BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT VÀ KHÍ NÉN

GVHD: Thầy Phùng Chân Thành BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN GVHD: THẦY PHÙNG CHÂN THÀNH TÊN SV: Nguyễn Hữu Tưởng– MSSV: 1414989 I PHẦN THỦY LỰC: Bài tập chương I – THỦY LỰC: - Bài 1.1: Cửa hút bơm đặt thấp mặt thoáng bể chứa 0,6m Biết tỷ trọng dầu 0,86 ,Xác định cột áp tĩnh cửa hút bơm ? Bài giải : Áp d ụng c ông thức: pt = w.h pt = 0,86.1000.0,6 = 516 kg/m2 = 0,0516 kg/cm2= 0,0506 bar - Bài 1.2: Tính tốn đường kính ống hút ống đẩy bơm có lưu lượng 40l/ph,vận tốc lớn cửa hút 1,2 m/s, c ửa đ ẩy 3.5 m/s -Lưu lượng : Qh = Ah vh = 40 l/min = 40/60x10-3 m3/s Ah = Qh/vh = (40.10-3)/(60.1,2) = 0,555.10-3 m2 Ah = π.Dh2/4 => D = 0.0266 m = 26,6 mm Chọn theo tiêu chuẩn Dh = 29 mm -Lưu lượng đẩy: Qh = Qđ = (40/60).10-3 m3/s Vậy dđ = Qđ/vđ = = 0,01557 m = 15,57 mm Chọn d = 20 m - Bài 1.3: SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành Một bơm có lưu lượng 12 l/ph, làm việc với áp suất 200 bar 1.Hãy tính cơng suất thuỷ lực bơm 2.Cho biết hiệu suất chung bơm 60%,hãy xác định công suất động điện quay bơm? 1.Công suất thủy lực: Ntl = p.Q/600 = 12.200/600 = kW Công suất động điện quay bơm: Pđc = Ntl/ = 4/0,6 = 6,67 kW Bài tập chương II – BƠM THỦY LỰC: - Bài 2.1: Một bơm có Dp=14 cm3/v quay np=1440 v/ph, áp suất làm việc 150 bar.Hi ệu suất thể tích 0.9,hiệu suất chung 0.8 1.H ãy xác đ ịnh lưu lượng thực bơm 2.Công suất vào trục bơm 3.Mômen xoắn trục bơm Lưu lượng thực bơm: Qp = Dp.np = 0,14.1440.0,9 = 18144 cm3/ph = 18,144 l/ph Công suất trục bơm: Công suất trục bơm = Công thủy lực/ hiệu suất chung Công suất trục bơm = 18,144.150/(600.0,8) = 5,67 kW 3.Mômen xoắn trục bơm: Tp = Dp.p/(2π.) = 14.10-6.150.105/(2π.0,888) = 37,6 Nm Với: = = 0,8/0,9 = 0,8889 Bài 2.2: - Một bơm thể tích có lưu lượng l/ph Trữ vào ống tích lít.Nếu cuối ống bị chặn đột ngột Hãy tính áp suất tăng lên sau giây? Cho biết mô đun đàn hồi dầu B = 20.000 bar B= Xuy ra: = B = 20000.105.(1/60)/1 = 333,3333.105 Pa = 333,333 bar - Bài 2.3: SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành So sánh hiệu khidùng bình tích áp Một xilanh làm việc theo chu kỳ áp suất lưu lượng : Hình 2.21 hình 2.22 v h ình 2.23 T ính tốn c ông suất tiêu thụ hai trường hợp dùng bơm có lưu lượng cố định hệ thống có bình tích áp - Gỉai thích: + Van thủy lực làm việc theo chu trình sau: tiến 5s với áp 25 bar, lưu lượng 12 l/min, sau dừng lại 25s với áp suất 250 bar, lùi 4s với áp suất 35 bar, lưu lượng 12 l/min, dừng lại 26s với áp suất 200 bar SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành + Lưu lượng cần cho 15% toàn chu trình, Nếu sừ dung bơm có lưu lượng riêng cố định với lưu lượng 12 l/min lưu lượng phải xả qua van giới hạn áp suất, cài đặt giá trị 200 bar 85% chu trình Cơng suất lí thuyết = 12.200/600 = 4kW + Nếu sử dụng hệ thống thủy lực hình phần lớn lượng cung cấp chuyển thành nhiệt dầu xả qua van giới hạn áp suất Thể tích dầu cung cấp cho chu trình là: Khi xilanh tiến = 12.5/60 = l Khi xilanh lui = 12.4/60 = 0,8 l Tổng lượng dầu cần phút = 1,8 l + Như vậy, ta trữ dầu bình tích áp(lượng dầu cung cấp bơm lúc cấu chấp hành dừng lại)thì bơm có lưu lượng 1,8 l/min đủ, nhiên áp suất 200 bar cần trì khồng thời gian cấu chấp hành dừng lại, nên áp suất dầu bình tích áp phải cao giá trị này, dụ 250 bar Khi đó, áp suất torng hệ thống dao động khoảng 200 đến 250 bar Đây nhược điểm hệ thống + Việc xác định xác lưu lượng bơm cần cung cấp dầu cho cấu chấp hành thực theo thời gian yêu cầu, trường hợp khó, Để cho chắn, ta chọn bơm có lưu lượng lớn hơn, ví dụ 2l/min, van giới hạn áp suất 250 bar, hki cơng suất cung cấp là: Pin = 2.250/600 = 0,83 kW Gía trị nhỏ nhiều so với khơng sừ dụng bình tích áp - Bài 2.5: + Một máy ép cần lưu lượng 200l/min giai đoạn làm việc vận tốc cao cho cơng đoạn đóng mở khn với áp suất 30 bar Giai đoạn ép áp suất làm việc 400 bar, lưu lượng dao động từ 12 đến 20 l/min + Cơng suất cần giai đoạn đóng/mở khuôn là: (200*30)/600 = 10 kW SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành Đề sử dụng ln cơng suất giai đoạn ép thì: q.400 = 200.30 với q lưu lượng khả thi trình ép => q = 15l/min chấp nhận Vậy yêu cầu lưu lượng bơm sau: Ở áp suất cao, lưu lượng thấp: 15l/min Ở áp suất thấp, lưu lượng lớn: 200 -15 = 185 l/min Bơm đôi tương đương với bơm lưu lượng khơng đổi có lưu lượng 200l/min làm việc áp suất 400 bar, tiêu thụ công suất vào 133,3 kW - Bài 2.6: + Dữ liệu thiết kế: Hệ thống thuỷ lực cấp dầu bơm , u cầu có đường đặc tính làm việc lưu lượng áp suất hình 2.29 Thời gian tồn chu kỳ 30 giây.Hệ thống yêu cầu lưu lượng nửa chu kỳ,còn áp suất cần thiết 2/3 chu kỳ.Sử dụng dầu khống khơng có u cầu đặc biệt Với liệu có giải pháp để thực : 1.Dùng bơm có lưu lượng cố định 2.Dùng kết hợp bơm có lưu lượng cố định SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành 3.Dùng mạch có kết hợp với bình tích áp 4.Dùng mạch bơm có bù trừ áp suất 1/ Sử dụng bơm có lưu lượng cố định: SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành + Lưu lượng lí thuyết bơm 25l/min Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn nên giá trị tang thêm 10% => Qt = 27,5 l/min + Áp suất lớn hệ thống = 150 bar Cài đặt áp suất van an toàn 10% so với giá trị Nân áp cài đặt van an toàn : 165 bar + Chọn động để kéo bơm với vận tốc quay 1440 rev/min Tại 1500 rev/min có lưu lượng 27,5 1500/1440 = 28,7 l/min + Tra bảng tài liệu Power Hydraulic/ trang 45, ta có bơm có thơng số gần kết tính tốn sau: a/ Bơm PL060 với Q = 28,1 l/min n = 1500 rev/min(tương đương với lưu lượng 27 l/min n = 1440 rev/min) Áp suất làm việc lên đến 250 bar b/ Bơm PL072 với Q = 33,6 l/min n = 1500 rev/min(tương đương với lưu lượng 33,2 l/min n = 1440 rev/min) Áp suất làm việc lên đến 210 bar c/ Bơm PL090 với Q = 41,5 l/min n = 1500 rev/min(tương đương với lưu lượng 26,6 l/min n = 960 rev/min) Loại giống loại câu a/ đắt tiền sử dụng bơm lớn động điện 960 rev/min Lợi ích sử dụng dòng chất lỏng chống lửa, trường hợp dầu sử dụng đặc trưng + Như vậy, sử dụng a/ phụ hợp với yêu cầu mà hệ thống cần Khi chọn bơm này, công suất động cần để kéo bơm là: P = 27,5.165/600 = 7,5625 kW + Tại giây thứ 10, công suất cần cung cấp cho hệ thống là: 25.150/600 = 6,25 kW + Công suất cần sau 30s là: 20.100/600 = 3,33 kW + Vì bơm sử dụng có lưu lượng không đổi, bơm cung cấp dầu cho hệ thống Từ giây 10 đến 15 cấu chấp hành không nhận lưu lượng, áp suất SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành trì 150 bar Vì bơm nén dầu lên hệ thống nên toàn lượng dầu phải xả bể chứa qua nhánh van giới hạn áp suất, lúc này, việc cấp dầu trì áp suất + Năng lượng dư chuyển thành nhiệt năng, tổng lượng lí thuyết cung cấp động 7,5625 kW thời gian 20s chu trình 30s Năng lượng tạo công dùng giấy thứ 5-10 giấy thứ 20-30, vậy: + Tổng lượng cung cấp lí thuyết = 7,5625.20 = 151,25 kJ + Tổng lượng hữu ích = 6,25.5/2 + 3,3.10/2 = 32,12 kJ + Hiệu suất tổng = Tổng lượng hữu ích / Tổng lượng cung cấp lí thuyết = (32,12/151,25).100 = 21,24% b/ Sử dụng bơm có lưu lượng không đổi: SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành + Khi sử dụng bơm có lưu lượng cố định, bơm cung cấp lưu lượng lớn, bơm lại cung cấp lưu lượng nhỏ bơm chọn có Q1 = 20l/min Q2 = 5l/min Nhưng lưu lượng bơm nên lấy lớn 10% nên Q1 = 22l/min Q2 = 5,5l/min + Hệ bơm đạt với bơm bánh + Tra bảng 2.5, sách Power Hydraulic, trang 47, ta có bơm có Q1 = 22,9l/min, Q2 = 5,7 l/min, n = 1440rev/min, p = 175 bar.Áp suất làm việc thực tế bơm 165 bar Vậy lựa chọn chấp nhận Khi bơm làm việc áp suất 165bar lưu lượng cugn cấp cao giá trị 22,9 l/min 5,7 l/min chút: Năng lượng cung cấp bơm 22,9l/min, p = 165 bar là: P1 = 22,9.165/600 = 6,3 kW Năng lượng cung cấp bơm 5,7 l/min, p = 165 bar là: P2 = 5,7.165/600 = 1,6 kW Theo sơ đồ bên dưới, tổng lượng cung cấp cho hệ thống là: ((1,6+6,3).5)+(1,6.5)+(6,3.10) = 110,5 kJ SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành Với lượng dụng có ích hệ thống 32,12 kJ Vậy hiệu suất tổng là: = (32,12/110,5).100 = 29,1% c/ Sử dụng bình tích áp: + Trong hệ thống có dụng bình tích áp, lưu lượng cung cấp bơm trữ bình tích áp áp suất nén định phụ thuộc vào thơng số hệ thống Để tính kích thước bính tích áp, cần xác định thơng số sau đây: Lưu lương lớn cần từ bình tích áp Áp suất làm việc lớn 10 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Bài tập 3: - Giai thích: + Cơ cấu chấp hành gồm xilanh khí nén phần tử điều khiển : Van phân phối 4/2 Mạch có sử dụng thêm phần tử AND + BTT gửi lúc tín hiệu a- b+ để điều khiển xilanh Vậy chạm cảm biến ao b1, phần tử AND nhận tín hiệu ao, b1 vào để phản hồi kết thức chuyển động xilanh + Phương pháp vận hành 59 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành 60 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Bài tập 4: - Giải thích: + Cơ cấu chấp hành gồm xilnh khí nén phần tử điều khiển : Van phân phối 4/2 + Trình tự hoạt động: nhấn nút m, BTT xuất lệnh a +, xilanh A tiến, chạm cảm biến a1, báo ngưng a+, qua BTT2, lệnh b+ XL B tiến, cảm biến b1 báo ngưng b +, qua BTT3, lệnh b- XL B lùi, chạm cảm biến bo, báo ngưng b -, qua BTT4, lệnh a- XL A lùi, càm biến ao báo ngưng a -, qua BTT5, lệnh c + XL C tiến, cảm biến c1 báo ngưng c +, qua BTT6, lệnh c- XL C lùi, cảm 61 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành biến co báo ngưng lệnh c-, từ tín hiệu đưa làm nguồn cho nút m, thực lại trình tiếp tục có lệnh m - Bài 5: 62 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Giải thích mạch: +Mạch ứng dụng phần tử AND, gồm 1,2, để điều khiển XL A, B, C tương ứng phần tử điều khiển : Van phân phối 4/2 + Sau có tín hiệu từ nút nhấn m, kích hoạt lệnh a + để XL A tiến, cảm biến a1 đưa tín hiệu báo ngừng a+, sau thực hiến xong lệnh a+ có lệnh kích hoạt đồng thời modun a-, b+, c+, ngỏ B BTT 2(a-), 12(b+), 22(c+) xuất tín hiệu AND lại với gửi ngưng kích hoạt lệnh a+ Sau lệnh a- thực hiện, XL A lùi chạm cảm biến ao, lệnh b- thực XL B tiến chạm cảm biến b1 sang BTT 13 lùi XL B chạm cảm biến bo, lệnh c+ thực XL C tiến, chạm cảm biến c1 sang BTT23, XL C lùi chạm cảm biến co tín hiệu phản hồi ao, bo, co báo ngưng thực chuyển động XL, tín hiệu 63 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành AND lại với làm nguồn cho nút nhấn để thực lại chu trình có tín hiệu m CÁC SƠ ĐỒ ỨNG DỤNG CHO MẠCH BÀI 6,7,8: 64 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Bài 6: 65 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Gỉai thích mạch: + Cơ cấu chấp hành gồm XL khí nén A,B,C Phần tử điều khiển : Van phân phối 4/2 + Sơ đồ áp dụng dây chuyền đóng dấu, nên có kèm theo cảm biến d để nhận biết vị trí đóng dấu XL B thực đóng dấu cảm biến d báo tín hiệu d, tức bề mặt cần đóng dấu bên trái, lúc XL C không tham gia, cịn cảm biến d xuất lệnh tức khơng nhân bề mặt cần đóng dấu bên trái, bề mặt cần đóng dấu bên phải, XL C thực đóng dấu, XL B khơng tham gia + Mạch Grafcet ứng dụng phần thử OR đề điều khiển XL B, C Còn phần tử AND dùng để hợp tín hiệu cảm biến để thực chức phản hồi nhằm biết XL hoạt động( B hay C) Cơ cấu chấp hành gồm XL khí nén A, B C Phần tử điều khiển gổm Van Điều khiển 4/2 66 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành + Cáp tín hiệu m từ nút nhấn thực lệnh a+, XL A tiến chạm cảm biến a1 + TH1: Nếu mặt cần đóng dấu bên trái, tín hiệu d với tín hiệu chuyển BTT1 AND lại với thực báo BTT 12 xuất lệnh b + tiến XL B(đóng dấu) Tín hiệu B BTT 12 OR với tín hiệu B BTT 22 để xóa lệnh BTT1 Rồi tiếp tục thực lệnh b+, qua BBT13 thực đồng thời lệnh a-, b- Tín hiệu ao, bo AND với phản hồi kết thúc chuyển động Rồi đưa vào phần tử OR đưa nút nhấn + TH2: Nếu mặt cần đóng dấu bên phải, tín hiệu với tín hiệu chuyển BTT1 AND lại với thực báo BTT 22 xuất lệnh c + tiến XL C(đóng dấu) Tín hiệu B BTT 22 OR với tín hiệu B BTT 12 để xóa lệnh BTT1 Rồi tiếp tục qua BTT23 thực đồng thời lệnh a-, c+ Tín hiệu ao,c1 AND với phản hồi kết thúc chuyển động Rồi đưa vào phần tử OR đưa làm nguồn nuôi cho nút ấn + Hoặc XL B hay XLC thực qua phần tử OR đưa nút nhân để thực lại chu trình + Tín hiệu từ cổng B BTT1 đưa xóa lệnh BTT 13 23 67 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành 68 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Bài 7: - Gỉai thích mạch: + Cơ cấu chấp hành gồm XL khí nén A,B,C Phần tử điều khiển : Van phân phối 4/2 69 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành + XL B thực cảm biến d báo tín hiệu d, tức bề mặt cần đóng dấu bên trái, lúc XL C khơng tham gia, cịn cảm biến d xuất lệnh tức khơng nhân bề mặt cần đóng dấu bên trái, bề mặt cần đóng dấu bên phải, XL C thực đóng dấu, XL B không tham gia + Mạch Grafcet ứng dụng phần thử OR đề điều khiển XL B, C Còn phần tử AND dùng để hợp tín hiệu cảm biến để thực chức phản hồi nhằm biết XL hoạt động( B hay C) Cơ cấu chấp hành gồm XL khí nén A, B C Phần tử điều khiển gổm Van Điều khiển 4/2 + Phương pháp vận hành mạch giống phương pháp vận hành mạch trên, khác sau XL B hay XL C thực xong, tín hiệu bo, co báo OR lại với chuyển sang BTT4, thưc lệnh a-, tín hiệu ao phản hồi lại đưa nút nhấn để quay lại trình ban đầu 70 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành 71 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành - Bài 9: - Gỉai thích mạch: + Mạch ứng dụng phần tử AND để đưa tín hiệu phản hồi Cơ cấu chấp hành gồm XL khí nén A, B, C phần tử điều khiển: Van điều khiển 4/2 72 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888 GVHD: Thầy Phùng Chân Thành + Tương tự trên, cấp tín hiệu m từ nút nhấn, BTT1 xuất lệnh a+, XL A tiến, cảm biến xuất tín hiệu a1, sau thực đồng thời tín hiệu b+, c+ BTT 12, 22 đưa tín hiệu AND lại với đưa BTT1 xóa lệnh a + XL B tiến xong chuyển qua lùi XL C tiến xong lùi Tín hiệu bo, co AND lại với báo BTT 4, xuất a-, XL A lùi, tín hiệu ao đưa làm nguồn cho nút ấn thực lại chu trình 73 SVTH: Nguyễn Duy Khương - 14111888