Trang 7 5 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Q Lưu lượng dầu thủy lực qua ống dẫn thủy lực m3/s υ Vận tốc dòng chảy trong ống m/s l Chiều dài đường ống m d Đường kín
TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG THỦY LỰC
Tìm hiểu về các loại đường ống thủy lực
Ống dẫn thủy lực giữ vai trò liên kết các phần tử của Hệ truyền dẫn thủy lực Ống dẫn thủy lực cần đảm bảo những yêu cầusau:
- Đảm bảo độ bền cần thiết
- Đảm bảo tổn thất áp suất thấp nhất
- Đảm bảo không rò rỉ
- Đảm bảo không chứa, hoặc tạo bong bóng khí Ống dẫn thủy lực (ODTL) phân thànhODTL mềm và ODTL cứng dựa trên cấu tạo của ống dẫn
Ống dẫn cứng được chế tạo từ các vật liệu như thép, đồng, nhôm và hợp kim nhôm Ống dẫn thép thích hợp cho những ứng dụng cần chịu áp suất lớn dưới 320 at Trong khi đó, ống dẫn hợp kim nhôm được sử dụng cho áp suất dưới 150 at Ống dẫn đồng thường được sử dụng trong các mối nối và cho các ứng dụng cần áp suất dưới 50 at, nhờ vào tính gọn nhẹ và khả năng làm đường ống thoát hiệu quả.
* Ống dẫn mềm: có 2 dạng ống dẫn mềm - ống dẫn mềm cao su và ống dẫn mềm kim loại
Cấu tạo chung của ống dẫn mềm gồm 3 lớp như sau:
Lớp trong cùng tiếp xúc trực tiếp với dầu thủy lực VG 32, 46, 68, vì vậy yêu cầu đầu tiên là khả năng kháng dầu và chịu lực Loại vật liệu thường được lựa chọn cho lớp này là cao su cao cấp.
Hình 1.2 – Ố ng th y l c cao su mềm ủ ự
Lớp giữa, hay còn gọi là lớp bố thép, đóng vai trò quan trọng trong việc chịu áp suất cho ống dẫn dầu thủy lực Số lượng lớp bố thép phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất, có thể nhiều hoặc ít Nếu có nhiều lớp bố thép, mỗi lớp sẽ được ngăn cách bởi một màng cao su mỏng, giúp tăng cường khả năng chịu lực ép khi dầu bị nén.
Lớp bên ngoài của sản phẩm được làm bằng cao su, có nhiệm vụ chống oxy hóa từ môi trường Lớp này giúp phân tách môi trường bên trong và bên ngoài, đồng thời mang lại sự linh hoạt nhờ vào tính mềm mại của nó.
Ống dầu thủy lực 1 lớp bố là loại ống có độ chịu lực áp thấp nhất, nhưng lại nổi bật với tính mềm mại Loại ống này rất phù hợp cho việc vận chuyển dầu trong các hệ thống có công suất thấp, độ dài lớn và có độ quanh co trong máy.
Hình 1.3 ng th y l– Ố ủ ực một lớp bố
Thông số chung của chúng:
- Kết cấu: 1 lớp thép tăng cường
- Áp suất: 35 bar > 225 bar (tùy cỡ ống)-
Loại ống dẫn dầu thủy lực 2 lớp bố
Dòng tầm chung có khả năng chịu áp lực lớn khi dầu bị ép, đồng thời vẫn duy trì tính linh hoạt và độ bền cao để dễ dàng luồn lách trong các khe hẹp của hệ thống thủy lực Ngoài ra, sản phẩm này còn có khả năng chịu tải và chống oxy hóa tốt.
Hình 1.4 – Ống thủy lực 2 lớp bố
- Kết cấu: 2 lớp thép tăng cường
- Áp suất: 80 bar > 415 bar (tùy cỡ ống)- Ống dầu thủy lực 4 lớp bố
Hình 1.5 – Ống thủy lực 4 lớp bố
- Kết cấu: 4 lớp thép tăng cường
- Áp suất: 250 bar > 425 bar (tùy cỡ ống) - Ống dẫn mềm cao su Được sản xuất từ cao su tự nhiên và cao su nhân tạo :
Ống dẫn mềm cao su bao gồm một ống cao su đàn hồi bên trong và được bảo vệ bằng vỏ bọc ngoài hoặc khung sợi trong thành ống Chúng được sử dụng để kết nối hai phần tử có thể di chuyển tương đối với nhau, giúp giảm xung động áp suất trong hệ thủy lực nhờ tính đàn hồi Tuy nhiên, ống dẫn cao su cũng có nhược điểm như co giãn khi thay đổi áp suất, làm giảm độ cứng của hệ thống và có tuổi thọ ngắn, chỉ từ 1,5 đến 3 năm.
Hình 1.6 Hai– dạng cấu trúc ống mềm cao su với các thành phần
1- lớp cao su trong cùng, 2 lớp kim loại mỏng, 3 lớp cao su ở giữa, 4 lớp cao su - - - vỏ Ống dẫn mềm kim loại phía trong là một ống dẫn có nhiều nếp gấp, ống : dẫn dạng này được chế tạo từ đồng hoặc thép lá; phía ngoài được bọc một lớp vỏ bền Giữa các vòng xoắn của ống được bịt kín để tránh rò rỉ (cấu tạo hình dưới) Vật liệu bịt kín có thể là giấy chuyên dụng hoặc sợi atbet Với vật liệu bịt kín là giấy, ống dẫn có thể chịu được chất lỏng nóng tới 110 0 C, còn với sợi atbet – 300 0 C Ống dẫn mềm kim loại được sử dụng khi mà hệ thủy lực sử dụng chất lỏng làm việc có tính xâm thực và ăn mòn mạnh.
Hình 1.7 – Hai dạng cấu trúc ống mềm kim loại với các thành phần
1 - biên dạng miếng kim loại lá, 2 vật liệu bịt kín, 3 – vỏ ngoài.-
Các thông số đường ống
Đường kính trong của ống dẫn được xác định bằng công thức d = Q / υ, trong đó Q là lưu lượng chất lỏng chảy qua ống (m³/s), υ là vận tốc dòng chảy trong ống (m/s), và d là đường kính trong của ống dẫn (m).
Để tính toán đường kính trong d, cần xác định hai giá trị là Q và υ Lưu lượng Q phụ thuộc vào cơ cấu làm việc, trong khi vận tốc υ lại liên quan đến áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn.
Các giá trị vận tốc υ khuyên dùng khi tính toán dựa trên bảng sau:
Chức năng của ống dẫn Ống hút Ống xả Ống nén
Bảng 1.1 – Chức năng của ống dẫn dầu Tổn thấtáp suất trên đoạn ống dẫn
Tổn thất do trở lực ma sát theo chiều dài ống xác định theo công thức:
Trong đó: ρ– khối lượng riêng của chất lỏng làm việc, kg/m 3 ; λ –hệ số ma sát ; l – chiều dài ống dẫn, m.
Xác định λ – hệ số ma sát theo bảng sau:
Hệ số Reynolds được xác định dựa trên độ nhám tương đương bề mặt trong ống dẫn, với các giá trị cụ thể là Δ=0,05mm cho ống thép, Δ=0,02mm cho ống đồng, Δ=0,06mm cho ống nhôm và Δ=0,03mm cho ống mềm cao su Hệ số ma sát được tính toán theo công thức tương ứng.
Tổn thất do trở lực cục bộ được tính theo công thức Weisbach: Ở đó ξ – hệ số trở lực cục bộ.
Giá trị ξ phụ thuộc vào dạng trở lực cục bộ
Một vài dạng trở lực cục bộ phổ biến:
-Tại đoạn ống gập 1 góc 90 o : ξ = 1,5…2,0
-Tại đoạn ống 3 nhánh tạo thành từ 1 đường ống vuông góc với đường ống chính : ξ=0,9…2.5
-Tại đoạn ống có mối nối nối tiếp: ξ=0,1…0,15.
-Tại mối nối ra khỏi thùng chứa: ξ=0,5 ; và mối nối vào thùng chứa: ξ=1.
Ngoài ra còn phải kể tới tổn thất áp suất tại các thiết bị thủy lựcΔp tb trong mạch như: các loại van thủy lực, bộ lọc dầu, …
Như vậy tổng tổn thất áp suất Δp= Δp ms + Δp cb + Δp tb
Để xác định độ dày thành ống dẫn, cần đảm bảo độ bền trong quá trình hoạt động của ống Độ dày thành ống được tính toán dựa trên công thức liên quan đến áp suất tĩnh lớn nhất (p max) và ứng suất tới hạn của vật liệu làm ống (σ v).
Một số yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của Ống dẫn thủy lực
- Áp Suất quá lớn, xoắn nó, bị kẹt, ,bị mài mòn có thể làm giảm tuổi thọ của ống
- Nhiệt độ hoạt động quá thấp hoặc quá cao sẽ làm vỡ ống khi đột ngột tăng mạnh hoặc giảm áp suất bên trong
- Sử dụng kích thước sai loại hoặc trọng lượng của ống cũng có thể phá vỡ ống.
Ống dẫn cần được thay thế kịp thời trước khi xảy ra hỏng hóc, đặc biệt đối với máy móc thiết bị thủy lực hạng nặng, hệ thống phanh và các thiết bị thủy lực an toàn quan trọng.
Các ống có thể bị sưng, nứt, vỡ hoặc hình thành bong bóng khi bị mòn mà không có dấu hiệu rõ ràng Để đảm bảo an toàn và tránh tai nạn, hãy thay thế ống thường xuyên theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
Các tiêu chí chọn ống dẫn thủy lực
Đường ống thủy lực được chọn theo nhiều tiêu chí trong đó 2 tiêu chí cơ bản là áp suất và lưu lượng
Áp suất nổ tối thiểu và áp suất làm việc danh nghĩa là hai yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống thủy lực Áp suất nổ tối thiểu được xác định qua thí nghiệm phá hủy ống, cho biết mức áp suất tối thiểu có thể gây ra nổ ống thủy lực Thông số này đóng vai trò là tiêu chí an toàn, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.
Thông số “áp suất nổ tối thiểu” có liên quan chặt chẽ với thông số “áp suất làm việc danh nghĩa” được ghi trong các catalog ống.
Tiêu chuẩn SAE quy định “áp suất làm việc danh nghĩa” của ống thủy lực chỉđược phộp bằng ẳ “ỏp suất nổ tối thiểu”
Áp suất làm việc trong hệ thống thủy lực thường được hiểu là áp suất do bơm tạo ra Tuy nhiên, nhiều người vì lý do an toàn đã yêu cầu áp suất làm việc cao hơn 30% - 50% so với áp suất thực tế, dẫn đến lãng phí chi phí khi nhà cung cấp phải cung cấp ống thủy lực với áp suất làm việc danh nghĩa cao hơn cần thiết Để đảm bảo an toàn, các nhà sản xuất ống thủy lực đã ghi rõ giá trị áp suất làm việc danh nghĩa tương ứng với áp suất nổ tối thiểu.
Khảnăng chịu xung thủy lực
Hệ thống ống thủy lực thường xuyên phải đối mặt với các xung thủy lực, tạo ra điều kiện khắc nghiệt Những xung lực này là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng, tương tự như hiện tượng mỏi kim loại.
Khả năng chịu xung thủy lực thông là số quy định cấp chịu tải nặng hoặc nhẹ của ống thủy lực
SAE quy định ống chịu tải nhẹ (tương ứng với tiêu chuẩn SEA 100 R1, SEA
Ống 100 R2, với 2 lớp bố thép, cần chịu được 1.500.000 chu kỳ xung lực trước khi xuất hiện dấu hiệu hư hại đầu tiên Đối với ống chịu tải nặng, tiêu chuẩn tương ứng là SEA 100 R12 và SEA R13.
- ống 4,6 lớp bố thép) thông này 500.000 số là chukỳ xung lực.
Khả năng hịu c xung thủy lực được xác định nhưsau
Tạo xung thủy lực đạt giá trị 133% so với áp suất làm việc danh nghĩa, giúp xác định số lượng xung mà ống có thể chịu đựng trước khi xuất hiện dấu hiệu hư hỏng đầu tiên.
Do kết cấu củacáclớp bố thép,mỗi loại ống thủy lực chỉ có thể chịu uốn ở 1 mức độ nhất định
Tiêu chuẩn SAE quy định khả năng chịu uốn tối đa của mỗi ống thông qua bán kính uốn tối thiểu Ống có khả năng chịu uốn cao sẽ có tuổi thọ làm việc lâu dài hơn.
Khả năng chịu mài mòn của lớp cao su bảo vệ bề mặt ống là một yếu tố quan trọng, vì nó phải đối mặt với sự cọ xát từ các kết cấu kim loại hoặc mặt sàn trong quá trình hoạt động Để đảm bảo hiệu suất, lớp cao su này cần tuân thủ các quy định về khả năng chịu mài mòn theo tiêu chuẩn SAE.
Dầu thủy lực có thể bắt cháy Chính vì vậy, các ống cao su thủy lực phải có khả năng chống bắt cháy
Các ống thủy lực đều được sản xuất bằng hỗn hợpcao su không bắt cháy
Tuổi thọ của liên kết ống– đầu nối thủy lực.
Rất nhiều cụm thủy lực bị hư hỏng tại khu vực liênkết ống – đầu ối: rò n rỉ, bật tuột…
- Kết cấu ống và đầu nối không phù hợp
- Kỹ thuật bóp ốngsai: quá chặt hoặc quá lỏng
Mỗi hãng sản xuất ống thủy lực đều có quy định riêng biệt trong ngành này Bên cạnh đó, các loại đầu nối cũng cần được thử nghiệm và kiểm tra khả năng chịu áp lực nổ cũng như sức bền của mối liên kết ống.
Mối liên kết trong hệ thống ống thủy lực cần phải chịu được xung thủy lực tương tự như ống thủy lực Việc lắp đặt đầu nối của một hãng với ống của hãng khác không chỉ không tận dụng tối đa tính đa năng kỹ thuật của từng chi tiết mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của mối liên kết.
Cách đơn giản nhất để lựa chọn ống thủy lực cần, nh ớ chính xác cụm từ đi theo sau.
• M = Material be conveyed: to Vật liệu để vận chuyển lưu chất
• E = Ends or couplings: Đầu cuối ống hoặc khớp nối
• D = Delivery (Volume and Velocity): Vận chuyển lưu chất (Thể tích và tốc độ lưu chất)
1 Hose size (Das number) Đường kính trong của ống phải đủ để đảm bảo giảm tổn thất áp suất ở mức tối thiểu và tránh làm hư hại ống do sinh nhiệt hoặc sự rung động của ống Để xác định kích thước ống thay thế, đọc chỉ số được trên in ống Nếu ống nguyên bản đượ sơn phủc lênhoặc bị mòn thìtiến hành đo đường kính bên trong ống Trước khi cắtống bóp đầu, phải đo chiều dài toàn bộ ống và đầu nốisao cho phù hợp
Chỉ số Dash được ngành thủy lực áp dụng để xác định kích thước đường ống và đầu nối Số đứng trước ống hoặc khớp nối thể hiện kích thước cụ thể theo tiêu chuẩn Dash.
Khi chọn ống thay thế, cần lưu ý hai yếu tố quan trọng: nhiệt độ của lưu chất và nhiệt độ môi trường xung quanh Ống thủy lực phải đảm bảo khả năng chịu đựng nhiệt độ tối thiểu và tối đa của cả môi trường làm việc và lưu chất.
Hướng dẫn lựa chọn ống thủy lực Gates bao gồm thông số kỹ thuật chi tiết và giản đồ giới hạn nhiệt độ cho các loại ống thủy lực Các thông tin này cũng đề cập đến khoảng nhiệt độ và giới hạn cho nước, nước/dung môi, và nước/glycol, giúp người dùng chọn lựa sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Để xác định nơi và cách thay thế ống thủy lực, các kỹ thuật viên cần kiểm tra các điều kiện đi kèm dựa trên những kinh nghiệm được liệt kê dưới đây.
- Ống sử dụng tại vị trí nào
- Chất lỏng và nhiệt độ môi trường xung quanh
- Khả năng tương thích của chất lỏng
- Ápsuất làm việc và ápsuất dao động
- Khớp nối cố định hay khớp nối thay thế thường xuyên
- Ống cóđáp ứng được tiêuchuẩn công nghiệp và tiêuchuẩn quốc gia
- Ống khi chịu tải cơ học bình có thường không
- Bán kính uốn tối thiểu
- Yêucầu ống không dẫn điện
Khi sử dụng ống để vận chuyển hóa chất và dầu, cần lựa chọn ống thủy lực phù hợp với yêu cầu về kích thước, khớp nối, vỏ ống và Oring làm kín Đối với các ngành khí cơ như ngành lạnh và LPG, việc kiểm tra và lựa chọn ống cũng rất quan trọng Tất cả các khớp nối có Oring bằng Nitrile cần phải tương thích với lưu chất được sử dụng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận chuyển.
NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐƯỜNG ỐNG THỦY LỰC
Mô hình hóa các thiết bị thủy lực
Trong kỹ thuật thủy lực, các thiết bị có thể được mô hình hóa thông qua sơ đồ mạch thủy lực tương đương, bao gồm các phần tử như thủy trở kháng, thủy cảm kháng và thủy dung kháng được kết nối với nhau.
Thủy trở kháng là đại lượng vật lý phản ánh mức độ cản trở chuyển động của cột chất lỏng, bao gồm cả chảy tầng và chảy rối Đối với một phần tử truyền động, khi thủy trở kháng tăng, tổn thất áp suất cũng tăng theo khi lưu lượng giữ nguyên Đặc biệt, trong trường hợp chảy tầng, thủy trở kháng tỷ lệ nghịch với lưu lượng dòng chất lỏng.
hay chính xác hơn: R t dQ v p d( )
Thủy trở kháng R t của phần tử truyền động liên quan đến độ chênh áp suất Δp giữa hai đầu phần tử, trong khi lưu lượng Q v thể hiện lượng chất lỏng chảy qua phần tử đó.
Khi chất lỏng chảy qua phần tử truyền động, thủy trở kháng của phần tử này tỷ lệ nghịch với bình phương lưu lượng chất lỏng.
Thứ nguyên của thủy trở kháng là [Nm 5 s] hay [kgm 4 s -1 ]
Giá trị thủy trở kháng của của đoạn đường ống tròn đường , độ dài đối với dòng d l chất lỏng chảy tầng là R t = 128 4 d vl
và đối với dòng chất lỏng chảy rối là:
Trong đó, là khối lượng riêng của chấy lỏng, là hệ số ma sát, ᵛ là ρ λ độ nhớt động học
Với đường ống tròn có chiều dài 2 m, đường kính 16 mm, độ nhớt chất lỏng xấp xỉ bằng 40 (mm 2 /s, khối lượng riêng chất lỏng 890 kg/m 3 , giả thiết chất lỏng
27 chạy tầng trong đường ống , từ đó xác định được giá trị thủy trở: ) R = 44,29.10 6 [kgm 4 s -1 ]
Phần tử thủy trở, giống như phần tử điện trở trong kỹ thuật điện, là thiết bị làm giảm lưu lượng chất lỏng, chuyển hóa năng lượng của dòng chất lỏng thành nhiệt năng.
Phần tử thủy cảm kháng, tương tự như cuộn cảm trong kỹ thuật điện, thể hiện sự cản trở gia tốc của cột chất lỏng và các khối lượng vật rắn chuyển động như pít tông và rô-to Thủy cảm kháng phát sinh do quán tính của cột chất lỏng và các vật rắn Đối với xy lanh thủy lực, để gia tốc cột chất lỏng trong ống có tiết diện, lực cần thiết được tính bằng công thức F = ΔpS = ma, trong đó Δp là độ chênh áp giữa hai đầu cột chất lỏng.
Từ biểu thức đó, có thể rút ra: Δp dt dQ S m v
S m và gọi là thủy cảm kháng của cột chất lỏng đó
Có thể diễn giải chi tiết hơn:
Công thức này cũng sử dụng để xác định thủy cảm kháng của đường ống
Với đường ống tròn có chiều dài 2 m, đường kính 16 mm, khối lượng riêng chất lỏng 890 kg/m 3 , từ đó xác định được giá trị thủy cảm kháng: L = 8,86 [kgm -4 ]
1 dt dp (2.5) Đối với cột chất lỏng có thể tích , chất lỏng có V module đàn hồi K:
Khi kể đến sự đàn hồi của đường ống, có thể đưa thêm hệ số hiệu chỉnh vào module đàn hồi của chất lỏng: K s = ξ 2 K (2.8)
Với ống tròn thành mỏng: ξ = s E d
Trong đó K module là đàn hồi của chất lỏng, d là đường kính ống, s là độ dày thành ống và E module là đàn hồi của vật liệu đường ống
Với đường ống tròn dài 2 m và đường kính 16 mm, có chiều dày ống là 2 mm, chúng ta tính được giá trị thủy trở C là 266,43 [N -1 m 5] Đường ống này có module đàn hồi chất lỏng là 1,6 x 10^9 Pa và module đàn hồi của vật liệu làm đường ống là 2,1 x 10^11 Pa.
Phần tử thủy dung kháng tương tự như phần tử tụ điện trong kỹ thuật điện.
Mô hình hóa các đường ống thủy lực
Các đường ống thủy lực có thể được mô hình hóa bằng các mạch thủy lực tương đương theo các kiểu L, T hoặc π Đặc tính của đường ống phụ thuộc vào chiều dài và bước sóng áp suất truyền trong ống Nếu chiều dài đường ống không vượt quá 1/4 chiều dài bước sóng áp suất, đường ống có thể được coi là ngắn và mô tả tập trung.
Khi đường ống dẫn dài hơn 1/4 chiều dài bước sóng, cần sử dụng mô hình phân tán để mô tả áp suất truyền đi, theo phương trình truyền sóng [Noskievic, 1995] Bước sóng áp suất trong ống được tính bằng công thức λ = a/f, trong đó a là vận tốc âm thanh trong chất lỏng (khoảng 1200 m/s) và f là tần số sóng áp suất Ví dụ, với tần số 100 Hz, bước sóng là 12 m, do đó ống dài 3 m được coi là ngắn Tương tự, với tần số 50 Hz, ống dài 6 m cũng được xem là ngắn và mô tả bằng mô hình tập trung.
Trong thực tế, phần lớn đường ống thủy lực trên các xe máy chuyên dụng đều có thể coi là đường ống ngắn
Các mô hình đường ống:
Trên một đoạn đường ống thủy lực, các thành phần như thủy trở kháng (R), thủy cảm kháng (L) và thủy dung kháng (C) đóng vai trò quan trọng Tùy thuộc vào cách bố trí và ghép nối các thành phần này, có ba mô hình khác nhau cho đoạn đường ống dẫn.
Hình 2.2 - Mô hình đoạn đường ống dẫn ngắn kiểu L
Hình 2.3 - Mô hình đoạn đường ống dẫn ngắn kiểu T đố ứi x ng
Hình 2.4 - Mô hình đoạn đường ống dẫn ngắn kiểu π
Mô phỏng hoạt động của một nhánh thủy lực
Trong hệ thống thủy lực của cơ cấu dẫn động, bài viết tập trung vào việc khảo sát tổn thất áp suất trong các thành phần như bơm, ống dẫn thủy lực và xy lanh thủy lực Nghiên cứu này nhằm phân tích ảnh hưởng của ống dẫn và xy lanh đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 2.8 – Sơ đồ m ch th y l c ạ ủ ự
* Xét và mô phỏng chênh lệch áp suất ΔP (Tổn thất áp suất) của đoạn đường ống ngắn kết nối với xy lanh thủy lực
Các phần tử thủy lực có thể được mô hình hóa thông qua sơ đồ mạch thủy lực tương đương, bao gồm các thành phần như thủy trở kháng (R), thủy cảm kháng (L) và thủy dung kháng.
C, được ghép nối với nhau
Từ đó tiến hành mô hình hóa đoạn mạch thủy lực đường ống ngắn vào xy lanh như sau (Mô hình kiểu π)
Sơ đồ mạch thủy lực:
Hình 2.9 M ch th– ạ ủy kháng
- Q, QR, Qz lần lượt là lưu lượng dầu thủy lực vào đường ống, lưu lượng ra đường ống và lưu lượng qua xy lanh
- R: Thủy trở kháng đường ống
- Rz: Thủy trở kháng xy lanh
- L: Thủy cảm kháng đường ống
- C: Thủy dung kháng đường ống
- ΔP: Tổn thất áp suất của đường ống ngắn
- ΔPz: Tổn thất áp suất của thành phần thủy lực xy lanh
- ΔPR: Tổn thất áp suất của thành phần trở kháng
- ΔPL: Tổn thất áp suất của thành phần cảm kháng
- ΔPC: Tổn thất áp suất của thành phần dung kháng.
Lưu lượng qua đường ống ngắn Q = Q1 + QR (2.11)
= ΔPz Rz Qz (2.15) ΔPC1 = (2.16) ΔPC2 = (2.17)
Theo định luật vòng kín, tổn thất áp suất của đoạn đường ống ngắn ΔP = ΔPL1+ ΔPR+ ΔPL2 (2.20)
Vậy Phương trình (2.28 là Phương trình tổn thất áp suất đường ống d) ẫn ngắn, phương trình được mô phỏng bằng Matlab Simulink
* Xét và mô phỏng chênh lệch áp suất ΔPz (Tổn thất áp suất) của dầu thủy lực khi đi qua xy lanh thủy lực. ΔPz = Rz Qz (2.29)
Vậy Phương trình (2.34 là Phương trình tổn thất áp suất của dòng chất lỏng ) khi qua xy lanh thủy lực, phương trình được mô phỏng bằng Matlab Simulink.
2.3.2 Mô hình mô phỏng trong Matlab Simulink và các thông số
Dựa trên các phương trình (2.28) và (2.34), bài viết trình bày tổn thất áp suất qua đoạn ống ngắn ΔP và ΔPz Luận văn đã phát triển mô hình mô phỏng trong Matlab Simulink để phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất áp suất trong hệ thống ống dẫn.
35 Hình 2.10 Mô ph ng m ch th y l– ỏ ạ ủ ực bằng Matlab Simulink
+ Chiều dày thành ống: s = 2 (mm)
+ Đường kính xy lanh thủy lực D = 100 (mm)
+ Khối lượng riêng của dầu: 850 (Kg/ )
+ Modul đàn hồi chất lỏng: K = 1,6 ( ) Pa
+ Modul đàn hồi đường ống: E = 2,1 ( ) Pa
=> Thủy trở kháng Xylanh: Rz = 0.116 (
(Trường hợp không tải) 2.3.4 Mô phỏng tổn thất áp suất qua hệ thống khi lưu lượng không thay đổi (Q
Trong phần này, luận văn khảo sát và đánh giá các giá trị tổn thất áp suất của đường ống ngắn ΔP và tổn thất áp suất của xylanh thủy lực ΔPz, khi lưu lượng Q được giữ cố định ở mức 0,001 m³/s.
Mô phỏng lưu lượng dòng chảy chất lỏng qua đường ống ngắn theo Matlab Simulink
Hình 2.11 – Lưu lượng có giá tr ị không đổi theo th i gian ờ
Giá trị lưu lượng của dòng chất lỏng qua đường ống ngắn không thay đổi theo thời gian và có giá trị Q = 0,001 /s
Khi lưu lượng Q duy trì ổn định, việc khảo sát tổn thất thủy lực của hệ thống sẽ được thực hiện trong cả hai chế độ: không tải và có tải.
* Trường hợp 1: Trường hợp hệ thống thủy lực làm việc trong chế độ không có tải.
Các giá trị thủy trở như sau:
- Thủy trở kháng Xylanh: Rz = 0.116 (
Trên Matlab Simulink.Tổn thất áp suất qua đường ống ngắn ΔP.
Hình 2.12 –Khảo sát t n th t áp su t ΔP qua đường ng ổ ấ ấ ố ở ch không t i ế độ ả
Kết quả: Khi lưu lượng Q qua đường ống ngắn là 1 giá trị không đổi (Q = 0,001 /s) Tổn thất áp suất ΔP của đường ống ngắn cũng không thay đổi theo thời gian
Và đạt giá trị ΔP = 4,429 (Pa).
Tổn thất áp suất qua xy lanh thủy lực ΔPz
Khi khảo sát tổn thất áp suất ΔPz qua xylanh thủy lực ở chế độ ả, với lưu lượng Q không đổi tại giá trị 0,001 m³/s, kết quả cho thấy ΔPz của xylanh không thay đổi theo thời gian và đạt giá trị 116 Pa.
* Trường hợp 2: Trường hợp có tải (Tải 7 tấn).
Khi hệ thống thủy lực làm việc ở chế độ có tải Khi đó giá trị thủy trở kháng
Rz của xy lanh thủy lực sẽ được điều chỉnh Luận văn sẽ tính toán giá trị Rz, phản ánh khả năng kháng thủy lực của xy lanh khi hoạt động dưới tải trọng.
+ Fc: Lực cản của tải trọng tác dụng lên xy lanh thủy lực
+ Sxl: Tiết diện của xy lanh thủy lực
+ ΔPz1: Tổn thất áp suất của xy lanh thủy lực.
+ Rz : Thủy trở kháng của xy lanh khi có tải.
Giá trị thủy trở kháng của thành phần xylanh thủy lực khi có tải 7 tấn: Rz = 8.9
Trên Matlab Simulink Tổn thất áp suất qua đường ống ngắn ΔP được mô phỏng như sau:
Hình 2.14 –Khảo sát t n th t áp su t ΔP ổ ấ ấ đường ng ố ở ch có t iế độ ả
Kết quả: Khi lưu lượng Q qua đường ống ngắn là 1 giá trị không đổi (Q = 0,001 /s) Tổn thất áp suất ΔP của đường ống ngắn cũng không thay đổi theo thời gian
Và đạt giá trị ΔP = 4,429 (Pa)
Tổn thất áp suất qua xy lanh thủy lực ΔPz
Hình 2.15 –Khảo sát t n th t áp su t ổ ấ ấ ΔPz qua xylanh ch có t i ở ế độ ả
Khi lưu lượng Q được giữ cố định ở mức 1 (Q = 0,001 /s), tổn thất áp suất ΔPz của xy lanh thủy lực không thay đổi theo thời gian Tuy nhiên, giá trị này tăng cao so với trường hợp hệ thống không tải, đạt mức ΔPz = 8.9 (Pa).
Khi lưu lượng chất lỏng trong hệ thống thủy lực giữ ổn định ở mức Q = 0,001 /s, tổn thất áp suất của xy lanh thủy lực khi có tải tăng lên gấp 76 lần so với khi không có tải Nguyên nhân của sự gia tăng này là do giá trị thủy trở kháng Rz tăng, gây cản trở cho dòng chảy của chất lỏng, dẫn đến tổn thất áp suất toàn hệ thống thủy lực gia tăng.
2.3.5 Mô phỏng tổn thất áp suất qua hệ thống khi lưu lượng cấp vào hệ thống thủy lực biến thiên theo quy luật sóng Sin.
Mô phỏng lưu lượng Q qua hệ thống thủy lực bằng Matlab Simulink
Hình 2.16 – Lưu lượng c p vào bi n thiên theo quy luấ ế ật dạng sóng Sin
Lưu lượng Q thay đổi theo quy luật sóng Sin theo thời gian, từ đó tiến hành khảo sát tổn thất trong hệ thống thủy lực ở cả chế độ không tải và chế độ có tải.
* Trường hợp 1: Khi hệ thống hoạt động trong chế độ không tải.
Mô phỏng tổn thất áp suất qua đường ống ΔP
Hình 2.17 T n th t áp su– ổ ấ ất ΔP trên đường ống ởchế độ không t i ả
Khi lưu lượng Q thay đổi theo quy luật sóng Sin, tổn thất áp suất ΔP trong đường ống thủy lực cũng biến thiên theo dạng sóng Sin Giá trị tổn thất áp suất đạt cực đại là ΔP max = 7.94 (Pa), cực tiểu là ΔP min = 5.44 (Pa), và giá trị trung bình là ΔP tb = 6.643 (Pa).
Mô phỏng tổn thất áp suất qua xy lanh thủy lực ΔPz.
Hình 2.18 T n th t áp su– ổ ấ ất ΔPz xylanh th y l c ủ ự ởchế độ không t i ả
Khi lưu lượng Q biến đổi theo dạng sóng Sin, tổn thất áp suất ΔPz của xy lanh thủy lực cũng thay đổi theo dạng sóng Sin theo thời gian và đạt giá trị tối đa ΔPz max.
= 1856 (Pa), ΔPz min = 1624 (Pa) ΔPz tb = 1740 (Pa)
* Trường hợp 2: Khi hệ thống hoạt động trong chế độ có tải
Mô phỏng tổn thất áp suất qua đường ống ΔP.
Hình 2.19 –Khảo sát t n th t áp su t ổ ấ ấ ΔP đường ng ố ở ch có t i ế độ ả
Khi lưu lượng Q thay đổi theo dạng sóng sin, tổn thất áp suất ΔP trong đường ống thủy lực cũng biến thiên theo dạng sóng sin theo thời gian Giá trị tổn thất áp suất tối đa đạt ΔP max = 7.938 (Pa), tối thiểu là ΔP min = 5.443 (Pa) và giá trị trung bình là ΔP tb = 6.643 (Pa).
Mô phỏng tổn thất áp suất qua xylanh thủy lực ΔPz
Khi khảo sát áp suất ΔPz trong xy lanh thủy lực, kết quả cho thấy khi lưu lượng Q biến thiên theo dạng sóng Sin, tổn thất áp suất ΔPz cũng biến thiên theo dạng sóng Sin Giá trị tối đa của ΔPz đạt 1,424 Pa, giá trị tối thiểu là 1,246 Pa, và giá trị trung bình là 1,335 Pa.
II – MÔ PHỎNG TRƯỜNG HỢP ĐIỂN HÌNH MÔ PHỎNG - TRÊN MỘT MẠCH THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN CẦN CẨU TRÊN XE CHUYÊN DỤNG VT1100MB/CTH -VEAM
Mô hình cần cẩu
Hình 3.1 - Tuyến hình c a ô tô ủ VEAM –VT1100 MB/CTH2
Thông số Cần cẩu
Toàn bộ hệ thống thủy lực và cần cẩu mang nhãn hiệu SOOSAN do Hàn Quốc sản xuất có các tính năng kỹ thuật như sau :
- Nhãn hiệu, số loại: SOOSAN SCS746L do Hàn Quốc sản xuất
- Sức nâng lớn nhất / Tầm với : 7000 KG / 2,0 m
- Sức nâng / Tầm với lớn nhất : 400 KG / 19,6 m
- Tốc độ ruỗi của cần : 14,58 m/30s
- Tốc độ nâng của cần : 1~80 0 /12s
- Tốc độ nâng của cáp : 14m/ph
- Bơm thủy lực, ty ô cẩu, chân chống trước, chân chống sau, thiết bị an toàn kèm theo cần cẩu
- Bộ trích công suất kèm theo xe cơ sở.
Mạch thủy lực điều khiển cần cẩu
Việc điều khiển cần cẩu được thực hiện nhờ hệ thống các van điều khiển thông qua các tay gạt
Sơ đồ hệ thống thủy lực của cần cẩu được trình bày ở hình 3.2
Hình 3.2 - Sơ đồ hệ thống thủy lực cần cẩu SOOSAN SCS746L
3 – Van điều áp của hệ thống;
4 – Van điều khiển khẩu độ cần cẩu;
5 – Xi lanh khẩu độ cần;
6 – Van điều khiển góc quay của thân cẩu;
7 – Cụm xi lanh thân cẩu;
8 – Van điều khiển dẫn động cáp;
9 – Cụm xi lanh trục cáp;
10 – Van điều khiển góc nâng cần;
12 – Van điều khiển chân chống trước;
13 – Xi lanh chân chống trước;
15 – Van an toàn 3 ngả chân chống trước;
16 – Van điều khiển chân chống sau;
17 – Van an toàn 3 ngả chân chống sau;
18 – Xi lanh chân chống sau;
- Không được cẩu hàng phía trước cabin và trên mặt đường nghiêng
- Cần cẩu phải được kiểm tra lần đầu và thử thiết bị nâng theo quy định trước khi đưa vào sử dụng
- Khi vận hành, khối lượng nâng phải giảm trừ khối lượng cụm tời và các thiết bị lắp thêm trên cẩu tiêu chuẩn
* Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau :
Dầu thủy lực trong thùng chứa 1 được bơm vào đường ống cao áp và tới các van điều khiển, mỗi van có ba vị trí: tác dụng thuận, trung gian (dừng tác động) và tác dụng ngược Việc điều khiển các van này được thực hiện bằng tay thông qua các tay gạt.
Van điều áp của hệ thống 3 có tác dụng đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống không vượt quá 200 Kg/cm 2
Khi xảy ra sự cố với đường ống thủy lực, các van tiết lưu 14 giúp kiểm soát tốc độ nâng hạ hàng, tốc độ góc khi hạ cần và tốc độ quay của cần, đảm bảo mọi hoạt động diễn ra trong giới hạn an toàn.
Chuyển động quay của cần cẩu và trục cáp được thực hiện dựa trên nguyên tắc của cơ cấu “trục vít – đai ốc”
Chân chống cẩu được hạ xuống đất trong quá trình cẩu hàng, sử dụng xi lanh thủy lực tác dụng 2 chiều Các van an toàn 3 ngả giúp cân bằng áp suất giữa hai hệ thống.
46 khoang của xi lanh, làm giảm quán tính của hệ thống và đảm bảo an toàn khi đường ống thủy lực có sự cố.