Giáo trình truyền động thủy lực và khí nén pgs ts bùi hải triều

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….3
Phần A
Truyền ñộng thuỷ lực
Chương I
Cơ sở kỹ thuật truyền ñộng thuỷ lực
1.1. Cấu trúc và hoạt ñộng của một bộ truyền ñộng thuỷ lực
Cấu trúc và tác ñộng lẫn nhau của các nhóm cấu trúc truyền ñộng thuỷ lực ñược trình
bày trên hình 1.1. Phần thuỷ lực bao gồm bơm thuỷ lực ñể tạo dòng dầu có áp suất, xy lanh
thuỷ lực hoặc ñộng cơ thuỷ lực là phụ tải. Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các
van ñiều khiển và các bộ phận phụ trợ thuỷ lực ñặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bộ tích áp
và các bộ phận khác.

















Hình 1.1. Sơ ñồ truyền công suất trong một thiết bị thuỷ lực

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
1


Công 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
lực
(ñộng cơ
ñiện hoặc
ñộng cơ
ñốt trong)
Máy công
tác (máy nén
ép hoặc
truyền lực
chuy
ển ñộng
của xe hơi)

Bơm
thuỷ lực

ðường ống

Phụ kiện
Phần tử
ñiều khiển

Xy lanh
thuỷ lực
hoặc ñộng
cơ thuỷ lực

Chuy
ển ñổi
công suất
cơ học
11ch
MP
ω
=


Công su
ất
thuỷ lực
P
rl
= p.Q
M
1
n
1


p
Q

F v

M
2
n
2

Chuyển ñổi công
suất cơ học

P
ch
= F.v
hoặc
22ch
MP
ω
=




Công suất
thuỷ lực
P
rl
= pQ


Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….4
P
mech.
= 2 πM
2
n
2

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 1.2. Truyền ñộng cho một xy lanh thuỷ lực
a- Cấu trúc cơ bản; b- Hành tình tiến; c- Hành trình trả về.

Do bơm chỉ cung cấp một phía, trong khi ñó xy lanh lại cần chuyển ñộng ñược cả hai
chiều, cho nên cần bố trí một van phân phối ñể hướng dẫn dòng dầu ñến mỗi phía mong muốn
của pít tông. Van phân phối xác ñịnh việc khởi hành, dừng lại và chiều chuyển ñộng (nghĩa là
toàn bộ quá trình chuyển ñộng) của pít tông. Trên hình 1.2b van phân phối ñang ở vị trí ñiều
khiển hành trình tiến của pít tông. Lúc ñó dòng dầu từ bơm chuyển ñộng qua van ñến phần bên
trái của xy lanh và ñẩy pít tông chuyển ñộng sang phải, ñồng thời phần dầu ở ngăn bên phải
pít tông ñược chảy qua van trở về thùng. Hành trình trả về ñược thực hiện khi van phân phối ở
vị trí ñối diện (hình 1.2c). Tại vị trí trung gian của van phân phối cả hai ñường dầu ñến xy lanh
ñều bị chặn lại và dòng dầu từ bơm có thể chảy gần như không có áp suất về thùng.
ðể ñảm bảo an toàn cho thiết bị thuỷ lực hoặc hạn chế áp suất cực ñại người ta sử
dụng các van giới hạn áp suất (hình 1.2b,c). Khi áp suất dầu tạo ra áp lực lớn hơn lực lò xo,
a)
b)
c)


Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….5
van sẽ mở ra và dòng dầu từ bơm sẽ chảy qua van về thùng mang theo cả phần nhiệt lượng
sinh ra khi ñó trong hệ thống.
Sơ ñồ truyền ñộng cho một ñộng cơ thuỷ lực cũng có thể ñược sử dụng tương tự. Sơ
ñồ hoạt ñộng và sơ ñồ mạch thuỷ lực ñối với ñộng cơ thuỷ lực không thay ñổi thể tích làm việc
ñược trình bày trên hình 1.3. ðộng cơ có thể quay hai chiều nhờ chuyển mạch van phân phối.
Van giới hạn áp suất ñược bố trí ñể giới hạn mô men quay khi quá tải.










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;
• Không thể (hay khó) ñồng bộ quá trình chuyển ñộng do hiện tượng trượt giữa phần
chủ ñộng và phần thụ ñộng, do hao tổn lọt dòng và tính chịu nén của dầu;
• Chi phí chế tạo cao do yêu cầu ñộ chính xác cao của các phần tử trong hệ thống thuỷ
lực.
1

3
2


Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….6
1.2. Chất lỏng thuỷ lực
Chất lỏng thuỷ lực là môi chất mang năng lượng trong hệ thống thuỷ lực. Kiến thức về
loại chất lỏng, về tính chất và về tính chất hoạt ñộng có ý nghĩa rât lớn ñối với việc thiết kế và
vận hành các thiết bị thuỷ lực.
1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu
Nhiệm vụ của chất lỏng thuỷ lực là truyền lực và lưu thông dưới dạng một dòng chất
lỏng có áp suất từ bơm thuỷ lực ñến ñộng cơ và xy lanh thuỷ lực. Ngoài ra chất lỏng thuỷ lực
còn ñảm nhận việc bôi trơn, chống rỉ và làm mát các chi tiết của hệ thống.
Yêu cầu về chất lỏng thuỷ lực xuất phát từ nhiệm vụ của chúng. Tuy nhiên giữa các
thiết bị khác nhau có các dạng yêu cầu khác nhau, ñôi khi còn mâu thuẫn với nhau. Có thể
tham khảo các yêu cầu quan trọng nhất dưới ñây:
• Tính chất nhiệt ñộ - ñộ nhớt hợp lý, ñộ nhớt cần thay ñổi ít nhất trong khoảng nhiệt ñộ
rộng ;
• Tính chất chống mòn và bôi trơn tốt, cần lưu ý là luôn xuất hiện chế ñộ ma sát hỗn
hợp nhất là ñối với các máy thuỷ lực pít tông;
• Tính chống rỉ tốt, thích ứng với các phớt làm kín, các phần tử cao su, vật liệu nhân tạo
và hợp kim ;
• ðộ bền lão hoá tốt kể cả trong các ñiều kiện làm việc nặng nề ;
• 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:
ν
max
(khởi hành lạnh) 50 … 1000 mm
2
/s (cSt);
ν
hñ
(hoạt ñộng lâu dài) 15 80 mm
2
/s (cSt);
ν
min
(hoạt ñộng ngắn hạn) 10 mm
2
/s (cSt).
Bảng 1.1 Phân loại ñộ nhớt ISO ñối với dầu thuỷ lực theo DIN E51524
Loại ñộ nhớt ðộ nhớt ñộng học trung bình ở 40
0
C (mm
2
/s - cSt)
ISOVG 10 10
ISOVG 22 22
ISOVG 32 32
ISOVG 46 46
ISOVG 68 68
ISOVG 100 100

Chất lỏng thuỷ lực khó cháy ñược phân ra 4 vùng ñộ nhớt theo báo cáo Luxemburg
lần thứ 5 (bảng 1.2).
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
Hệ số giãn nở nhiệt
γ
1/K
≈ 0,65.10
-4

ðộ nén k 1/bar
≈ 7.10
-5

Mô ñun nén K bar
≈ 1,4.10
4

Hệ số hoà tan Bunsen
α
1
≈ 0,09

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….8
Nhiệt dung riêng C kJ/(kg.
0
K) 1,83 – 1,91
Hệ số dẫn nhiệt ở 20
0
C
λ
W/(m.
0
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
trên chuyển ñộng sang phải với vận tốc v
xp
. Trong khoảng cách giữa hai tấm có sự phân bố
vận tốc chất lỏng theo tỷ lệ:



h
V
y
)y(V
xp
x
=


Hình 1.4. Phân bố vận tốc chất lỏng giữa hai tấm phẳng song song
Từ ñó xuất hiện sức cản ma sát trên một ñơn vị diện tích hay còn gọi là ứng suất trượt
ma sát:
dy
dV
x
η−=τ

ð
ây là
ñị
nh lu
ậ
t Niu t
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
c.

ðố
i v
ớ
i k
ỹ
thu
ậ
t thu
ỷ
l
ự
c
ñộ
nh
ớ
t
ñộ
ng h
ọ
c ν th
ườ
ng có kh
ả
n
ă
ng bi
ể
u hi
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
c
tr
ọ
ng tr
ườ
ng.
h

v
x
= 0
y

x

v
xp

v
x
(y)

Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….9

ρ
η
=ν
(1.2)
Các hệ ñơn vị dưới ñây ñược sử dụng cho ñộ nhớt:
+ 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
b
ke)(

hoặc theo dạng:

kln
c
b
)(ln +
ν+
=ϑη
(1.3)
Hệ số k ñược tính bằng Ns/m
2
, các hệ số b, c ñược tính bằng
0
C.
Sự phụ thuộc mạnh của ñộ nhớt ñộng học vào nhiệt ñộ ñược thể hiện rõ hơn trên ñồ
thị hình 1.5. ðặc biệt thấy rõ rằng, sự thay ñổi nhiệt ñộ ở vùng nhiệt ñộ thấp làm thay ñổi ñộ
nhớt mạnh hơn ở vùng nhiệt ñộ cao. Thí dụ với dầu khoáng:
Khi thay ñổi nhiệt ñộ từ 20
0
C lên 30
0
C, ñộ nhớt giảm từ 134,5 xuống 75,4 mm
2
/s;
Khi thay ñổi nhiệt ñộ từ 60
0
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

mm
2

s
ðộ nhớt ñộng học ν
5

ISO VG32

22
10

ISO VG100

62
46
10

20

50

100

200

500

1000

10000

mm
2
/s


Tr
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
năng tải. Tính chất nhiệt ñộ – áp suất – ñộ nhớt
cũng có thể ñược xác ñịnh từ công thức thực
nghiệm:

)pp(
o)P(
o
e
−α
η=η

(1.4)
Trong ñó: η
0
là ñộ nhớt ñộng lực học tại áp
suất p
0
; α (1/bar) là hệ số áp suất – ñộ nhớt, α phụ
thuộc vào cấu trúc dầu, ñộ nhớt và nhiệt ñộ, với
dầu khoáng α nằm trong khoảng (1,3 - 2,4).10
-3

(1/bar).
Tính chất nhiệt ñộ – áp suất – ñộ nhớt có
thể tra cứu từ biểu ñồ (hình 1.7). Từ biểu ñồ nhận
thấy rằng, ảnh hưởng của áp suất ñến ñộ nhớt ñộng
học không mạnh mẽ như ñối với nhiệt ñộ. Khi
nhiệt ñộ ở khoảng 30
0
C, áp suất tăng từ 1 ñến 300
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
5
10
20
30
50
100
200
500
1000
10000
mm
2
/s
Nhiệt ñộ
ϑ

p =201 bar

1bar

0
C

0,94

0,90

0,88

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
có nghĩa là hao tổn dòng chảy và cũng là
thông số ñể tính toán hao tổn va ñập
trong ñường ống và các phần tử cấu trúc.
Khối lượng riêng cũng phụ thuộc
vào nhiệt ñộ và áp suất. Sự phụ thuộc
vào nhiệt ñộ và áp suất của khối lượng
riêng có thể ñược tra cứu rất thuận lợi từ
ñồ thị. Hình 1.8 là một thí dụ biểu diễn
sự tăng khối lượng riêng khi tăng áp suất
và giảm khi tăng nhiệt ñộ. Nhiệt ñộ và
áp suất ảnh hưởng ñến khối lượng riêng với mức ñộ không giống như ñối với ñộ nhớt. ảnh
hưởng của nhiệt ñộ và áp suất ñến khối lượng riêng cũng có thể ñược biểu diễn theo các công
thức thực nghiệm.
Tính chất nhiệt ñộ – khối lượng riêng
Tính chất nhiệt ñộ – khối lượng riêng có thể ñược mô tả theo công thức:
)(1
)(
0
0
ϑ−ϑγ+
ρ
=ϑρ
(1.6)
Trong ñó: ρ
0
(kg/m
3
) và ϑ
0
(
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

Khi áp suất tăng thì hệ số giãn nở nhiệt γ sẽ giảm.
Nếu giả thiết rằng, ñối với dầu khoáng tính chất nhiệt ñộ – khối lượng riêng là tuyến
tính ở trong vùng nhiệt ñộ hoạt ñộng (ñiều này là cho phép trong thực tế), thì hệ số giãn nở
nhiệt có thể ñược xác ñịnh theo công thức:

)(V
V
00
ϑ−ϑ
∆
=γ


Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Truyền ñộng thuỷ lực và khí nén… ……………….12
Từ các biểu thức trên có thể xác ñịnh ñược các mối quan hệ giữa lượng biến ñổi thể
tích và khối lượng riêng của một chất lỏng thuỷ lực theo sự biến ñổi của nhiệt ñộ,:

)(VV)(VV
000
ϑ
−
ϑ
γ
=
−
ϑ
=
∆

))(()(
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
K
-1

Thí dụ dưới ñây làm rõ thêm sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ:
Dưới áp suất khí quyển, tăng nhiệt ñộ từ 15 ñến 65
0
C (tăng 50
0
C) thì khối lượng riêng
giảm từ 0,877 xuống 0,847 g/cm
3
, có nghĩa là giảm xấp xỉ 3,4%. Từ ñó cho thấy, gia tăng
nhiệt ñộ lên 10
0
C sẽ làm thay ñổi thể tích dầu khoảng 0,7%.
Tính chất áp suất – khối lượng riêng
Tính chất áp suất – khối lượng riêng của chất lỏng thuỷ lực có ý nghĩa trong việc ñánh
giá tính chất ñộng lực học của một thiết bị thuỷ lực. Công thức dưới ñây mô tả tính chất áp
suất – khối lượng riêng:
)pp(k1
)p(
0
0
−−
ρ
=ρ
(1.7)
Trong
ñ
ó: ρ
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
tính ch
ấ
t nén khi nhi
ệ
t
ñộ
không
ñổ
i:
ϑ
δ
δ
−= )
p
V
(
V
1
k
0

Thông s
ố
t
ỷ
l
ệ
ngh
ị
ch v
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
ñượ
c xác
ñị
nh theo:

)pp(V
V
k
00
−
∆
−
=
Nh
ư
v
ậ
y, v
ớ
i các lo
ạ
i ch
ấ
t l
ỏ
ng thu
ỷ
l
ự
c s
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:

)pp(kVV)p(VV
000
−
−
=
−
=
∆

H
ệ
s
ố
nén và mô
ñ
un nén
ñố
i v
ớ
i các lo
ạ
i d
ầ
u thu
ỷ
l
ự
c
ñượ
c l
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
ầ
u thu
ỷ
l
ự
c c
ầ
n
ñượ
c
ñặ
c bi
ệ
t chú ý khi áp su
ấ
t c
ủ
a h
ệ
th
ố
ng l
ớ
n
h
ơ
n 150 bar. Thí d
ụ
d
ướ
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
0
C thì kh
ố
i l
ượ
ng
riêng t
ă
ng t
ừ
0,877
ñế
n 0,982 g/cm
3
, có ngh
ĩ
a là t
ă
ng 2,1%.

Xem chi tiết: Giáo trình truyền động thủy lực và khí nén pgs ts bùi hải triều