ĐỒ án môn học máy THỦY lực THỂ TÍCH thiết kế tay cần gắp rác và tìm hiểu hệ thống thủy lực trên xe chở rác

Giới thiệu về xe thu gom rác

Giới thiệu về các loại xe thu gom rác

Xe thu gom rác thải là phương tiện quan trọng, phổ biến tại các thành phố lớn và khu công nghiệp Với tính cơ động cao và khả năng tải trọng lớn, xe này có thể thu gom lượng rác lớn nhờ vào cơ cấu nén và ép rác bằng áp lực thủy lực.

Hiện nay, trên thị trường có hai loại xe thu gom rác: xe điều khiển bằng tay và xe điều khiển tự động Nhiều hãng công nghệ đã phát triển xe thu gom rác thông minh, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng Dưới đây là một số loại xe thu gom rác thải phổ biến hiện nay.

1.1.1 Xe thu gom rác thông thường

Các loại xe thu gom rác phổ biến ở Việt Nam hiện nay nhờ vào giá thành hợp lý và khả năng đáp ứng yêu cầu thu gom rác tại các đô thị Thùng chứa của xe có thể tích từ 14m3 đến 22m3, cho phép lựa chọn kích thước phù hợp với nhu cầu sử dụng Hình 1.1 minh họa loại xe chở rác này.

Hình 1.1: Xe chở rác Dongfeng 1.1.2 Xe thu gom rác tự động

Hiện nay, các loại xe thu gom rác tự động ở nước ta chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng trong tương lai, chúng sẽ dần thay thế các phương tiện thu gom rác truyền thống Những ưu điểm vượt trội của xe thu gom rác tự động sẽ giúp giảm thiểu sức lao động chân tay của con người, mang lại hiệu quả cao hơn trong công tác vệ sinh môi trường.

Xe thu gom rác tự động, được thiết kế với hệ thống thủy lực tiên tiến, tối ưu hóa quy trình thu gom và nén rác Việc sử dụng những chiếc xe này không chỉ nâng cao năng suất làm việc mà còn giảm bớt gánh nặng cho người công nhân Hình 1.2 và 1.3 minh họa hai mô hình xe thu gom rác tự động do hãng E-Z PACK sản xuất.

Hình 1.2: Xe thu gom rác tự động Hercules

Hình 1.3: Xe thu gom rác tự động với tay gắp phía trước

Kết cấu cơ khí tay gắp rác

Kết cấu các bộ phận tay gắp rác

Cơ cấu kẹp thùng rác được thể hiện trong Hình 2.3 Gồm các bộ phận chính sau:

1- Xylanh kẹp, 2- Tay đòn, 3- Bánh răng ăn khớp, 4- Thanh đỡ, 5- Càng kẹp

Hình 2.3: Cơ cấu kẹp thùng rác

2.2.2 Cơ cấu xoay đổ rác

Cơ cấu xoay đổ rác là thiết bị giúp thực hiện chuyển động quay cho cơ cấu kẹp và thùng rác, cho phép đổ rác vào thùng chứa của xe tải Các thành phần chính của cơ cấu bao gồm xylanh và trục quay, với trục quay đóng vai trò liên kết giữa các phần và đảm bảo chuyển động quay hiệu quả.

Hình 2.4: Cơ cấu xoay đổ rác

2.2.3 Cơ cấu nâng hạ tay cần

Cơ cấu nâng hạ là hệ thống giúp nâng cao toàn bộ cánh tay, đảm bảo thùng rác ở vị trí chính xác để rác có thể được đổ vào thùng chứa Các bộ phận chính của cơ cấu này bao gồm xylanh nâng hạ, cánh tay đòn và trục quay.

Hình 2.5: Cơ cấu nâng hạ tay cần.

Sơ đồ hệ thống thủy lực

Nguyên lí hoạt động của mạch thủy lực

3.1.1 Các phần tử chính trong mạch thủy lực

STT Tên phần tử Kiểu Chức năng Số lượng

1 Xy lanh ra vào Tác động kép

Tạo chuyển động ra vào cho tay cần 1

2 Xy kẹp Tác động kép Tạo lực kẹp cho cơ cấu kẹp

3 Xy lanh nâng Tác động kép Tạo lực nâng cho tay cần

4 Xy lanh xoay Tác động kép

Tạo chuyển động xoay cho cơ cấu đổ rác

5 Xy lanh nén rác Tác động kép Nén rác 2

6 Xy lanh mở nắp thùng Tác động kép Mở nắp 2

7 Xy lanh đổ rác Tầng và tác động đơn

8 Bơm nguồn Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Cung cấp nguồn cho hệ thống 1

4/3 điều khiển điện hồi vị bằng lò xo Điều khiển hướng cho cơ cấu chấp hành

4/2 điều khiển điện hồi vị bằng lò xo

3/2 điều khiển điện hồi vị bằng lò xo Điều khiển xy lanh tầng 1

12 Van tiết lưu 1 chiều Điều khiển vận tốc các cơ cấu chấp hành

13 Van tiết lưu 2 chiều Điều khiển vận tốc xy lanh tầng

14 Bộ chia lưu lượng Dạng van kiểu con trượt Đồng tốc 2 xy lanh 2

STT Tên phần tử Kiểu Chức năng Số lượng

15 Van an toàn Tác động trực tiếp

16 Bộ lọc dầu Lọc cặn bẩn cho dầu

18 Van một chiều Có điều khiển

Chống rơi cho xy lanh nâng và xy lanh mở nắp thùng

19 Đồng hồ đo áp Đo áp suất trong hệ thống

20 Đường ống thủy lực ống thép Dẫn dầu trong hệ thống

Làm mát dầu trước khi về thùng 1

3.1.2 Ngyên lý hoạt động của mạch thủy lực a) Chế độ chờ

Là chế độ khi bơm nguồn đã bật nhưng các cơ cấu trong hệ thống chưa hoạt động

Van phân phối 4/2 luôn ở vị trí thường mở do y4 chưa được cấp nguồn điện (vị trí số 1)

Dầu được bơm lên qua van phân phối, đi qua bộ phận làm mát và bộ lọc trước khi trở về thùng dầu Chế độ hoạt động của cánh tay gắp thùng rác cũng được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

Để điều khiển gắp thùng rác, nhấn nút trên bảng điều khiển sau khi đã xác định vị trí thùng rác Khi đó, van phân phối 4/2 chuyển sang trạng thái thứ hai, chế độ giảm tải cho bơm nguồn sẽ được đóng lại và lưu lượng sẽ được cung cấp cho các cơ cấu tay gắp.

Tay gắp thùng rác hoạt động tự động theo quy trình tuần tự Đầu tiên, xylanh ra vào sẽ đưa cơ cấu tay gắp ra ngoài cho đến khi chạm giới hạn hành trình đã định Sau đó, xylanh gắp thùng rác sẽ thực hiện gắp thùng rác, và khi đã kẹp được, xylanh ra vào sẽ thụt lại đưa tay gắp và thùng rác về vị trí ban đầu Khi về tới cuối hành trình, xylanh nâng cánh tay và thùng rác sẽ hoạt động nhờ cảm biến đặt ở đầu và cuối hành trình của các xylanh Khi xylanh nâng tay cần đạt vị trí cảm biến, xylanh xoay đổ rác sẽ bắt đầu hoạt động, tạo chuyển động quay để đổ rác vào thùng xe chở Xylanh này sẽ giữ trong 3 giây theo thiết lập của bộ điều khiển PLC, sau đó thực hiện hành trình về và hạ tay cần xuống Cuối cùng, xylanh ra vào sẽ đưa thùng đựng rác về vị trí ban đầu và thụt lại, kết thúc quá trình kẹp và đổ rác.

Cơ cấu gắp thùng rác tự động được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC, sử dụng tín hiệu từ người điều khiển và các cảm biến vị trí gắn trên thân mỗi xylanh Chế độ nén rác cũng được tích hợp trong hệ thống này.

Hệ thống nén rác sử dụng cơ cấu với hai xylanh lắp song song, hoạt động đồng bộ Hai xylanh này được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC thông qua tín hiệu từ nút bấm và cảm biến vị trí Khi người điều khiển nhấn nút, hệ thống sẽ thực hiện quá trình nén rác một cách hiệu quả.

Khi nhấn nút "nén rác" trên bảng điều khiển, hai xylanh sẽ được cấp nguồn và bắt đầu hành trình nén rác Khi xylanh đạt đến vị trí cảm biến, chúng sẽ tự động quay trở lại, hoàn tất quá trình nén rác Chế độ này đảm bảo hiệu quả trong việc xử lý rác thải.

Để bắt đầu quá trình đổ rác, cảm biến áp suất P cần gửi tín hiệu khi đạt áp suất đã cài đặt Tín hiệu này sẽ thông báo cho người điều khiển mở nắp thùng rác và thực hiện việc đổ rác thông qua nút bấm trên bảng điều khiển Người dùng nhấn nút mở nắp thùng rác, sau đó khi nắp mở hoàn toàn, nhấn nút đổ rác để nâng thùng rác lên thông qua xy lanh đổ rác Sau khi hoàn tất việc đổ rác, người dùng nhả nút điều khiển, xy lanh sẽ tự động trở về vị trí nhờ tải trọng của thùng xe Cuối cùng, nhấn nút đóng nắp thùng rác để kết thúc quá trình Trong quá trình này, các nút điều khiển cũng sẽ tác động đến van giảm tải cho bơm nguồn, ngăn chặn dầu về bể để cung cấp năng lượng cho các cơ cấu chấp hành.

Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển

3.2.1 Chu trình hoạt động của tay cần

3.2.2 Các phần tử trong mạch điều khiển

STT Tên phần tử Chức năng Số lượng

1 Bộ nguồn điện 24VDC Cung cấp nguồn chính 1

2 Cảm biến vị trí Theo dõi hành trình của xy lanh 10

3 Bộ điều khiển lập trình PLC Điều khiển hệ thống 1

4 Công tắc , nút bấm Cung cấp tín hiệu điều khiển 16

5 Cảm biến áp suất Cung cấp tín hiệu điều khiển 1

6 Bảng điều khiển Lắp ráp các phần tử điều khiển 1

7 Dây điện Đấu nối các phần tử

3.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển a) Chế độ gắp rác tự động của tay cần

Khi xác định vị trí thùng chứa rác, người điều khiển sẽ nhấn nút “gắp rác” trên bảng điều khiển Tín hiệu này được gửi đến PLC để xử lý, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới các cuộn dây (y1 đến y8 và y14) của van phân phối, nhằm điều chỉnh trạng thái van kiểm soát các xy lanh của tay cần Các cảm biến vị trí (A0 đến A7) gắn trên thân các xy lanh giúp PLC xử lý và phát tín hiệu điều khiển, đảm bảo tay gắp rác hoạt động theo đúng chu trình.

Trong chế độ nén rác, người điều khiển sử dụng nút bấm để gửi tín hiệu vào PLC, từ đó PLC xử lý và phát tín hiệu điều khiển đến các cuộn dây (y9, y10 và y14) thông qua các cảm biến vị trí (A8 và A9) Trong chế độ đổ rác, việc điều khiển không qua PLC mà tín hiệu được cấp trực tiếp từ các nút bấm trên bảng điều khiển, bao gồm các chức năng như mở nắp thùng rác, đóng nắp thùng rác và đổ rác Tín hiệu này sẽ đến trực tiếp các cuộn hút của các van phân phối để điều khiển các cơ cấu chấp hành.

Cảm biến áp suất P1 sẽ thông báo cho người điều khiển đi đổ rác khi đạt tới áp suất đã cài đặt ban đầu.

Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực

Tính toán thiết kế xylanh

4.1.1 Tính lực và hành trình a) Xylanh kẹp

Hình 4.1: Sơ đồ phân tích lực xylanh kẹp

Lực tác dụng lên xylanh kẹp mở chủ yếu nhằm tạo ra mô men, giúp di chuyển hai mỏ kẹp và giữ thùng mà không cần lực kẹp lớn.

Hình 4.2: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh kẹp

Tính hành trình của xylanh kẹp với các thông số trên Hình 4.2 Độ dài cánh tay đòn là l 135 mm

Góc quay của cánh tay đòn được xác định bằng cách lấy góc quay lớn nhất trừ đi góc quay nhỏ nhất, cụ thể là: \( \theta = 145^\circ - 76^\circ = 69^\circ \) Hành trình của xy lanh được tính dựa trên chiều dài cánh tay đòn và góc quay của nó, với công thức hành trình là: \( 69 \sin 135 \sin(\theta) = 152.9 \).

H   l     mm ta lấy H 150 mm b) Xylanh lật

Hình 4.3: Sơ đồ biểu diễn lực tác động lên xylanh lật

Lực tác dụng lên xylanh lật (Hình 4.3) là F 2 được tính dựa vào các thông số chiều dài cánh tay dòn điểm đặt lực và trọng lượng của thùng rác

Trong đó: p 1 Trọng lượng của thùng rác m 1 Khối lượng của thùng rác g Gia tốc trọng trường, lấy g 9,81 / m s 2

Từ đó ta tính được F 2

Trong đó: l 1 Chiều dài cánh tay đòn điểm đặt trọng lực P 1 l 2 Chiều dài cánh tay đòn điểm đặt lực F 2

Hình 4.4: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh lật

Tính hành trình xylanh lật H 2 dựa vào các thông số trên Hình 4.4

Ta có: Độ dài cánh tay đòn là: l 184 mm

Hành trình của xylanh là: 2 65,68 sin 184 sin( ) 2 199.56

Hình 4.5: Sơ đồ phân tích lực xylanh nâng hạ

Lực tác dụng lên xylanh nâng hạ (Hình 4.5) làF 3

Trong đó: m 1- Là khối lượng của thùng rác m 2- Là khối lượng của cánh tay m 3- Là khối lượng của cơ cấu gắp

1, ,2 3 l l l - Lần lượt là chiều dài cánh tay đòn củaF F T , CT ,F G

Để tính hành trình cho xylanh nâng hạ H 3, ta dựa vào các thông số từ Hình 4.6 Hành trình của xylanh được xác định bằng cách lấy chiều dài lớn nhất khi xylanh ở vị trí tối đa trừ đi chiều dài xylanh khi ở vị trí tối thiểu là 0.

Hình 4.6: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh nâng hạ

L Là chiều dài của xylanh khi đi hết hành trình

652 l  mm Là chiều dài khi xylanh có hành trình bằng 0 Chọn hành trình của xylanh nâng hạ là H 3 350mm d) Xylanh ra vào

Hình 4.7: Sơ đồ phân tích lực tác động lên xylanh ra vào

Xylanh là bộ phận quan trọng giúp đẩy cánh tay di chuyển ra vào, hỗ trợ quá trình gắp những thùng rác ở khoảng cách xa so với vị trí ban đầu của tay kẹp.

Lực F 4 do xy lanh tạo ra cần phải lớn hơn lực ma sát nghỉ do trọng lượng của cánh tay và thùng rác gây ra, như thể hiện trong Hình 4.7 Để tính toán lực cần thiết từ xy lanh nhằm di chuyển cánh tay, ta cần xem xét khối lượng của các phần và hệ số ma sát tương ứng.

1, 2, 3, 4 m m m m Lần lượt là khối lượng của thùng rác và các phần của cánh tay

Hệ số ma sát tính giữa các phần trượt tương đối với nhau trên cánh tay là  t 0.7

Để đáp ứng yêu cầu gắp thùng rác có khoảng cách từ 0 đến 1200mm so với vị trí ban đầu của tay kẹp, chúng ta chọn hành trình H = 1200mm cho xylanh mở lắp thùng.

Hình 4.8: Sơ đồ phân tích lực tác động lên xylanh mở nắp thùng

Chúng tôi xác định lực F 5 do xylanh tạo ra cần thiết để nắp thùng được giữ vững, dựa vào khối lượng và chiều dài cánh tay đòn từ trọng tâm của thùng đến trục quay (Hình 4.8).

5, m g Lần lượt là khối lượng nắp thùng và gia tốc trọng trường

1, 2 l l Lần lượt là chiều dài cánh tay đòn điểm đặt lực P F 5 , 5

Ta chọn hành trình của xylanh là H 5 600mm f) Xylanh nén rác

Rác thải thường có độ xốp, chiếm nhiều diện tích trong thùng rác Khi chất rác lên xe, thường tập trung ở phần đầu thùng Do đó, việc sử dụng các xylanh để nén rác là cần thiết, giúp đẩy rác về phía cuối thùng và tăng khối lượng rác có thể chứa.

Xe có lực ép rác lớn nhất là 8000kG hệ số nén rác là 2 :1 chiều dài buồng ép rác là 1000mm

Xe sử dụng 2 xylanh ép rác nên ta chọn lực ép F 6 (Hình 4.8) một xylanh cần sinh ra để nén rác là F 6 40000N Hành trình của xylanh là: H 6 1000mm g) Xylanh tầng

Tính lực xylanh tầng Kích thước của thùng xe dài x rộng x cao là: 4m x 2.5m x 2m

Xe có thể tích thùng chứa rác là 20m 3 , tổng khối lượng của thùng xe khi có đầy tải là:

Hình 4.9: Sơ đồ phân tính lực xylanh tầng

Từ sơ đồ phân tích lực Hình 4.9 ta tính được:

Trọng lượng của thùng rác khi đầy tải là:

Lực của xylanh cần tạo ra là:

Trong đó: m Khối lượng của thùng khi đầy rác

A Là độ dài cánh tay đòn của F T

B Là độ dài cánh tay đòn của F XL

Tính hành trình của xylanh

Dựa vào sơ đồ phân tích Hình 4.10, chúng ta có thể xác định hành trình của xylanh thông qua việc tính toán góc nghiêng lớn nhất của thùng xe và khoảng cách từ điểm đặt xylanh đến trục quay của thùng xe.

Hình 4.10: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh tầng

Công thức tính hành trình xylanh tầng (dựa theo công thức tính cho bởi catalog của hãng parker):H  B D

D Là hệ số tỉ lệ với góc nghiêng của thùng xe

B Là khoảng cách từ điểm tâm trục quay thùng xe tới điểm đặt xylanh

Bảng 4.1: Bảng tra hệ số D theo góc nghiêng của thùng

Góc nghiêng ( 0 ) Hệ số D Góc nghiêng( 0 ) Hệ số D

Dựa vào Bảng 4.1 với thùng xe nghiêng một góc 45 o tra bảng ta đượcD0,765

H   B D   mm 4.1.2 Tính toán thiết kế xylanh

Ta có lực tác dụng lên xylanh được tính theo công thức:

F - Lực tác dụng lên cần piston ( N )

P - Áp suất làm việc của hệ thống ( N m / 2 ) được chọn theo dải áp suất làm việc của bơm

Sau khi tính được đường kính piston D ta tra bảng và chọn đường kính cần d theo tiêu chuẩn

Khi xác định đường kính D và d, bước tiếp theo là tính toán độ dày thành xylanh và kiểm tra độ bền của xylanh Để đảm bảo sự bền vững cho cần piston, việc kiểm tra độ bền là rất cần thiết Điều này xuất phát từ các điều kiện bền của xylanh, được tính toán theo công thức cụ thể.

K Tải lớn nhất tính tới hệ số an toàn K   F S

F Tải trọng tác dụng vào đầu cần

S Hệ số an toàn thường lấy S 3,5

E Momen đàn hồi Chọn vật liệu làm cần xylanh là thép E 2,1.10 6 kg cm / 2

J   d cm d Đường kính cần piston (cm)

L Chiều dài phụ thuộc vào phương pháp cố định xylanh và cần piston (cm) Vậy điều kiện bền cần piston là

Lưu lượng của mỗi xylanh được tính theo công thức:

Q - Lưu lượng cần cung cấp tại mỗi xylanh

Vận tốc của xylanh được tính theo công thức:

Với H là hành trình của mỗi xylanh a) Xylanh kẹp

Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 1 5bar Đường kính piston:

Chọn theo bảng chuẩn ta được: D 1 Pmm và d 1 = 28mm

Tính lại áp suất làm việc:

Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:

Do đó cần piston đủ bền

Tính lưu lượng cung cấp cho xylanh kẹp

Lưu lượng cấp cho hành trình kẹp: 0,05m s/

Lưu lượng cấp cho hành trình mở: 0,05m s/

Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 2 20bar Đường kính piston:

Chọn theo bảng chuẩn ta được: D 2 50mm và d 2 36mm

Tính lại áp suất làm việc:

Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:

Do đó cần piston đủ bền

Lưu lượng cung cấp cho xylanh lật

Lưu lượng cấp cho hành trình đẩy ra: 0,1 /m s

Lưu lượng cấp cho hành trình thu vào: 0,1 /m s

Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 3 100bar Đường kính piston:

Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được:D 3 63mm, d 3 45mm

Tính lại áp suất làm việc:

Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:

Do đó cần piston đủ bền

Lưu lượng cung cấp cho xylanh nâng hạ

Lưu lượng cấp cho hành trình nâng: 0,1 /m s

Lưu lượng cấp cho hành trình hạ: 0,1 /m s

Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 4 15bar Đường kính piston:

Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được: D 4 50mm, d 4 36mm Tính lại áp suất làm việc:

Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:

Do đó cần piston đủ bền

Tính lưu lượng cho xylanh ra vào

Lưu lượng cấp cho hành trình ra: 0,2m s/

Lưu lượng cấp cho hành trình vào: 0,2m s/

 1,89.10  4 m 3 / s = 11,34 / l ph e) Xylanh mở lắp thùng

Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 5 10bar Đường kính piston:

- Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được: D 5 50mm, d 5 28mm

- Tính lại áp suất làm việc:

 Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:

Do đó cần piston đủ bền

Tính lưu lượng cho xylanh mở lắp thùng

Lưu lượng cấp cho hành trình ra: 0,2m s/

Lưu lượng cấp cho hành trình vào: 0,2m s/

Ta sử dụng hai xylanh để mở lắp thùng

Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 6 150bar Đường kính piston:

Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được: D 6 63mm, d 6 45mm

Tính lại áp suất làm việc:

Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:

Do đó cần piston đủ bền

Tính lưu lượng cho xylanh nén rác

Lưu lượng cấp cho hành trình ra: 0,2m s/

Lưu lượng cấp cho hành trình vào: 0,2m s/

Lưu lượng cần cung cấp cho hai xylanh ép rác là:

Với xylanh tầng ta tiến hành tính toán lực theo cần piston có đường kính nhỏ nhất

Bảng 4.2: Bảng tra đường kính cần xylanh tầng Đường kính cần( inh )

Các thông số trong Bảng 4.2 được đo bằng đơn vị chiều dài (inch), áp suất (psi) và khối lượng (lbs) Khi tính toán và lựa chọn các thông số cho xylanh, cần chuyển đổi các đơn vị này sang các đơn vị tương ứng là ar, mm và kg.

Ta tính được khối lượng mà xylanh cần nâng lên là 10000 kg 22046 lbs chọn áp suất làm việc của xylanh làP 7 140bar2000psi

Dựa vào thông số khối lượng cần nâng và áp suất làm việc của xylanh, chúng ta có thể xác định đường kính piston nhỏ nhất cho xylanh tầng thông qua bảng 2.

Ta đã tính được hành trình của xylanh là:H 1530mm60,24inh

Dựa vào catalog của hãng Parker ta chọn được xy lanh tầng có kí hiệu:

S Kí hiệu xylanh tầng tác động đơn

5 kí hiệu đường kính lớn nhất của tầng có thể di chuyển được trong xylanh tầng

2 kí hiệu số tầng có thể di chuyển

C kí hiệu loại đầu ắc lắp đặt trên thân và đầu cần xylanh

41 Kí hiệu về biến thể sửa đổi của xylanh

60,24 Kí hiệu hành trình của xylanh Tính lưu lượng của xylanh tầng

Tra theo catalog của hãng parker ta được bảng thông số lưu lượng thay đổi trong mỗi một inh của hành trình xylanh

Bảng 4.3: Bảng tra lưu lượng thay đổi trên một đơn vị hành trình xylanh tầng Đường kính tầng ( inh ) Lưu lượng thay đổi ( gallons )

Thể tích thay đổi khi xylanh đi được 1 inh được tính bằng cánh cộng tổng thể tích thay đổi ở các tầng chia cho số tầng

Thể tích thay đổi trong 1 inch của xylanh là 0,079 gallons Khi xylanh hoàn thành hành trình, thể tích V đạt 4,76 gallons Chuyển đổi từ gallons sang lít, ta có 1 gallon tương đương 3,785 lít, do đó thể tích V là 18 lít.

Thời gian để xylanh đi hết hành trình là 30s ta tính được lưu lượng cần cấp cho xylanh:

Tính chọn đường ống

Công vệc yêu cầu chọn chiều dài các đường ống như sau:

Khi chọn đường ống xả dài 10m, cần đảm bảo tổn thất qua đường ống là tối thiểu và phù hợp với tiêu chí kinh tế Đường ống quá nhỏ sẽ dẫn đến tổn thất lớn, trong khi đường ống quá lớn sẽ giảm tổn thất nhưng chi phí cao Do đó, việc lựa chọn đường ống cần cân nhắc kỹ lưỡng để đạt hiệu quả tối ưu.

Thực tế cho thấy đường ống phụ thuộc vào vận tốc và áp suất Thông thường nên chọn đường ống theo vận tốc sau:

Loại ống vận tốc Ống hút 0.5 1.2 m s / Ống đẩy 2 6 m s / Ống xả 1.2 4 m s / Để tính toán đường ống dây ta chọn vận tốc các đường ống như sau:

- Vận tốc đường ống hút V h 1 /m s

- Vận tốc đường ống đẩy V d 4m s/

- Vận tốc đường ống xả V x 2m s/ Đường kính của đường ống được tính theo công thức sau: d 4Q

Lưu lượng Q là lượng chất lỏng chuyển qua đường ống, trong đó lưu lượng bơm cung cấp cho hệ thống rất quan trọng Mỗi bơm cung cấp lưu lượng cho các xylanh hoạt động tuần tự, do đó lưu lượng yêu cầu của bơm cần phải đáp ứng lưu lượng lớn nhất của xylanh, cộng thêm khoảng 10% để bù đắp cho những tổn thất lưu lượng xảy ra trong quá trình vận hành.

Vậy lưu lượng mà bơm yêu cầu là: m 0.01 m

Do đó ta tính được đường kính của các đường ống như sau:

Tính toán và chọn bơm nguồn

Trên cơ sở tính toán sơ bộ đường ống như trên và dựa vào catalog ta chọn được các đường ống theo tiêu chuẩn như sau:

4.3 Tính toán chọn bơm nguồn

4.3.1 Tính áp suất và lưu lượng của bơm

Lưu lượng yêu cầu của bơm được tính toán là 62 l/ph Áp suất của bơm được xác định bằng tổng áp suất lớn nhất của xylanh và tổn thất áp suất qua mạch Trong bài toán này, chúng ta sẽ tính toán cho xylanh tầng với áp suất làm việc lớn nhất.

Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống bao gồm tổn thất qua đường ống, các van và các phần tử thủy lực Để tính toán tổn thất này, cần xem xét chiều dài của đường ống và số lượng van trong mạch chấp hành.

P 1 Tổn thất áp suất tại van một chiều Chọn P 1 5bar

P 2Tổn thất áp suất tại van phân phối ChọnP 2 3bar

P 3Tổn thất áp suất tại van tiết lưu Chọn P 3 5bar

P 4Tổn thất áp suất qua bộ lọc Chọn P 4 3bar

P 5Tổn thất áp suất qua đường ống gồm tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường

 Là khối lượng riêng của chất lỏng  900 , ,

L v d Là chiều dài, vân tốc, đường kính của đường ống hút, đẩy và đường ống xả

Chiều dài các đoạn đường ống được chọn:

  , Hệ số tổn thất dọc đường và hệ số tổn thất cục bộ, hệ số  phụ thuộc vào hệ số Raynon

Hệ số  phụ thuộc vào độ gấp khúc của khuỷu ống, ta coi khuỷu ống thẳng góc và chọn

 1.2 Trên đường ống ta giả sử có 4 điểm trên ống hút, 4 điểm trên ống đẩy, 4 điểm trên ống xả xảy ra tổn thất cục bộ

Thay số vào ta được:

            Vậy áp suất yêu cầu của bơm là:

Hệ thống thủy lực trên xe tải được vận hành bằng động cơ đốt trong, cụ thể là động cơ Diesel HINO J08E-UG với 6 xilanh thẳng hàng, công suất tối đa 184KW và tốc độ 2500 vòng/phút Để dẫn động bơm, hệ thống truyền động đai được sử dụng, với số vòng quay của bơm cũng được chọn là 2500 vòng/phút, tương ứng với tốc độ của động cơ.

Từ số vòng quay và lưu lượng ta tính lưu lượng riêng của bơm:

Trong đó: q – Lưu lượng riêng của bơm ( cm 3 / rev )

Q – Lưu lượng yêu cầu của hệ thống ( l ph / ) n- Số vòng quay của bơm ( v ph / )

Từ lưu lượng và áp suất tính được ta chọn bơm theo catalog của hãng Rexroth

Ta chọn bơm bánh răng có kí hiệu:

AZ- Kí hiệu tên sản phẩm bánh răng ăn khớp ngoài

P- Kí hiệu chức năng là bơm

N- Series sản phẩm có lưu lượng riêng từ 20 đến36 cm 3 / rev

1- Series có thiết kế vỏ bao 92mm

1- Kí hiệu Version của bơm

025- Lưu lượng riêng của bơm là 25 cm 3 / rev

R- Hướng quay theo chiều kim đồng hồ

C - Đầu trục dẫn động dạng thon

B- Mặt bích phía trước loại loại vuông định tâm 100mm

20- Cổng dẫn dòng vào ra là thẳng góc

M - Phớt làm kín loại NBR

B- Mặt bích phía sau là tiêu chuẩn.

Tính chọn van

Trong sơ đồ hệ thống thủy lực bao gồm 1 van an toàn (Hình 4.11)được lắp trên đường ống đẩy của bơm

Kí hiệu của van an toàn: Áp suất làm việc của hệ thống là: 168bar

Do đó áp suất đặt tại van an toàn được tính bằng áp suất làm việc của hệ thống cộng thêm với 10%

Do đó chọn van an toàn theo thông số P at 179barvà Q 62 / l ph theo catalog của hãng Rexroth ta chọn kiểu van:

DBD- kí hiệu van của van an toàn

S – Điều chỉnh áp suất bằng vít lục giác có nắp bảo vệ

6 – Size 6 kích thước cổng kết nối là G 1 / 4

G – Cổng kết nối bằng ren

200 – Áp suất giới hạn của van

V - Kí hiệu phớt làm kín loại FKM

4.4.2 Tính chọn van phân phối

Van phân phối bao gồm 6 van loại 4/3 điều khiển điện hai đầu với cơ chế hồi vị bằng lò xo, cùng với 1 van 4/2 loại một đầu điều khiển điện và một đầu hồi vị bằng lò xo.

Van 4/2 Áp suất làm việc và lưu lượng qua van: max 140 , 62 /

P  bar Q  l ph Dựa vào áp suất và lưu lượng làm việc ta chọn được van 4/3 theo catalog của hãng Rexroth với loại:

Hình 4.12: Van phân phối 4 cửa 3 vị trí

4 – Số cổng kết nối là 4

E- Dạng con trượt cho van 4 cửa 3 vị trí

6X – Series từ 60 đến 69, kích thước lắp đặt và kết nối cố định

E – Cuộn dây có công suất lớn, có thể tháo rời

G24 – Cuộn dây sử dụng điện áp 24V DC

N9 – Sử dụng thiết bị gạt phụ trợ

V – Phớt làm kín loại FKM

Hình 4.13: Van phân phối 4 cửa 2 vị trí

Y-Dạng con trượt cho van 4 cửa 2 vị trí

6X-Series từ 60 đến 69, kích thước lắp đặt và kết nối cố định

E-Cuộn dây công suất có thể tháo rời

G24-Cuộn dây sử dụng điện áp 24V DC

V-Phớt làm kín loại FKM

4.4.3 Tính chọn van giảm tải

Van giảm tải bao là một van 4/2 (Hình 4.14) một đầu điều khiển bằng điện một đầu hồi vị bằng lò xo

Chọn theo catalog của hang Rexroth loại van: 4WE 6 D6X/EG24N9K4/V

D-Dạng con trượt cho van 4 cửa 2 vị trí

6X-Series từ 60 đến 69, kích thước lắp đặt và kết nối cố định

E-Cuộn dây công suất có thể tháo rời

G24-Cuộn dây sử dụng điện áp 24V DC

V-Phớt làm kín loại FKM

Van một chiều được lắp đặt ở đường ra của bơm, có chức năng ngăn chặn dầu thoát ra khỏi mạch thủy lực trong quá trình tháo gỡ, sửa chữa hoặc bảo dưỡng bơm.

Chọn theo catalog của hãng Rexroth ta chọn loại van: S8A0.0/

S-Kí hiệu van một chiều

8-Size 8 A-Kiểu ren cổng kết nối

0-Chỉ số sửa đổi (được nhập sẵn trong nhà máy)

Van chống (Hình 4.16) rơi được sử dụng là van một chiều có điều khiển

Van chống rơi kí hiệu như hình:

Chọn theo catalog của hãng Rexroth loại van: Z2S 6A-2-6X/V

Hình 4.16: Van một chiều có điều khiển

Z2S- Chỉ kí hiệu van một chiều có điều khiển 6-Size 6

A-Đặt tại vị trí cổng A 2-Áp suất ở là 3 bar 6X-series từ 60 đến 69 V-Phớt làm kín loại FKM

4.4.6 Chọn van điều chỉnh lưu lượng

Van điều chỉnh lưu lượng, hay còn gọi là van tiết lưu, được lắp đặt trong mạch để điều chỉnh lưu lượng cấp vào cơ cấu chấp hành, từ đó thay đổi tốc độ hoạt động của cơ cấu này theo các thông số đã được tính toán Hình 4.17 minh họa một van tiết lưu một chiều, trong khi Hình 4.18 thể hiện một van tiết lưu thông thường.

Giá trị lưu lượng đặt tại các bộ ổn tốc như sau:

- Đối với xylanh nâng hạ:

Hành trình nâng:18,7 / l ph Hành trình hạ:8,15 / l ph

Hành trình ra:11,76 / l ph Hành trình vào:5,67 / l ph

Hành trình ra:5.88 / l ph Hành trình vào:4.04 / l ph

- Đối với xylanh ra vào:

Hành trình ra:23,55 / l ph Hành trình vào:11,34 / l ph

Hành trình ra:23,55 / l ph Hành trình vào:16,2 / l ph

Hành trình nén:28 / l ph Hành trình về:13,8 / l ph

- Xylanh tầng:36 / l ph Theo catalog Rexroth ta chọn được 6 van có kí hiệu:

Hình 4.17: Van tiết lưu một chiều

Z2FS- Van tiết lưu một chiều hai đường

“-“- loại van tiết lưu cả đường A và B 7- Núm quay với vạch chia độ

4X- series phần tử từ 40 đến 49 S2- Tiết lưu đường về

2Q- Loại tiêu chuẩn V- Phớt làm kín loại FKM Theo catalog ta chọn được một van có kí hiệu:

MG- Kí hiệu van tiết lưu 6-Size 6

G-Kiểu ren cổng kết nối 1X-Series từ 10 đến 19

V-Phớt làm kín loại FKM

4.4.7 Chọn bộ chia lưu lượng

Bộ chia lưu lượng được sử dụng để phân chia lưu lượng giữa các đầu ra, thường là chia đều Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, bộ chia có thể điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng đầu ra khác nhau Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng bộ chia lưu lượng đồng đều cho hai đầu ra nhằm đảm bảo đồng bộ tốc độ của hai xylanh.

Hình 4.19: Bộ chia lưu lượng

Dựa vào các thông số đã tính tóan tra catalog hãng Rexroth ta chọn được bộ chia có kí hiệu:

VT dùng cho xylanh mở nắp thùng

VT dùng cho xylanh nén rác

VT có Q max 50 /l ph P max 310bar 1/ 60

VT có Q max 60 /l ph P max 310bar

Tính chọn bộ lọc

Để bảo vệ độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của các thành phần thủy lực trong mạch, việc sử dụng bộ lọc là cần thiết để ngăn chặn sự hư hỏng do cặn bẩn gây ra.

Bộ lọc có thể đặt tại 3 vị trí trong mạch:

Vị trí 1: đặt tại đường hút của bơm, phương pháp này thường được sử dụng nhưng chỉ lọc bụi bẩn có kích thước không lớn hơn 150 m

Vị trí 2 nằm trên đường ống đẩy của bơm, thường được áp dụng trong các hệ thống yêu cầu cao về độ sạch của dầu thủy lực đến các van và cơ cấu chấp hành.

Vị trí 3 được đặt tại đường dầu hồi của hệ thống, nơi có áp suất thấp Phương pháp này thường được các mạch thủy lực ưa chuộng vì giúp tiết kiệm chi phí, chỉ cần sử dụng một bộ lọc đơn giản và giá thành rẻ hơn.

Trong hệ thống thủy lực của bài tập, chúng ta lắp đặt bộ lọc ở đường dầu hồi về Việc chọn bộ lọc được thực hiện dựa trên các thông số quan trọng như lưu lượng và áp suất của dầu khi đi qua bộ lọc.

Theo catalog của hãng Rexroth ta chọn bộ lọc có kí hiệu:

01 – Kí hiệu bộ lọc đường về

02 - Với phần tử lọc theo tiêu chuẩn DIN 24.550

04 – Vật liệu sợi thủy tinh

05 – Chênh lệch áp suất lớn nhất qua các phần tử lọc là30bar

06 - Áp lực chuyển dịch là 2,2bar áp lực mở là 3,5bar

07 – Phớt làm kín loại FKM

Tính toán thiết kế trạm nguồn

Trong hệ thống thủy lực bể dầu đảm nhiệm các chức vụ sau:

- Cấp dầu đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường

- Nạp dầu mới xả dầu cũ của hệ thống

- Bù dò gỉ cho hệ thống

- Loại bọt khí ra khỏi dầu

- Lắng đọng các cặn bẩn bị lẫn vào dầu

- Tỏa nhiệt làm mát cho dầu

- Dùng để lắp đặt các phần tử thủy lực

Hình 4.21: Kết cấu thùng dầu

1-Cửa hút, 2-Cửa xả, 3-cửa xả đáy, 4-lỗ lắp thông hơi, 5-lỗ lắp bộ lọc đường về, 6-Cửa vệ sinh, 7-Vạch thăm dầu

Theo kinh nghiệm để đảm bảo những điều kiện trên thường chọn thể tích dầu như sau:V  (3 5)Q b Trong đó:

Do Q b l ph/ Thể tích cần thiết của thùng dầu là:

Thể tích của bể tính theo các kích thước bể dầu:

Chiều dài của bể dầu: bk a 1 Chiều cao của bể dầu: H k a 2 Chiều cao của mực dầu trong bể: h0,8.H

Với k k 1 , 2 là các hệ số k 1  1 3;k 2  1 2 Vậy chiều rộng của bể dầu:

Chiều cao mức dầu trong bể: h0,8 0.6 0.48m

Khi thiết kế trạm nguồn, thông thường ta lắp đặt động cơ, bơm thủy lực, cụm van điều khiển, bộ lọc và hệ thống làm mát trên bể dầu Tuy nhiên, trong hệ thống thủy lực của xe tải, bơm được dẫn động bằng puli từ động cơ diesel, dẫn đến việc bơm được đặt ở vị trí ngoài thùng dầu Các cụm van, bộ lọc và hệ thống làm mát được bố trí trên mặt thùng dầu, như được thể hiện trong hình.

Thiết kế panel

Để giảm bớt sự phức tạp trong lắp đặt đường ống và giảm thiểu rò rỉ qua đường ống ta sử dụng panel

Panel là một chi tiết dung để ghép nối nhiều phần tử van thay cho các đường ống vì vậy panel phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đáp ứng, cung cấp đầy đủ lưu lượng cho các van làm việc ổn định

- Tổn thất qua panel là nhỏ nhất

- Kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp và gia công khi chế tạo

Theo sơ đồ thủy lực, cần thiết kế ba panel: một panel để lắp van an toàn và van giảm tải, một panel để lắp các van điều khiển cho xylanh nén rác, xylanh tầng và xylanh mở thùng, và một panel để lắp các van điều khiển cho xylanh của cơ cấu tay gắp rác.

Sơ đồ lắp các van trên panel được trình bày tại sơ đồ bên dưới:

- Với panel 1đặt hai van: van an toàn và van giảm tải

- Với panel 2 đặt 3 cụm van

- Với panel 3 đặt 4 cụm van