và chấp 
hành) nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. 
− Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: (3 – 8) 
bar. 
− Khả năng quá tải lớn của động cơ khí 
− Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật 
− Tuổi thọ lớn 
− Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử 
chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ 
nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh. 
− Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí 
nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. 
− Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí 
nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động có 
thể đạt được vận tốc rất cao. 
1.1.2.2 Nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 
− Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử 
− Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử , chỉ điều khiển 
theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. 
− Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh. 
− Lực truyền tải trọng thấp. 
− Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn 
− Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng. 
1.1.2.3 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén 
Hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng 
lượng khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều 
chỉnh môi chất, ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và 
phân phối khí nén Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các 
máy nén khí (biến năng lượng cơ học thành áp năng tích lũy trong khí nén), 
các động cơ và xi lanh khí nén (biến năng lượng tích lũy trong ... 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 
65 
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 
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. 
66 
CHƯƠNG 4:CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 
Mã số của chương 4: MH 13 – 4 
Mục tiêu: 
- Phát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động 
bằng thủy lực 
- Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 
truyền động bằng thủy lực 
- Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị 
truyền động bằng thủy lực 
- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén. 
4.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 
4.1.1 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. 
4.1.2 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,W); 
- 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. 
4.1.3 Phân loại 
- Mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 
- Mạch thủy lực chuyển động quay 
4.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 
TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC 
4.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thủy lực chuyển 
động quay 
4.2.1.1 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: 
67 
+ Mômen do quán tính Ma = J.q [Nm] (J - mômen quán tính khối lượng 
trên phụ tải[Nms2]; 
+ q - 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 
4.2.1.2 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 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. 
68 
4.2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thuỷ lực chuyển 
động tịnh tiến 
4.2.2.1 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 
4.2.2.2 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. 
69 
4.2.3 Sơ đồ cấu tạo một số mạch điều khiển thông dụng 
4.2.3.1 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. 
4.2.3.2 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 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. 
Hình 4.4. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 
 1. Xy lanh; 2. Chi tiết; 3. Hàm kẹp 
70 
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. 
4.2.3.3 Máy khoan bàn 
Hình 4.6. Máy khoan bàn 
71 
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. 
4.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THỦY LỰC 
4.3.1 Máy nén khí loại rô to 
4.3.1.1 Máy nén khí loại rô to 
- Có hai loại máy nén khí kiểu roto thường được sử dụng: 
+ Máy nén khí kiểu cánh quay 
+ Máy nén khí kiểu trục vít 
a. Máy nén khí kiểu cánh quay 
Máy nén cánh quay là một máy thủy tĩnh có tỷ số nén xác định theo cấu 
trúc. Nhờ bố trí rô to lệch tâm mà thể tích giới hạn bởi cánh quay và stator 
được nén lại khi quay rô to. Kết cấu nhỏ gọn và chuyển động liên tục của rô 
to cho phép tần số quay cực đại đạt đến 3000 vM/ph. 
72 
* Cấu tạo 
Hình 4.8. Cấu tạo máy nén kiểu roto một cấp 
1- Thân máy; 2- Nắp máy; 3- Mặt bích đầu trục; 4- Rô to; 5- Cánh quay 
Trên hình 4.8 giới thiệu cấu tạo máy nén khí cánh quay một cấp, bao 
gồm: thân máy 1; nắp máy 2; mặt bích đầu trục 3; stator 4; rô to 5 và cánh 
quay 6. Khi rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh quay văng ra 
theo các rãnh trên rô to tựa đầu mút ngoài vào stator. Quá trình hút và nén 
được thực hiện theo sự thay đổi thể tích giới hạn giữa các cánh quay và mặt 
tựa stator. 
* Nguyên lý hoạt động 
Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 4.9) bao gồm: thân 
máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto 
(2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, dưới 
tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở 
trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích 
giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén được 
thực hiện. 
Hình 4.9. Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt. 
73 
Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm 
mát. Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao 
mòn khi đầu các cánh tựa vào. 
b. Máy nén khí kiểu trục vít 
Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. 
Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ 
tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích 
khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. 
Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ. Số 
răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén). Số răng càng 
lớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối) của 
trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn. 
ÑaåyHuùt 
Hình 4.10. Nguyên lý họat động máy nén khí kiểu trục vít 
Hình 4.11. Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn. 
74 
* Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 đến 
40.000 giờ); nhỏ gọn, chạy êm. 
* Khuyết điểm : Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế. 
4.3.2 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. 
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 trục 
hướng 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 chặn 
thường bố trí trên nắp Turbine còn ở các tổ máy nằm ngang tải trọng đó chỉ 
do áp lực nước. 
75 
4.3.2.1 Phân loại các loại Tuốc bin 
Ta xét phân loại Tuốc bin theo dạng năng lượng của dòng chảy qua 
bánh xe công tác. Năng lượng dòng chảy truyền qua bánh xe công tác Tuốc 
bin 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 Tuốc bin 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 Tuốc bin này chỉ phát ra công 
suất nhờ động năng của dòng chảy, còn áp suất cửa ra và cửa vào của Tuốc 
bin 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 Tuốc bin 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 cô nên gây ra độ chênh áp giữa 
mặt cánh từ đó tạo ra mô men quay. Tuốc bin phản kích dùng cho trạm có 
mức nước thấp còn Tuốc bin đẩy dùng cho trạm mức nước cao và lưu lượng 
nhỏ. 
Hình 4.13. Các dạng tuốc bin thủy lực phổ biến 
Tuốc bin xung lực: a) Pelton, b) Turgo, c) Cross – flow. 
76 
Tuốc bin phản lực: d) Francis ống mở (Open Plume Francis), e) Francis khung 
xoắn (Spiral – Case Francis). 
a. Tuốc bin đẩy 
Tuốc bin xung lực thông thường sử dụng trực tiếp vận tốc của dòng 
chảy để kéo runner và xả ra thành áp suất không khí. Dòng chảy chạm vào 
mỗi lưỡi quay của runner. Không có suction ở phía dưới turbin, và dòng nước 
sẽ chảy ra khỏi phía dưới của turbin sau khi chạm runner. Tuốc bin đẩy rất 
thích hợp với các mô hình ứng dụng cột nước cao-dòng chảy thấp (high head 
– low flow). Có 2 loại turbin đẩy phổ biến là Pelton và Cross-flow 
Pelton: một guồng quay pelton có một hoặc nhiều ống dẫn xả nước vào 
aearted space rồi chạm vào lưỡi quay cánh runner. Ống giảm lưu thường 
không cần lắp cho dạng turbin impulse vì runner cần được đặt trên mức tối đa 
của mực nước tailwater để cho phép turbin vận hành ở điều kiện áp suất khí 
quyển. 
Cross-flow: Cross-flow tuốc bin cho phép nước chảy qua lưỡi quay hai 
lần. Lần thứ nhất là lúc nước chảy từ ngoài vào lưỡi quạt và lần thứ hai là khi 
nước chảy từ lưỡi quạt thoát ra ngoài. Một van dẫn đặt ở đầu vào turbin sẽ 
chuyển dòng chảy đến một phần giới hạn của runner. Cross flow turbin được 
thiết kế để thích ứng với dòng chảy lưu lượng lớn và áp suất thấp hơn so với 
turbin dạng Pelton. 
b. Tuốc bin phản kích 
Turbin phản lực tận dụng sự kết hợp của áp lực lẫn dòng chảy. Runner 
được đặt trực tiếp vào dòng chảy trên các cánh quạt thay vì để dòng nước 
chạm mỗi cánh quạt. Tuốc bin phản lực thường được sử dụng ở những địa 
điểm có mực nước thấp và lưu lượng cao hơn so với turbin xung lực. Có ba 
loại tuốc bin phản lực phổ biến: Chân vịt (propeller), Francis và Động lực 
(kinetic). 
Turbin chân vịt thông thường có runner gồm ba đến sáu cánh quạt va 
chạm trực tiếp cùng lúc với dòng chảy. 
Francis turbin có chín (hoặc hơn) van bơm cố định. Nước được dẫn 
vào ngay phía trên và xung quay runner và quay nó. 
Tuốc bin động lực, hay còn gọi là tuốc bin dòng chảy tự do, sản xuất ra 
điện dựa vào động năng của dòng chảy thay vì thế năng của mức chênh lệch 
của nước. Hệ thống này có thể được vận hành ở các sông, các kênh rạch nhân 
tạo, nước triều hoặc các dòng chảy đại dương. Các hệ thống kinetic sử dụng 
dòng chảy tự nhiên của nguồn nước. Hệ thống này không đòi hỏi phải chuyển 
hướng dòng chảy thông qua các kênh đào nhân tạo, lòng sông hoặc ống dẫn, 
77 
dù rằng nó có thể ứng dụng ở các điều kiện như vậy. Các hệ thống động lực 
không đòi hỏi các công trình xây dựng qui mô lớn. 
Cán quay của turbin điều khiển máy phát điện, hay nói cách khác, 
chuyển cơ năng thành điện năng. Có ba loại máy phát điện thường được sử 
dụng trong các nhà máy thủy điện. Đối với các nhà máy thủy điện công suất 
thấp, máy phát điện có thể ở dạng dòng cảm ứng (alternating-current 
induction), đối với các nhà máy thủy điện công suất cao, dạng máy phát điện 
đồng thời thường được sử dụng. 
Các hệ thống dẫn phát điện thông thường bao gồm các trạm biến thế 
(cao thế tại trạm phát-nguồn sản suất và hạ thế tại trạm thu-thị trường tiêu thụ 
điện). 
78 
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