(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình Thiết Bị Thí Nghiệm Nâng Thủy Lực Phục Vụ Đào Tạo Và Nghiên Cứu Khoa Học.pdf

Lời cảm ơn Lời xin cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Đức Ngọc người đưa ý tưởng hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Xin trân thành cảm ơn Thầy môn Máy xây dựng khoa Cơ khí – Đại học Thủy lợi dạy môn học, cung cấp kiến thức làm sở cho luận văn, có nhận xét, ý kiến giúp tơi hồn thiện luận văn Xin trân thành cảm ơn Khoa Cơ khí – Đại học Thủy lợi Trường Đại học Thủy lợi tổ chức, tạo điều kiện tốt thời gian, giảm khối lượng công việc, hỗ trợ kinh phí giúp tơi hồn thành luận văn tồn chương trình đào tạo Cuối cho phép gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp, gia đình tơi ln động viên giúp đỡ tơi trình học tập làm luận văn Hà nội, ngày 20, tháng 11, năm 2014 Tác giả Bùi Văn Hiệu BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình thiết bị thí nghiệm nâng thủy lực phục vụ đào tạo nghiên cứu khoa học” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, tính tốn khơng chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Học viên Bùi Văn Hiệu MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 Chương TỔNG QUAN 1.1 Tìm hiểu số mạch thủy lực chương trình đào tạo 1.1.1 Hệ thủy lực thống nâng thùng xe 1.1.2 Hệ thống lái thủy lực xe tải hạng nặng 1.1.3 Hệ thống thủy lực nâng hạ cửa van môn thiết bị thủy công 1.2 Hệ thống thủy lực máy đào môn Máy làm đất 10 1.3 Tìm hiểu cách xây dựng mơ hình thiết bị thí nghiệm nâng thủy lực 14 1.3.1 Mục tiêu .14 1.3.2 Cách xây dựng sơ đồ bố trí 15 1.3.3 Hệ thống thủy lực mơ hình 16 Chương NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH .19 2.1 Thiết kế mạch thủy lực 19 2.1.1 Yêu cầu thiết kế 19 2.1.2 Xác định lực tính toán .19 2.1.3 Xây dựng mạch 30 2.1.4 Xác định thông số yêu cầu hệ thống 35 2.1.5 Tính chọn trạm nguồn hệ thống 36 2.1.6 Lựa chọn ống dẫn 38 2.1.7 Dầu thủy lực 39 2.2 Phân tích mạch 40 2.3 Động lực học mơ hình 44 2.4 Kết luận chương 50 Chương MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 51 3.1 Giới thiệu phần mềm 51 3.1.1 Giao diện Automation Studio 53 3.1.2 Giao diện thư viện 54 3.1.3 Mô mạch thủy lực kết nối với PLC .55 3.2 Mô mạch 56 3.2.1 Mô bơm .56 3.2.2 Mô van .57 3.2.3 Mô xi lanh 59 3.2.4 Mô phần tử khác 60 3.3 Kết mô mạch 62 3.3.1 Hành trình nâng 63 3.3.2 Hành trình hạ .64 3.3.3 Vị trí giữ 65 3.3.4 Xuất phân tích kết 66 Chương XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 71 4.1 Một số thiết bị cảm biến cần sử dụng 71 4.1.1 Cảm biến áp suất .71 4.1.2 Cảm biến tải trọng .71 4.1.3 Cảm biến góc .72 4.1.4 Cảm biến vị trí 73 4.2 Xây dựng thí nghiệm, thực hành mơ hình nâng hạ ca-bin .74 4.2.1 Mục đích thí nghiệm 75 4.2.2 Kiến thức sử dụng (cơng thức tính tốn) 75 4.2.3 Trình tự thực 77 4.2.4 Xử lý số liệu tính tốn 77 4.2.5 Nhận xét, kết luận 78 4.3 Xây dựng thí nghiệm cơng tác máy đào .78 4.3.1 Mục đích thí nghiệm 79 4.3.2 Trình tự thực 80 4.3.3 Kiến thức sử dụng (cơng thức tính tốn) 80 4.4 Xây dựng thí nghiệm nâng hạ cửa van 80 4.4.1 Mục đích thí nghiệm 81 4.4.2 Trình tự thực 81 4.4.3 Kiến thức sử dụng (cơng thức tính tốn) 81 4.4.4 Xử lý số liệu tính toán 81 4.4.5 Nhận xét, kết luận 81 Phụ lục DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ thống nâng thùng xe tải CAT 797 Hình 1.2 Hệ thống nâng thùng xe tải CAT 797 Hình 1.3 Các chế độ làm việc hệ thống nâng Hình 1.4 Sơ đồ thống lái thủy lực CAT 797 Hình 1.5 Hệ thống lái nhìn từ 797F Hình 1.6 Sơ đồ thủy lực cho cửa cung đóng tự trọng .8 Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống thủy lực máy đào 374DL 10 Hình 1.8 Mơ hình máy nhổ thủy lực 14 Hình 1.9 Sơ đồ bố trí tổng thể thiết bị cơng tác 15 Hình 1.10 Bố trí thiết bị mơ hình thí nghiệm 16 Hình 1.11 Sơ đồ xi lanh thủy lực tác động kép 16 Hình 1.12 Khối van với đường vào đường độc lập .17 Hình 1.13 Trạm nguần thủy lực .18 Hình 2.1 Ca-bin xe tải 20 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn hệ thống nâng ca-bin 20 Hình 2.3 Phân tích lực nâng ca-bin 21 Hình 2.4 Xác định góc β 22 Hình 2.5 Xác định góc γ 23 Hình 2.6 Xác định M(F Y ), M(F Z ) 24 Hình 2.7 Xác định M(G) 25 Hình 2.8 Biểu đồ thơng số ca-bin theo góc nâng α 29 Hình 2.9 Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ ca-bin 30 Hình 2.10 Xác định hành trình xi lanh .32 Hình 2.11 Xi lanh thủy lực .34 Hình 2.12 Kích thước trạm nguồn 37 Hình 2.13 Biểu đồ mô men lực tác dụng lên ca-bin 47 Hình 3.1 Giới thiệu phần mềm Automation Studio 52 Hình 3.2 Trình tự cơng việc .53 Hình 3.3 Giao diện Automation Studio 53 Hình 3.4 Giao diện thư viện .55 Hình 3.5 Sơ đồ điều khiển 55 Hình 3.6 Mơ bơm Automation Studio 56 Hình 3.7 Các thơng số bơm .57 Hình 3.8 Mô van áp suất Automation Studio 57 Hình 3.9 Mơ van phân phối Automation Studio 58 Hình 3.10 Mô van tiết lưu Automation Studio 58 Hình 3.11 Mơ van lựa chọn van chiều 59 Hình 3.12 Mơ xi lanh Automation Studio 59 Hình 3.13 Thơng số xi lanh mô 60 Hình 3.14 Thơng số đường ống .61 Hình 3.15 Mô lọc, thùng dầu Automation Studio 61 Hình 3.16 Mơ mạch Automation Studio .63 Hình 3.17 Mơ hành trình nâng 64 Hình 3.18 Mơ hành trình hạ 65 Hình 3.19 Mơ hành trình giữ .66 Hình 3.20 Biểu đồ gia tốc, vận tốc, vị trí xi lanh .66 Hình 3.21 Biểu đồ áp suất đầu ra, đầu vào van đối trọng 68 Hình 3.22 Đồ thị van an toàn thời điểm bắt đầu thời điểm mở van .69 Hình 3.23 Đồ thị áp suất bơm 70 Hình 4.1 Cảm biến áp suất MBS 2050 71 Hình 4.2 Cảm biến tải trọng U9B 72 Hình 4.3 Cảm biến góc 73 Hình 4.4 Cảm biến độ dài 73 Hình 4.5 Sơ đồ điều khiển mơ hình 74 Hình 4.6 Sơ đồ bố trí cảm biến mơ hình 74 Hình 4.7 Mô hoạt động máy làm đất ảo Automation Studio 6.0 79 Hình 4.8 Sơ đồ bố trí cảm biến máy dùng để thí nghiệm, thực hành .79 Hình 4.9 Sơ đồ bố trí cảm biến mơ hình thí nghiệm cửa van lật 80 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Kích thước ca-bin .26 Bảng 2.2 Biến thiên thông số ca-bin theo góc nâng 27 Bảng 2.3 Xác định đường kính xi lanh 32 Bảng 2.4 Xác định hành trình xi lanh 33 Bảng 2.5 Thông số xi lanh 33 Bảng 2.6 Thơng số hình học píttơng 34 Bảng 2.7 Các thơng số khác píttơng 34 Bảng 2.8 Xác định hành lưu lượng hành trình nâng 35 Bảng 2.9 Xác định hành lưu lượng hành trình nâng 36 Bảng 2.10 Lưu lượng cần cung cấp bơm 36 Bảng 2.11 Thông số trạm nguồn 37 Bảng 2.12 Thông số động 38 Bảng 2.13 Lưu lượng bơm theo m3/phút m3/s 38 Bảng 2.14 Các thông số dầu thủy lực 39 Bảng 2.15 Tổn thất ma sát ống 42 Bảng 2.16 Tổn thất ma sát ống nối 43 Bảng 2.17 Tổn thất ma sát van 43 Bảng 2.18 Tổng tổn thất ma sát 43 Bảng 2.19 Thông số xi lanh khớp lề .46 Bảng 2.20 Thông số ca-bin 46 Bảng 2.21 Biểu đồ vận tốc góc ca-bin .50 DANH MỤC VIẾT TẮT ECM (Electronic Control Module): hệ thống kiểm soát điện tử PTO (Power Take Off): phận trích cơng suất PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị điều khiển lập trình MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, loại máy móc thiết bị ngày đóng vai trị quan trọng với người tất lĩnh vực Để có thiết bị máy hoạt động an tồn hiệu ngồi tính tốn lý thuyết khơng thể thiếu phải trải qua q trình thí nghiệm Thí nghiệm kiểm tra lại lý thuyết, kiểm chứng vấn đề lý thuyết chưa giải được, nơi cải tiến, hoàn thiện, phát minh, phát vấn đề tượng làm sở để xây dựng học thuyết Trong đào tạo, mục đích trên, phịng thí nghiệm cịn nơi hỗ trợ đắc lực cho trình đào tạo, phát huy khả tự học, tìm tịi sáng tạo sinh viên Các thiết bị thí nghiệm phục vụ đào tạo thiết bị mang tính đặc thù, xây dựng thí nghiệm phụ thuộc vào nội dung nghiên cứu, u cầu mơn học Vì tính đặc thù đơn lẻ dẫn đến chi phí cao khó khăn mua thí nghiệm phù hợp Thiết bị thủy lực nói chung thiết bị nâng hạ thủy lực nói riêng ngày ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực: công nghiệp, máy móc phục vụ xây dựng, xe vận chuyển, thiết bị nâng hạ thủy lực phục vụ thủy lợi… Thiết bị nâng hạ thủy lực với ưu điểm khả biến đổi chuyển động, khuếch đại lực, dễ tự động hóa điều khiển dần thay thiết bị khí đơn Xuất phát từ yêu cầu thực tế, đòi hỏi sinh viên ngành Cơ khí cần trang bị kiến thức đầy đủ toàn diện thiết bị nâng thủy lực Trong năm gần môn học cung cấp kiến thức thiết bị thủy lực đào tạo phổ biến trường đại học Tuy nhiên phần lớn môn học tập trung nâng cao kiến thức lý thuyết, lượng kiến thức thực hành thực tập, thí nghiệm cho sinh viên Do sinh viên trường nhiều bỡ ngỡ hạn chế phân tích, tính tốn, thiết kế, sửa chữa mạch thủy lực, thiết bị thủy lực Điều tạo nên khoảng cách định đào tạo thực tế