Bài tập lớn môn học Kỹ thuật thủy lực đề tài "Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển"

lOMoARcPSD| 38841209
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC lOMoARcPSD| 38841209
1. Nhiệm vụ tính toán
a) Tên đề tài: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển
b) Phương án thiết kế: D16
c) Các số liệu cho trước:
- Mô men cần thiết môtơ, M: 6 KNm
- Tốc độ quay, n: 16 v/ph Yêu cầu thiết kế:
Sử dụng hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau.
Mô tơ quay hai chiều, sử dụng phanh điều khiển liên động cùng với dòng
áp lực cấp cho mô tơ, điều khiển mô tơ trực tiếp bằng tay, bỏ qua việc
tính toán xilanh thủy lực phanh.
Đảm bảo an toàn theo hai chiều chuyển động, có hãm khi dừng chuyển động.
Van phân phối mắc giảm tải cho bơm.
3. Ngày giao: 21/11/2023 4. Ngày hoàn thành: 09/12/2023
5. Thầy hướng dẫn: Ts. Cao Thành Dũng
Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2023 Sinh viên thực hiện MỤC LỤC
1. Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp
hành………………………………………..………………………………….…....2
1.1. Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành……………………………......….2
1.2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc……………………………………………3
2. Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ
thống………………………………………………………….………...…………..5
2.1. Tính toán các thông số của mô tơ thủy lực…………………………………….5
2.2. Tính toán tuy ô thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)…………………………...6
2.3. Tính toán các thông số cơ bản van phân phối ..................................................... 6 lOMoARcPSD| 38841209
2.4. Tính toán các thông số cơ bản van giới hạn áp................................................... 7
2.5. Tính toán các tham số cơ bản của van điều chỉnh dòng ..................................... 8
2.6. Tính toán các tham số cơ bản van điều chỉnh dòng – van hai chiều có điều .... 8
khiển ........................................................................................................................... 8
3. Tính toán bộ nguồn thủy lực ............................................................................... 9
3.1. Bơm thủy lực....................................................................................................... 9
3.2. Thùng dầu ......................................................................................................... 10
Kết luận ................................................................................................................... 11
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 12 lOMoARcPSD| 38841209 MỞ ĐẦU
Thủy lực ngày càng được con người tin tưởng sử dụng trong các máy móc, dây
chuyền sản xuất từ ngành công nghiệp nhẹ cho đến công nghiệp nặng, khai khoáng
và cả lĩnh vực đời sống. Chắc chắn những nguyên lý cơ bản, những đại lượng của
thủy lực và ưu nhược điểm hệ thống này là điều mà hầu hết mọi người còn cảm thấy băn khoăn.
Trong một hệ thống thủy lực, dầu đóng vai trò quan trọng khi vừa là môi chất để
truyền lực đi, vừa là chất bôi trơn bề mặt tiếp xúc chấp hành, cơ cấu. Dầu thủy lực
di chuyển trong mạch có tính chất kín và tuần hoàn, nhờ vào bơm thủy lực cùng với
các thiết bị cơ cấu điều khiển.
Hệ thống mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển phục vụ rất nhiều trong đời sống,
cho nên em nghiên cứu và tìm hiểu để đưa ra những giải pháp hữu ích phục vụ con người trong sinh hoạt. lOMoARcPSD| 38841209 1.
Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp hành
1.1. Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành
Yêu cầu thiết kế: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển. Sử dụng hai cụm
di chuyển ở hai bên tương tự nhau. Mô tơ quay hai chiều, sử dụng phanh điều khiển
liên động cùng với dòng áp lực cấp cho mô tơ, điều khiển mô tơ trực tiếp bằng tay,
bỏ qua việc tính toán xilanh thủy lực phanh. Đảm bảo an toàn theo hai chiều
chuyển động, có hãm khi dừng chuyển động. Van phân phối mắc giảm tải cho bơm.
Momen cần thiết Tốc độ quay mô tơ M (KNm) n (v/ph) 6 16
Từ các yêu cầu và số liệu trên ta chọn những phần tử thủy lực chính sau:
1. Xy lanh thủy lực kích đẩy.
2. Van phân phối 4/3 điều khiển bằng tay.
3. Van giới hạn áp đảm bảo an toàn cho mạch chính. 4. Van điều chỉnh dòng.
5. Van một chiều kép có điều khiển.
Bảng thống kê các phần tử thủy lực: STT
Phần tử thủy lực Số lượng 1 Xylanh thủy lực 2 2 Van phân phối 4/3 1 3 Van giới hạn áp 1 4
Van 1 chiều kép có điều khiển 2 5
Van điều chỉnh dòng 1 I.2.
Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc lOMoARcPSD| 38841209
Sơ đồ mạch thủy lực
Giải thích phần tử thủy lực 0. Thùng chứa dầu 1. Mô tơ quay hai chiều 2.
Xilanh điều khiển tốc độ mô tơ 3.
Van hai chiều chuyển động 4. Van phân phối 3/2 5. Van phân phối 2/2 6. Van giới hạn áp lực 7. Van hai chiều 8. Xilanh thủy lực 9.
Van phân phối 3/2 điều khiển bằng tay lOMoAR cPSD| 38841209 10. Van phân phối 6/3 11. Van tiết lưu 1 chiều 12. Van giới hạn áp lực
Đặc điểm làm việc của cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển có nhiệm vụ tiếp
nhận và truyền toàn bộ trọng lượng của máy xuống nền và tạo cho máy chuyển
động theo hướng mong muốn trong quá trình làm việc. Theo đặc điểm của đường
và bộ phận di chuyển có thể phân ra cơ cấu di chuyển trên ray, cơ cấu di chuyển
bánh lốp, cơ cấu di chuyển bằng bánh xích và một số dạng đặc biệt khác như cơ cấu di chuyển tự bước.
Nguyên lí làm việc của mạch thủy lực:
Mạch thủy lực gồm cơ cấu di chuyển và cơ cấu điều khiển - Cơ cấu di chuyển:
Ở chế độ làm việc 0: Dầu được bơm vào van phân phối quay ngược trở lại thùng
dầu, xylanh kích đẩy không làm việc.
Ở chế độ làm việc 1: Dầu được bơm xuống dưới của mạch, đi qua hai van phân
phối 6/3 giảm tải cho mạch chính. Khi đi qua van phân phối dầu tiếp tục được đưa
đi qua van phân phối 3/2 để điều khiển xilanh.
Ở chế độ làm việc 2: Dầu được quay về thùng khi xilanh thụt vào đi qua van phân
phối 3/2 giảm tải cho mạch dầu bơm lên xilanh rồi qua van phân phối 6/3 quay về thùng.
- Cơ cấu điều khiển:
Ở chế độ làm việc 0: Dầu không được bơm qua van phân phối, cơ cấu di chuyển chưa hoạt động.
Ở chế độ làm việc 1: Dầu được bơm lên từ nguồn điều khiển tốc độ mô tơ đi qua
van phân phối 3/2 rồi qua van hai chiều để đi đến xilanh điều khiển tốc độ quay của
mô tơ. Mạch có hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau chỉ khác mỗi di chuyển
bên trái và di chuyển bên phải còn về nguyên lý hoạt động thì tương tự nhau.
2. Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ lOMoARcPSD| 38841209 thống
2.1. Tính toán các thông số của mô tơ thủy lực
Dựa vào giá trị momen xoắn đã cho M và tần số quay (tốc độ quay) n ta xác
định nhóm motor thủy lực cần tìm: Nếu M/n>10 ( trường hợp mômen lớn), M/n<10
(trường hợp mômen nhỏ). Dựa vào đặc tính kỹ thuật của các dòng motor thủy lực
được sản xuất công nghiệp với các giá trị M và n cho trước, từ đó lựa chọn mẫu
motor thủy lực có kích thước tương tự (gần giống) nhất thích hợp qua các tài liệu
kỹ thuật của nhà sản xuất motor. Xác định hệ số chọn loại mô tơ thủy lực: M 6 = =0,375 n 16
Ta chọn mô tơ thủy lực tốc độ thấp Mô-men xoắn cao Thông số Momen tối đa (KNm) 25
Tốc độ quay tối đa (v/ph) 650
2.2. Tính toán tuy ô thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)
Ta chọn ống thủy lực loại mềm GATES EFG5K – SAE100R13
Bán kính ngoài Bán kính trong Áp suất định Áp suất giới D mức p hạn p ngoài (mm) Dtrong (mm) dm (bar) ph (bar) lOMoARcPSD| 38841209 32 19 345 1379
Diện tích mặt cắt ướt ống:
π .( D2ngoài−D2trong) π .[(32.10−3)2−(19.10−3)2] −4 2 Amc= 4 = 4 =5,2.10 (m ) Chiều dày thành ống: s=
Dngoài−Dtrong=32−19=6,5(mm) 2 2
Từ trên ta chọn được vỏ tóp GS/GSP mã hiệu 8GS1F-4 và các loại khớp 8GS
+ Loại khớp nối dùng cho bơm và động cơ GS/GSP mặt bích Code 61
+ Loại khớp nối dùng cho môi trường thủy lực áp suất thấp đến cao GS/GSP Ren Din 24
+ Loại khớp nối dùng trong môi trường thủy lực chống rò rỉ GS/GSP Ren ORFS
2.3. Tính toán các thông số cơ bản van phân phối
Van phân phối 3/2 là một loại van mà chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp tại các hệ
thống dầu, nhớt quy mô lớn nhỏ khác nhau.
Nếu van ở vị trí 1 thì dầu sẽ được cung cấp ở khoang trái của xi lanh. Thông
thường, người ta lắp loại van phân phối thủy lực này cho xi lanh 1 chiều. Có nghĩa
là xi lanh được bơm dầu, hồi vị trí với 1 lần sinh công duy nhất.
Khi ở trạng thái 1, chất lỏng thủy lực sẽ được dẫn vào khoang bên trái và đến
xilanh bên trái. Khoang bên phải sẽ không chứa chất lỏng thủy lực, đồng thời cũng
không có hiện tượng hồi dầu về thùng từ khoang phải. Với nguyên lý như vậy xilanh
chỉ cần 1 lần sinh công duy nhất.
Van phân phối 3/2 thích hợp để sử dụng cho hệ thống xilanh 1 chiều. Ký hiệu
của nó như hình bên dưới.
Ta chọn van phân phối Yuken DSG 01: lOMoARcPSD| 38841209 Thông số Mã hiệu DSG-01
Lưu lượng tối đa (L/phút) 60
Áp suất tối thiểu (Bar) 110
Áp suất tối đa (Bar) 320
2.4. Tính toán các thông số cơ bản van giới hạn áp
Trong mạch thủy lực có van điều khiển áp xuất chỉ có chức năng là đảm bảo an
toàn cho mạch thủy lực, loại có điều khiển (điều khiển bằng dòng dầu thủy lực).
Ta chọn van an toàn (có điều chỉnh) điều khiển bằng tay dạng ống RV
+ Lưu lượng tối đa: Qmax=300¿)
+ Áp suất tối đa: Pmax=200¿
+ Van an toàn cho cả mạch chọn van RV-10T
+ Van an toàn cho xylanh chọn van RV-6T lOMoARcPSD| 38841209
Khoảng điều chỉnh
Lưu lượng tối Áp suất mở STT Chức năng van
áp suất (loại có điều
đa Qmax (l/phut) van P (bar) khiển) Đảm bảo an toàn 1 cho mạch chính 300 65,2 70-210 Đảm bảo an toàn 2 180 31,3 35-140 cho xylanh
2.5. Tính toán các tham số cơ bản của van điều chỉnh dòng
Van tiết lưu thủy lực 1 chiều là loại linh kiện được dùng để điều chỉnh lưu lượng
chất lỏng trong một bộ phận hoặc toàn bộ hệ thống thủy lực và từ đó có thể điều
chỉnh được được vận tốc cơ cấu chấp hành động cơ thủy lực. Tùy vào thương hiệu
sản xuất và các model khác nhau nên loại van này có mẫu mã, kích thước và màu sắc khác nhau.
Cấu tạo van tiết lưu thủy lực 1 chiều gồm các bộ phận như sau ống đàn hồi,
càng đàn hồi 2 cuộn dây, cánh chạm, nam châm vĩnh cửu và miệng phun dầu. Kích thước cổng Áp xuất làm việc Nhiệt độ (mm) (bar) 20 25 0−180°C
2.6. Tính toán các tham số cơ bản van điều chỉnh dòng – van hai chiều có điều khiển
Van 2 chiều hay van nước 2 chiều còn được gọi là van chặn, van khóa. Là một
loại van công nghiệp cho phép dòng chảy đi qua theo 2 chiều ngược nhau.
Van 2 chiều có rất nhiều loại, có thể là van cổng, van bướm hoặc van bi. Những
loại van cho phép dòng chảy của lưu chất đi qua ở cả hai chiều và dĩ nhiên là nó
cũng có thể ngăn dòng chảy đi qua. lOMoARcPSD| 38841209
Do cách gọi và ngôn ngữ của nhiều nơi, nên việc gọi van 2 chiều cho nhiều loại
van khiến chúng ta kho xác định chính xác đó là loại van gì. Thường thì các hệ thống
hiện nay, khi cần sử dụng tới van 2 chiều thì đó thường là van cổng hoặc van bướm. Kích thước cổng Áp xuất làm việc Nhiệt độ (mm) (bar) 24 25 0−200°C 3.
Tính toán bộ nguồn thủy lực 3.1. Bơm thủy lực
Ta chọn bơm theo áp suất làm việc và lưu lượng làm việc của mạch thủy lực + Áp suất
Pbơmmax=Pmax+∑ ∆ pi
Pmax- áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống cung cấp cho động cơ thủy lực ∑
∆ pi- tổng tổn thất áp suất qua các phần tử và đường ống
∑ ∆ pi=(0,2÷0,3)Pmax
Áp suất làm việc lớn nhất là của mô tơ thủy lực với pvan=320¿ lOMoARcPSD| 38841209
→Pbơmmax=250+0,3.250=416¿ + Lưu lượng:
Qbơ mmax=Qdc +∑∆Q
Qdc - Lưu lượng làm việc của toàn bộ mạch thủy lực
∑∆Q - Tổng tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống (được tính gần
đúng là ∑ ∆Q=(10%→15%).Qdc)
Ta có tổng lưu lượng của van là:Qvan=60 (l/ph)
→Qbơmmax=60+0,1.60=66(l/ph)
Từ những thông số trên ta chọn được loại bơm sau:
Bơm Piston Bosch Rexroth loại A10VSO Lưu lượng Khoảng điều
Tốc độ quay Áp suất làm chỉnh lưu Loại bơm riêng qb trung bình việc pbommax lượng (l/vòng) (vòng/phút) (bar) (l/phút) Piston 0,018 1500 350 27-70 3.2. Thùng dầu
Trong các trạm nguồn hay hệ thống thủy lực, nếu chúng ta quan sát kỹ sẽ thấy 1
thiết bị dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước lớn. Đó chính là thùng dầu thủy lực.
Thiết bị được làm hoàn toàn bằng kim loại, được gia công tỉ mỉ nhằm đảm bảo độ
kín khít. Màu sắc có thể là xanh, đen, xám hoặc bạc…
Chức năng chính của thùng dầu thủy lực đó là chứa lượng dầu đủ để cung cấp
cho hệ thống hoạt động. Song song với đó, nó còn có nhiều chức năng khác như:
Là nơi giúp giải nhiệt dầu thủy lực khi dầu bị nóng lên sau kết thúc 1 chu trình làm việc. lOMoARcPSD| 38841209
Thùng dầu còn giúp phân tách không khí có trong dầu nhằm đảm bảo chất
lượng dầu cao nhất cho các thiết bị làm việc.
Thùng dầu có còn là nơi chứa những tạp chất có trong dầu và được lắng
đọng chúng xuống đáy như: Hạt kim loại, đất cát, sợi ni lông, ba vía sắt…
Đối với trạm nguồn tì thùng dầu thủy lực là nơi để gá, gắn các thiết bị khác
lên trên như: Bơm dầu, động cơ thủy lực, các loại van dầu điều khiển, đồng
hồ đo áp suất… sao cho vừa nhỏ gọn, đơn giản và khoa học.
Dung tích của thùng dầu: V n=k .Qt
Qt- Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm l/ph - Hệ số tỷ lệ
Chọn k = 4 →V n=6.66=396 (l/ph) Dự
định kết cấu thùng dầu:
Thùng dầu phải có vách ngăn cửa hút và cửa hồi, trên vách ngăn này có rãnh lưu
thông dầu. Khoảng cách từ cửa hút và cửa hồi càng xa càng tốt nhằm làm nguội dầu
và không tạo song trong thùng, đặt bộ lọc khí để tránh bụi bẩn dầu. Các ống ra vào
được làm kín (ngăn được sự tạo xoáy tại cửa hút, không lọt bụi vào đầu nối, khả
năng vệ sinh tốt, tỏa nhiệt tốt).
Từ thông số trên ta chọn thùng dầu có dung tích 400 lít Kết luận
Ưu điểm của hệ thống thủy lực:
Truyền động được mức công suất và áp lực lớn, nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản.
Điều chỉnh được vận tốc, đảo chiều cũng dễ dàng.
Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ thủy lực nên có thể sử dụng ở
vận tốc cao mà người dùng không sợ bị va đập mạnh giống như cơ khí và điện. lOMoARcPSD| 38841209
Dễ biến đổi chuyển động quay của moto thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.
Nhược điểm của hệ thống thủy lực:
Sau một thời gian sử dụng thì ma sát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong
các phần tử sẽ làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống, đồng thời làm hạn chế phạm vi sử dụng.
Do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn mà hệ
thống sẽ khó giữ được vận tốc không đổi trong trường hợp phụ tải thay đổi.
Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống sẽ không ổn định, vận tốc làm việc
thay đổi do độ nhớt của chất lỏng đã thay đổi.
Cơ cấu di chuyển có những yêu cầu và đặc điểm làm việc cơ bản riêng như sau:
Sử dụng moto thủy lực quay hai chiều
Làm việc với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào vị trí và yêu cầu làm việc của máy.
Mômen cản khi khởi động và mômen quán tính khi phanh dừng lớn.
Hệ thống phanh thường mở và được điều khiển độc lập với động cơ.
Với máy có cơ cấu di chuyển được dẫn động bằng nhiều động cơ các moto
được điều khiểnđộc lập để có thể quay trong quá trình di chuyển.
Ngoài hệ thống phanh trong mạch còn có phần tử đảm bảo an toàn cho hệ
thống trong trường hợp bục, đứt đường ống, phanh bị hỏng.
Tài liệu tham khảo 1.
Bài giảng trên lớp và sơ đồ thủy lực một số máy Máy xây dựng lOMoARcPSD| 38841209 2.
Truyền động thủy khí, PGS. TS. Đỗ Xuân Đinh, Trường ĐH XD, 2012 3.
http://hydraulicspneumatics.com 4. Catalog các hãng, ví dụ tìm tại:
http://www.bibus.hu/昀椀 leadmin/product_data/daikin/documents/
daikin_oil_hyd raulic_equipment_catalogue_en.pdf
http://www.sunhydraulics.com/cmsnet/LitDownloads.aspx? lang_id=1
http://www.adifp.com/ParkerVoac/F11_F12/HY178249.pdf