Bài tập lớn môn Kỹ thuật thủy lực đề tài "Thiết kế mạch thuỷ lực điều khiển cho 3 xy lanh thuỷ lực, làm việc độc lập"

lOMoARcPSD| 38841209
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ
BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ THUẬT THỦY LỰC
Đề tài : Thiết kế mạch thuỷ lực điều khiển cho 3 xy lanh thuỷ lực, làm việc độc lập lOMoARcPSD| 38841209
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ
NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC 1. Họ và tên: Lớp: MSSV: 2. Nhiệm vụ tính toán:
a, Tên đề tài: Thiết kế mạch thuỷ lực điều khiển cho 3 xylanh thuỷ lực làm việc độc lập.
b, Phương án thiết kế E6 c,
Các số liệu cho trước: Lực đẩy của xylanh F1, Vận tốc nâng Vn , m/ph Các thông số khác tấn 10 5 Tuỳ chọn thiết kế 3.
Ngày giao: 17/11/2023 4. Ngày hoàn thành: 27/11/2023 5. Thầy hướng dẫn:
Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2023 Sinh viên thực hiện MỤC LỤC Nội dung bài tập lớ
n....................................................................................................................................4 1.
Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thuỷ lực cho bộ chấp hành..................4 2.
Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thuỷ lực của hệ thống...6
2.1 Tính toán các thông số của xy lanh thủy lực.................................................6 lOMoARcPSD| 38841209
2.2 Tính toán đường ống thủy lực......................................................................8
2.3 Tính toán các thông số cơ bản của van phân phối........................................9
2.4 Tính toán các thông số cơ bản của van điều khiển áp suất...........................9
2.5 Tính toán các thông số cơ bản van một chiều.............................................10 3.
Tính toán bộ nguồn thuỷ lực................................................................................11
3.1 Bơm thủy lực..............................................................................................11
3.2 Thùng dầu và lọc dầu.................................................................................12
3.3 Tính toán động cơ dẫn động.......................................................................12 4.
Tài liệu tham khảo...............................................................................................13
NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN
1. PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THUỶ LỰC CHO BỘ CHẤP HÀNH. Yêu cầu:
- Hệ thống sử dụng 3 xi lanh như nhau, tải trọng tác dụng bằng nhau, điều khiển điệntử,
đảm bảo giới hạn áp lực cho mạch chính, van phân phối giảm tải cho bơm.
- Từng xy lanh có thể điều chỉnh được vận tốc duỗi ra, không cần dòng xy lanh ởchiều ngược lại. Bảng thông số Lực đẩy của xylanh F1, Vận tốc nâng Vn , m/ph Các thông số khác tấn 10 5 Tuỳ chọn thiết kế
Bảng 1: thông số đầu vào
- Từ các yêu cầu và số liệu trên ta chọn những phần tử thuỷ lực chính sau: 1. Xy lanh thuỷ lực.
2. Bơm thuỷ lực 1 chiều. lOMoARcPSD| 38841209
3. Van phân phối điều khiển bằng điện.
4. Van an toàn đảm bảo áp lực cho mạch chính. 5. Van 1 chiều.
Sơ đồ mạch thuỷ lực.
Hình 1.1: Sơ đồ mạch thuỷ lực 3 xy lanh độc lập
Giải thích phần tử thủy lực: - Thùng dầu. - Động cơ điện - Áp kế - Bộ lọc dầu. - Bơm thủy lực.
- Van an toàn (van hồi thùng).
- Van an toàn đảm bảo cho xy lanh thủy lực.
- Van 1 chiều chỉ cho phép dòng chất lỏng đi theo 1 chiều nhất định.
- Xy lanh thủy lực 2 chiều. lOMoARcPSD| 38841209
- Van phân phối 4/3 điều khiển xy lanh thủy lực.
Nguyên lý hoạt động.
Hình 1.2: Sơ đồ mô phỏng hoạt động hệ thuỷ lực 3 xy lanh độc lập
- Ba xy lanh làm việc độc lập, không xy lanh nào ảnh hưởng đến nhau.
- Khi động cơ điện được kích hoạt, thì bơm bắt đầu hoạt động, khi đó, dầu được
bơmchuyển qua các kênh xy lanh nhờ van 4/3.
- Van ở vị trí nào thì dầu cũng được vận chuyển một cách liên tục.
- Sau đó từng xy lanh hoạt động, cửa thải được nối với lọc dầu để lọc và chuyển vềthùng ban đầu.
2. TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT CÁC PHẦN
TỬ THUỶ LỰC CỦA HỆ THỐNG.
2.1 Tính toán các thông số của xy lanh thủy lực.
- Đổi 10 tấn = 98,06 (KN) = F1
- Vận tốc nâng Vn = 5 (m/p)
Từ yêu cầu trên ta chọn xy lanh thuỷ lực 2 chiều chuyển động: kích thuỷ lực 2 chiều osaka E10H8. lOMoARcPSD| 38841209
Hình 1.3: Xy lanh thuỷ lực E10H8
Bảng 2: Bảng thông số cơ bản của xy lanh E10H8 Thông số Kích thước
Lực đẩy tối đa Fdmax – kN (tấn) 100 (10)
Lực kéo tối đa Fkmax – kN (tấn) 45 (4,5)
Hành trình lớn nhất (mm) 80 Độ dài của xylanh 233 H(mm) Khoảng cách 2 cửa P 115 (mm) Đường kính xylanh D 67 (mm) Đường kính piston d 43 (mm)
Diện tích mặt cắt của xylanh buồng không có cán piston là:
A1 = π D2=π .0,0672=3,53.10−3(m2) 4 4
Diện tích mặt của xy lanh buồng có cán là:
A2 = π .(D2−d2)= π .(0,0672−0,0432)=2,07.10−3(m2) 4 4 lOMoARcPSD| 38841209
Lưu lượng cấp cho xy lanh khi nâng là:
Qn = Vn.An =5.3,53.10-3 = 0,01765 (m3/p) = 17,65 (l/p)
Áp suất nâng khi làm việc của xy lanh là:
P= F1:An = 98,06 : (3,53.10-3) = 27779 (kN/m2)
2.2 Tính toán đường ống thủy lực.
Đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống thép đúc và ống mềm
(ống cao su) chịu áp. Đường ống gồm 3 phần: đường ống hút, đường ống đẩy và đường
ống xả: Thông thường, vận tốc cho phép trong các đường ống này như sau:
- Đối với ống hút : vhút ≤ 2m/s.
- Đối với ống đẩy: vđẩy ≤ 5 6 m/s.
- Đối với ống xả : vxả ≤ 3 4 m/s.
Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường ống thủy lực chung phù
hợp cho cả 3 đường ống.
Ta chọn ống thủy lực loại mềm GATES FEG5K – SAE 100R13 Mã hiệu 8FEG5K.
Bảng 3: Thông số ống chọn
Bán kính ngoài Bán kính trong Dtrong
Áp suất định mức Áp suất giới hạn pph Dngoài (mm) (mm) pdm (bar) (bar) 23,9 12,7 345 1379 Diện tích mặt cắt là:
π .(Dngoai−Dtrong)2
π .(23,9.10−3−12,7.10−3)2 −5 2 Amc= 4 = 4 =9,85.10 (m ) Độ dày thành ống là : Dngoai−Dtrong 23,9−12,7 s= = =5,6 (mm) 2 2 Các loại khớp nối :
Từ trên ta chọn được vỏ tóp GS/GSP mã hiệu 8GS1F-4 và các loại khớp 8GS lOMoARcPSD| 38841209
+ 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 từ 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 của van phân phối.
Chọn loại van điện từ 4/3 điều khiển bằng điện từ của Saintfon DSG.
Hình 1.4: van điện từ 4/3 điều khiển bằng điện từ Mã hiệu: DSG-03-3C2
Lưu lượng tối đa (l/ph): 120
Áp suất tối thiểu (bar): 100
Áp suất tối đa (bar): 250 2.4
Tính toán các thông số cơ bản của van điều khiển áp suất.
Chọn loại van an toàn điều khiển bằng điện từ dạng ren RV có các thông số chung như sau: lOMoARcPSD| 38841209 Hình 1.5: van an toàn
Lưu lượng tối đa : Qmax = 400l/p
Áp suất tối đa Pmax = 250 Bar
Van an toàn cho cả mạch: RV – 06T
Van an toàn cho xylanh thuỷ lực: RV – 04T
Bảng 4: Thông số cơ bản van an toàn TT Chức năng van Lưu lượng tối đa Áp suất mở Khoảng điều chỉnh Q áp suất (có điều max (l/p) van P (bar) khiển) 1 Đảm bảo an toàn cho mạch chính 200 34,323 34,323-137,3 2 Đảm bảo an toàn cho xy lanh thuỷ lực 100 6,86 6,86-68,65 2.5
Tính toán các thông số cơ bản van một chiều.
Chọn van 1 chiều CIT06 không điều khiển với các thông số sau:
- Lưu lượng max: 85 (l/ph)
- Áp suất tối đa: 25 (Mpa) Ưu điểm nổi bật:
- Thiết kế nhỏ gọn và đơn giản.
- Chất liệu cứng cáp được làm từ thép nên bền, không bị oxi hoá, ăn mòn.
- Phù hợp lắp trong nhiều không gian, môi trường khác nhau. lOMoARcPSD| 38841209
3. TÍNH TOÁN BỘ NGUỒN THUỶ LỰC. 3.1 Bơm thủy lực.
Ta chọn bơm theo áp suất làm và lưu lượng làm việc của mạch thuỷ lực.
- Xác định áp suất làm việc lớn nhất của bơm:
Pbommax = Pmax + ∑ ∆ Pi Trong đó:
Pmax là áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống cung cấp cho động cơ thuỷ lực.
∑ ∆ Pilà tổng tổn thất áp suất qua các phần tử đường ống.
∑ ∆ Pi=(0,1−0,2)Pmax
Pxylanh=277,79¯¿Pmax
Pbommax = 277,79 + 0,15.277,79 = 319,45 (bar)
- Lưu lượng cần thiết Qbommax
Qbommax = Qđc + ∑ ∆Q Trong đó:
Qđc lưu lượng làm việc của toàn bộ mạch thuỷ lực
∑ ∆Q là tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống
∑ ∆Q=(10−15%)Qđc Qđc = 17,65 (l/ph)
Qbommax = 17,65 + 0,15.17,65 = 20,29 (l/ph)
Từ những thông số trên ta chọn được loại bơm sau:
Bơm piston có điều chỉnh lưu lượng Bosch Rexroth loại A10VSO
Bảng 5: Thông số cơ bản của bơm Bosch Rexroth loại A10VSO lOMoARcPSD| 38841209
Lưu lượng riêng qb Tốc độ quay Áp suất làm Khoảng điều việc Loại bơm (l/vòng) trung bình chỉnh lưu lượng (vòng/phút) pbommax (l/phút) (bar) Piston loại có điều khiển 0,018 1500 350 27 – 70,2
3.2 Thùng dầu và lọc dầu a, Thùng dầu
Dung tích của thùng dầu: Vn k.Qt Q –
t Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm l/phút
k – hệ số tỷ lệ k = 2÷8 Chọn k=3 Vn 3.20,29 60,87 (l/p)
Dự định kết cấu thùng dầu: Thùng dầu phải có vách ngăn giữa 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 GBKXWN của hãng SUMAC với 120 lít b, Lọc dầu Lọc dầu MF24
Lưu lượng dòng chảy 850 (l/phút)
Áp suất hoạt động 12 (bar)
3.3 Tính toán động cơ dẫn động
Việc tính toán chọn động cơ gồm các lựa chọn: 1)
Chọn loại, kiểu động cơ: nếu chọn phù hợp thì động cơ sẽ có tính năng làm
việcthích hợp với yêu cầu truyền động của máy. Ở đây, chọn động cơ điện xoay chiều lOMoARcPSD| 38841209
ba pha, do cấu tạo và vận hành đơn giản, nối trực tiếp với mạng điện xoay chiều, không
cần biến đổi dòng điện. 2)
Chọn công suất của động cơ Nđc: phải dựa trên công suất của bơm, có tính đến
tổnthất cơ khí. Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn.
Nếu công suất động cơ nhỏ hơn công suất bơm thì động cơ sẽ làm việc quá tải, nhiệt
tăng qúa trị số cho phép, động cơ chóng hỏng. Khi động cơ truyền công suất cho bơm
dầu sẽ có tổn thất cơ khí trên đường truyền công suất qua các thiết bị cơ khí hoặc do ma
sát, thông thường tổn thất này chiếm khoảng ∆Nck ≈ 15% Nđc. Ngoài lượng tổn thất này
ra thì 85% Nđc sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực mà bơm dầu cấp cho hệ thống.
Vậy công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là: Nbơm
Qbơm. Pbơm 20,29.319,45 Ndc=
0,85 = 612.0,85 = 612.0,85 =12,46 ( KW )
Từ công suất trên ta chọn động cơ điện hãng Siemens 15 KW 20 Hp.
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ 1] Bài giảng trên lớp.
[ 2] Đỗ Xuân Đỉnh ( 2011), Truyền động thủy khí, Nhà xuất bản Xây dựng. [ 3] Catalog các hãng.