Thiết kế mạch thủy lực điều khiển hệ thống kích đẩy | Bài tập lớn Môn Kỹ thuật thủy lực - Đại học Xây Dựng Hà Nội

lOMoAR cPSD| 58970315
NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN
1. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Hoàng Lớp: 66KOC1 MSSV: 0250466
2. Nhiệm vụ tính toán: Thiết kế mạch thủy lực điều khiển hệ thống kích đẩy
a) Tên đề tài: Thiết kế mạch thủy lực điều khiển hệ thống kích đẩy b) Phương án thiết kế:
Hệ thống sử dụng 2 xy lanh như nhau, điều khiển trực tiếp bằng tay cùng 1 van
phân phối, đảm bảo giới hạn áp lực cho mạch chính
c) Các số liệu cho trước:
• Lực đẩy của xylanh F1, tấn F1=9,3 (tấn)
• Lực co của xylanh F2, tấn F2=9,3(tấn)
• Vận tốc nâng vn, m/ph vn=6,5(m/ph)
• Loại van chống tải phản hồi: van 1 chiều có điều khiển
• Loại van hãm khi hạ tải: van tiết lưu và van 1 chiều mắc song song
3. Ngày giao: 14/11/2023
4. Ngày hoàn thành: 01/12/2023
5. Giảng viên hướng dẫn: TS-Dương Trường Giang
Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2023 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Hoàng
I, Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phân chấp hành • Yêu cầu: lOMoAR cPSD| 58970315
Hệ thống sử dụng hại xi lanh như nhau, điều khiển trực tiếp bằng tay cùng một van
phân phối, đảm bảo giới hạn áp lực cho mạch chính. Loại van chống tài phản hồi:
Van 1 chiều có điều khiển
Loại van hãm khi hạ tải: Van tiết lưu và van 1 chiều mắc song song • Bảng thông số Lực đẩy của Vận tốc Các thông xi lanh nâng số khác F1(tấn) Vn(m/p) 9,3 6,5 Tùy chọn
Từ các yêu cầu và số liệu trên ta chọn những phần tử thủy lực chính sau: 1. Xy lanh thủy lực
2. Bơm thủy lực 1 chiều không có điều khiển
3. Van phân phối điều khiển bằng tay
4. Van an toàn đảm bảo áp lực cho mạch chính
5. Van 1 chiều có điều khiển
* Sơ đồ mạch thủy lực lOMoAR cPSD| 58970315
Hình 2.1. Sơ đồ mạch thủy lực
Giải thích phần từ thủy lực 1- Thùng dầu 2- Bộ lọc dầu
3-Bơm thủy lực 1 chiều không điều khiển 4-Động cơ điện,
5-Van an toàn (van hồi thùng)
6-Van phân phối 4/3 điều khiển xy lanh thủy lực (điều khiển bằng tay)
7-Van chống tài phản hồi 8-Van hãm 9- Xy lanh thủy lực
• Nguyên lý làm việc của mạch thủy lực: lOMoAR cPSD| 58970315
Ở trạng thái 0 (Không làm việc):
Van phân phối giảm tải cho bơm giữ xylanh ở vị trí cố định. Trong đó cửa A, B, P. R
đóng, dầu được bơm hút từ thùng qua bộ lọc vào P và khi quá tải áp suất trong đường
ông vượt quá áp suất giới hạn của van an toàn van, an toàn đảm bảo cho bơm thủy
lực sẽ được mở dầu sẽ qua van an toàn và về thùng.
Ở trạng thái 1 (Piston xylanh duỗi):
Dầu được bơm từ thùng qua bộ lọc vào P vào A vào khoang piston của xy lanh làm
xy lanh đẩy ra dầu từ khoang trên qua cửa B về R và về thùng Ở trạng thái 2 (Piston xylanh co):
Dầu đi từ thùng qua bộ lọc vào P vào B vào khoang trên của xylanh làm piston co
lại dầu ở khoang piston về A về R và về thùng
II. Tính toán và xác định thông số cần thiết các phần tử thủy lực hệ thống
2.1: Tính toán các thông số của xy lanh của thủy lực
Đổi 9,3 tấn = 91,2kN (có 1 tấn = 9,8067 kN)
- Vận tốc nâng vn = 6,5 m/p
Từ những yêu cầu trên ta chọn xy lanh thủy lực 2 chiều chuyển động: XY LANH
THỦY LỰC 2 CHIỀU OSAKA E10H3
Diện tích mặt cắt của xy lanh buồng không có cán piston là:
π .D2 π .0,0672 −3 2 A1= = =3,53.10 (m ) 4 4
Diện tích mặt cắt của xy lanh buồng có cán piston là:
π .(D2−d2) π .(0,0672−0,0432) −3 2 A2= 4 = 4 =2,07.10 (m )
Lưu lượng cấp cho xy lanh khi nâng là:
Qn=vn . An=6,5.3,53.10−3=0,023(m3/p)=23(l/p) Áp suất
nâng khi làm việc của xy lanh là: lOMoAR cPSD| 58970315 F F 91,2 2
p= A1= π .D2=
π .0,0672 =25867,5(kN/m ) 4 4
2.2: Tính toán tuy ô thủy lực
Đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống thép đúc và ống
mềm (ông cao su) chịu áp. Đường ống gồm 3 phần: đường ống hút, đường ống đầy
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 ông đẩy: vđẩy ≤ 5÷ 6m / s Đối
với ống xả: vxả ≤ 3÷ 4 m/s.
Đường kính trong của ổng tinh theo công thức: a.
Tính toán đường kính ống hút
Để tính toán lấy vhút =1,5 m/s, Đường
kính thiết kế của ống hút là: d
b. Tính toán đường kính ống đẩy Chọn vđẩy = 5 m/s,
Đường kính trong của ống đẩy theo thiết kế là: d
c. Tĩnh toán đường kính ống xả
Để tính toán lấy vận tốc ống xả là: vxả = 2 (m/s) Đường
kính trong của ống xả theo thiết kế là: d lOMoAR cPSD| 58970315
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 EFG5K - SAE 100R13 Mã hiệu 16EFG5K.
Đường kính Đường kính Áp suất Áp suất giới ngoài trong định mức hạn Dngoài (mm) Dtrong (mm) Pdm (bar) Pgh (bar) 39 25,4 345 1379 Diện tích mặt cắt là:
π .(D2ngoài −3 2 Amc= 4 = 4 =0,7.10 (m )
Độ dày của thành ống là: s=
Dng−Dtr=39−25=7(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
+ 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
- Hệ thống hoạt động liên tục theo một quy trình khép kín và dựa vào tính kinh tế
lưu lượng và áp suất ta chọn van phân phối điều tay.
Thông số kỹ thuật của van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng tay - Series DMH085:
- Lưu lượng (gpm): 4,5; 4; 5
- Lưu lượng (Ipm): 17; 15; 19 lOMoAR cPSD| 58970315
- Áp suất đầu vào tối đa (psi): 5000
- Áp suất đầu vào tối đa (bar): 350
- Phạm vi điều chỉnh áp suất (psi): 500
- Phạm vi điều chỉnh áp suất (bar): 35
- Nhiệt độ vận hành (F): -50° tới +270°; 30° tới +250°; -15° tới +400
- Nhiệt độ vận hành (C): -45 tới +132; -34° tới +121°; -26° tới +204° - Chất liệu van: Thép
- Chất liệu thân: Nitrile, Fluorocarbon Trọng lượng (lb): 0,25 - Trọng lượng (kg): 0,12
Hình 2.2. Van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng tay - Series DMH085
2.4: Tính toán các thông số cơ bản của van điều khiển áp suất Áp suất làm việc Pv= 258 (bar). Lưu lượng Qlv= 23 (l/ph).
Ta chọn van an toàn (có điều chỉnh) điều khiển bằng tay dạng ren loại van RV có các thông số chung như sau.
Tra Catalogue của hãng REXROTH ta chọn được van có các thông số như sau: lOMoAR cPSD| 58970315 Ký hiệu DB 6 K1 - 4X/ 315... Trong đó: + DB van áp suất
+ 6 size 6 ÷ 1: núm xoay
+ 4X: seri từ 40 ÷49
+ 315 - Áp suất max 315 bar
Hình 2.3. Kết cấu van DB 6 K1
2.5: Tính toán các thông số cơ bản của van 1 chiều
Van này được lắp ở đầu dưới của xy lanh điều khiển bằng thủy lực với
• Lưu lượng: Qv = 23 (l/ph) • Áp suất Pv = 258 (bar)
Tra Catalog hãng REXROTH ta chọn, van sau: lOMoAR cPSD| 58970315 Ký hiệu: SV6PB2-6X
Với Pmax = 315 bar, Qmax = 60 (l/ph) Trong đó:
- SV: van một chiều có điều khiển 1 tín hiệu - 6: size 6
- 2 tổn thất áp suất, ∆p = 3 bar
- 6X: serises từ 60 đến 6
Hình 2.4. Kết cấu van SV6PB2-6X
III. Tính toán bộ nguồn thủy lực
3.1: Bơm thủy lực
- Xác định áp suất làm việc lớn nhất của bơm Pbơm max = Pmax + ΣΔpi lOMoAR cPSD| 58970315
pmax - áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống
ΣΔpi - tổng tổn thất áp suất qua các phần tử đường ống
pmax = 258 bar suy ra ΣΔpi = 0,2 pmax = 51,6 bar nên Pbơm = 258 + 51,6 = 309,6 bar
Xác định lưu lượng làm việc lớn nhất của bơm
Qmaxbơm=Qlv+ΣΔQ
Q - lưu lượng làm việc của toàn bộ mạch thủy lực lv
ΣΔQ - tổng tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống (được tỉnh gần đúng là
ΣΔQ = (10% ÷15%).Qlv) Với Qlv = 23 (l/ph)
Suy ra ΣΔQ = 0,15.23 = 3,45 (l/ph) Nên
Qmaxbơm= Qlv + ΣΔQ = 23 + 3,45 = 26,45 (bar)
Từ những thông số trên ta chọn được loại bom sau: Bơm piston có điều chỉnh lưu
lượng Bosch Rexroth loại A10VSO Loại bom loại A10VSO
Lưu lượng riêng q = 0,018 (l/vòng)
Tốc độ quay trung bình 1500 (vòng/phút)
Áp suất làm việc max 350 (bar)
Khoảng điều chỉnh lưu lượng 27 ÷70,2 (l/phút)
Piston loại có điều khiển
3.2: Thùng dầu, lọc dầu a Thùng dầu
Dung tích của thùng dầu: Vn = k.Qt
Qt - Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm (l/phút) k-
hệ số tỷ lệ k = 2 ÷8 Chọn k = 5 lOMoAR cPSD| 58970315 Vn = 5.23 = 115 (l/ph)
Dự định kết cấu thùng đầu. 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 sóng 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 (1/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 đồng cơ sẽ có tính năng làm
việc thích hợp với yêu cầu truyền động của máy. Ở đây, chọn động cơ điện xoay
chiều 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 tổn thất 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 quá trị số cho phép, động cơ chóng hỏng. Khi động cơ truyền công suất
cho bơm dầu sẽ có tổn thất cơ khi 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.
Vây công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là:
Nbơm Qbơm . Pbơm 309,6.26,45 Nđc= == =15,74(KW ) 0,85 612.0,85 612.0,85 lOMoAR cPSD| 58970315
Tra phụ lục P1.3, trang 237 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, của tác giả
Trịnh Chất - Lê Văn Uyển chọn được động cơ phù hợp, có các thông số như sau: Động cơ 4A160M4Y3 Công suất P = 18,5 kW
Vân tốc quay nđc = 1460 vòng/phút Hiệu suất η = 0,9