Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan trên.Tác giả luận văn Trang 3 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống xilanh thuỷ lực
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG XI LANH THUỶ LỰC ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC TRONG ĐIỀU KIỆN TẢI TRỌNG LỚN TRONG NGÀNH THUỶ ĐIỆN, THUỶ LỢI Chuyên ngành: MÁY THỦY KHÍ ĐỖ MẠNH CƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGÔ SỸ LỘC HÀ NỘI - 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131676241000000 -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu, không chép Chưa công bố tài liệu trước Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm lời cam đoan Tác giả luận văn Đỗ Mạnh Cường -3- LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống xilanh thuỷ lực đồng làm việc điều kiện tải trọng lớn ngành thuỷ điện, thủy lợi” hoàn thành đạt kết mong muốn Tôi chân thành cảm ơn P.G.S T.S Ngô Sỹ Lộc, thầy hướng dẫn trực tiếp cho tơi hồn thành luận văn Những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích thầy vấn đề ứng dụng hệ thống thủy lực đồng hệ thống servo mở hướng cho việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thủy lực nói chung, ứng dụng cho hệ thống cửa van thủy lợi nói riêng Tơi xin cảm ơn Thầy, Cô Bộ môn Máy Tự động thủy khí trường ĐHBK Hà Nội Cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng công ty Cơ điện Xây dựng Nông nghiệp Thủy lợi tạo điều kiện giúp đỡ cho tơi hồn thành tốt đề tài luận văn Cảm ơn Giám đốc Trung tâm CNC- Thạc sỹ Lý Thanh Hà góp nhiều ý kiến q giá thời gian làm luận văn Hà Nội, ngày tháng năm Tác giả luận văn Đỗ Mạnh Cường -4- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I 12 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 12 THIẾT BỊ THUỶ LỰC CHO HỆ THỐNG NÂNG HẠ 12 TRONG THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN 12 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 12 1.2 TRONG NƯỚC 13 CHƯƠNG II 24 HỆ THỐNG NÂNG HẠ TẢI TRỌNG LỚN 24 2.1 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THUỶ LỰC NÂNG HẠ 24 2.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NÂNG HẠ TẢI THỦY LỰC TRONG THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN 26 2.3 CẤU HÌNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC 28 2.4 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA XY LANH CHỊU TẢI TRỌNG LỚN 38 CHƯƠNG III 55 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 55 HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐỒNG BỘ TẢI TRỌNG LỚN DÙNG TRONG THUỶ LỢI, THUỶ DIỆN 55 -5- 3.1 PHÂN TÍCH TỔNG QUAN VAN 55 3.3 ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC SERVO 68 3.6 ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SERVO 77 CHƯƠNG IV 78 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ LỰC 78 ĐỒNG BỘ TẢI TRỌNG LỚN 78 4.1 HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ TRONG THỰC TẾ 78 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG BỘ 79 4.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG & MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN 84 4.4 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VAN SERVO 86 4.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU & BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ 93 4.4 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THUỶ LỰC NÂNG HẠ CỬA CỐNG DẪN DỊNG THI CƠNG - THUỶ ĐIỆN SƠN LA 101 CHƯƠNG V 109 KẾT LUẬN 109 6.1 KẾT LUẬN 109 6.2 KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 -6- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-7 Máy đóng mở thủy lực cơng trình tràn xả lũ EASUP thượng Đắclak(cửa van cung) 21 Hình 1-8 Tồn cảnh cơng trình tràn xả lũ với máy đóng mở thủy lực 22 Hình 2.1 Hệ thống thuỷ lực đóng tràn xả lũ 28 Hình 2.3 Các kiểu lắp đặt xilanh thuỷ lực 40 Hình 2.5 Mặt cắt ngang xilanh thuỷ lực vị trí dẫn hướng 44 Hình 2.6 Mặt cắt qua cần piston dẫn hướng 45 Hình 2.7 : Phân bố áp lực lên dẫn hướng 47 Hình 2.8 Biểu đồ mơmen lực tác dụng lên hệ thống xilanh tĩnh 49 Hình 2.13 Điểm tối ưu T miền bê tơng 52 Hình 2.14 Tạo điểm đặt xilanh cơng trình 53 Hình 3.1 : Con trượt phân phối cửa 57 Hình 3.2 : Mơ hình cầu tương đương 58 Hình 3.3: đồ thị lưu lượng-áp suất 63 Hình 3.4 Đường cong độ nhạy áp suất 66 Hình 3.5 : Đường cong rị rỉ 66 Hình 3.6 : Mơ hình tải van ba ngả 67 Hình 3.7 : Sơ đồ khối điều khiển vịng hở 70 Hình 3.8 : Điều khiển vịng mở với van tỷ lệ trực tiếp 70 Hình 3.9 : sơ đồ khối điều khiển vịng kín 71 Hình 3.10 : Đièu khiển vịng kín với van servo 71 Hình 3.12: từ van tỷ lệ tới van servo 73 Hình 3.13 : điều khiển van điều khiển chắn 74 Hình 3.14 : điều khiển vịi phun 74 Hình 3.15 : Van servo hai tầng phản hồi lực 75 Hình 3.16 : chờm dương (overlap) 76 -7- Hình 4.1: Hệ thống nâng đồng dùng kích nâng cầu giao thơng 78 Hình 4.2 : Sơ đồ điều khiển đồng 78 Hình 4.3 : Đồng hệ thống nâng giàn khoan 79 Hình 4.4 : đồng bơm thuỷ lưc van chia lưu lượng 80 Hình 4.5 : Bơm chia lưu lượng cổng 81 Hình 4.6: Sơ đồ dùng bơm chia lưu lượng cho hai mơ tơ thuỷ lực 81 Hình 4.7 : Sơ đồ điều khiển đồng cho máy sấn thuỷ lực 82 Hình 4.8: Sơ đồ điều khiển đồng van tỷ lệ 82 Hình 4.9 : Hệ thống điều khiển khử nhiễu 83 Hình 4-10 Sơ đồ hệ thống điều khiển servo với hai xilanh 84 Hình 4.11 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển đồng 85 Hình 4.12: Sơ đồ khảo sát hệ thống 86 Hình 4.12 : Mơ hình vịi phun - chắn van servo 87 Hình 4.13 : Van servo phản hồi lực 89 Hình 4.14 : Mơ hình tính tốn hệ thống điều khiển van servo 93 Hình 4.15: Mơ hình điều khiển đồng 98 Hình 4.16: Mơ hình thiết kế điều khiển theo phương pháp mơ hình mẫu 99 Hình 4.17 : Nguyên lý hệ thống nâng đồng cửa cống dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ điện sơn la 101 Hình 4.18 : Thiết bị nâng cửa cống dẫn dịng thi cơng thuỷ điện Sơn la 103 Hình 4.19 Mơ hình điều khiển cho nhánh 105 Hình 4.20 : Đáp ứng hệ cho bên xi lanh với thay đổi tải 106 Hình 4.21 : Hệ thống hoạt động chưa bật hệ thống đồng 107 Hình 4.22 : Hệ thống hoạt động bật hệ thống đồng 108 Hình 4.23 : Sai lệch đỉnh hệ thống hoạt động bật hệ thống đồng 108 -8- DANH MỤC CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ Cd Hệ số xả lưu lượng (≈ 0.61) A port Diện tích cổng dầu, m2 Q in Lưu lượng dầu vào van, m3/s Q out Lưu lượng dầu khỏi van, m3/s V Thể tích, m β Mơ đun đàn hồi dầu dV dt Lượng dịch chuyển thể tích, m3/s QL Lưu lượng thông qua tải, m3/s PL Áp suất tải, N/m2 Kq Hệ số lưu lượng, m3/s/mA KC Hệ số lưu lượng-áp suất, m3/s/Pa ρ Khối lượng riêng dầu MT Tổng trọng lượng Piston & tải, KG xv Độ dịch chuyển trượt van servo, m ∆i Số gia dòng điện cuộn cảm van servo, mA ωh Tần số thuỷ lực tự nhiên không giảm chấn, rad/s δh Tỷ số giảm chấn Kh Hệ số độ cứng thuỷ lực -9- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SISO: hệ thống đầu vào, đầu (Single-Input Single-Output) MIMO: hệ thống nhiều đầu nhiều đầu (Multi-Input Multi-Output) QRT : Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển Horowitz (Quantitative Feedback design Theory) DK : Bộ điều khiển DT : Đối tượng điều khiển MHM : Mơ hình mẫu -10- MỞ ĐẦU Luận văn với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống xilanh thuỷ lực đồng làm việc điều kiện tải trọng lớn ngành thuỷ điện, thủy lợi” chia làm chương: Chương I: Tổng quan - Các nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống xilanh thuỷ lực tải trọng lớn ngành thuỷ lợi, thuỷ điện giới tình hình nghiên cứu nước, tiến công nghệ chế tạo thiết bị thủy lực Đặc điểm hệ thống thuỷ lực nâng hạ - Nội dung nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu Chương II: Hệ thống nâng, hạ tải trọng lớn - Hệ thống nâng tải trọng lớn thuỷ lợi, thuỷ điện - Chức hệ thống điều khiển thuỷ lực - Các vấn đề cần quan tâm việc tính tốn thiết kế hệ thống nâng hạ tải trọng lớn Chương III: Cơ sở lý thuyết thiết kế hệ thống thủy lực đồng - Phân tích tổng quan van servo - Hệ thống thuỷ lực Servo Chương IV: Tính tốn thiết kế hệ thống đồng - Một số hệ thống đồng thuỷ lực thực tế - Sơ đồ cấu trúc hệ thống & mơ hình điều khiển - Xử lý số liệu & điều khiển đồng - Ứng dụng hệ thống điều khiển đồng vào giàn nâng hạ cống dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ điện Sơn la - Các kết luận