Bài Tập Lớn Thiết Kế Mạch Thủy Lực Cho Hệ Thống Kích Đẩy.pdf

b Phương án thiết kế: C2 c Các số liệu cho trước: - Lực đẩy của xi lanh F1: 6,4 tấn - Vận tốc nâng vn: 5 m/ph - Loại van chống phản hồi: Van một chiều có điều khiển - Loại van hãm khi hạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

KHOA C Ơ KHÍ BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG -

BÀI T P L N Ậ Ớ

MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỦY LỰC

THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC CHO HỆ THỐNG KÍCH

ĐẨY

Giảng viên hướng dẫn : TS Cao Thành Dũng

Sinh viên thực hiện : Đồng Duy Anh

Phương án thiết kế : C2

Hà Nội, Tháng 11-2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

KHOA C Ơ KHÍ BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG -

NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỦY LỰC

1. Họ và tên sinh viên: Đồng Duy Anh Lớp: 66MEC2 MSSV: 0236266

2 Nhiệm vụ tính toán:

a) Tên đề tài: Thiết kế mạch thủy lực cho hệ thống kích đẩy

b) Phương án thiết kế: C2

c) Các số liệu cho trước:

- Lực đẩy của xi lanh F1: 6,4 (tấn)

- Vận tốc nâng vn: 5 (m/ph)

- Loại van chống phản hồi: Van một chiều có điều khiển

- Loại van hãm khi hạ tải: Van tiết lưu và van một chiều mắc song song

- Yêu cầu thiết kế: Hệ thống sử dụng hai xi lanh như nhau, điều khiển trực tiếp bằng tay cùng một van phân phối, đảm bảo áp lực cho mạch chính

3 Ngày giao: ………

4 Ngày hoàn thành:………

5 Giảng viên hướng dẫn: TS Cao Thành Dũng

Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Đồng Duy Anh

MỤC L C Ụ

M Ở ĐẦU 4 PHẦN 1 PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỦY LỰC

CHO BỘ PHẬN CHẤP HÀNH 5 1.1 XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH 5 1.2 XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TH Y LỰC VÀ Đ C ĐIỦ Ặ ỂM CẨN THIẾT THEO YÊU CẦU CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH 5 1.3 V Ẽ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ GI I THÍCH M CH THẢ Ạ ỦY LỰC 5

PHẦN 2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C N THI T CÁC PHỐ Ầ Ế ẦN TỬ

THỦY LỰC C A HỦ Ệ THỐNG 7 2.1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S C A XY LANH (CYLINDERS) THỐ Ủ ỦY LỰC 7 2.2 TÍNH TOÁN TUY Ô TH Y L C 8 Ủ Ự 2.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S Ố CƠ BẢN C A VAN PHÂN PH I 9 Ủ Ố 2.4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S Ố CƠ BẢN VAN ĐIỀU KHIỂN ÁP SU T 9 Ấ 2.5 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S Ố CƠ BẢN C A VAN M T CHI U 10 Ủ Ộ Ề 2.6 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S Ố CƠ BẢN C A VAN KHÁC (C P VAN TIỦ Ặ ẾT LƯU VÀ VAN MỘT CHIỀU LẮP SONG SONG) 10 PHẦN 3 TÍNH TOÁN B Ộ NGUỒN TH Y LỦ ỰC 11 3.1 BƠM THỦY LỰC 11 3.2 THÙNG D U(TANK), L C D U(FILTER) 13 Ầ Ọ Ầ KẾT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KH O 16 Ả

M Ở ĐẦU Mạch thủy lực đóng một vai trò không thể phủ nhận trong việc tối ưu hóa hiệu suất

và độ tin cậy của hệ thống kích đẩy, đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng Việc thiết kế một mạch thủy lực hiệu quả không chỉ giúp gia tăng sức mạnh và độ chính xác của hệ thống mà còn đóng góp tích cực vào việc tiết kiệm năng lượng và nguồn lực

"Thiết kế mạch thủy lực cho hệ thống kích đẩy" là đề tài mang tính quyết định, mở

ra không gian nghiên cứu sâu rộng về cách tích hợp các yếu tố quan trọng như áp suất, lưu lượng, và kiểm soát chính xác để đáp ứng yêu cầu đặc biệt của hệ thống Đồng thời, nó tập trung vào việc phát triển công nghệ mới, sử dụng nguyên tắc thông tin và điều khiển để nâng cao khả năng đồng bộ và ổn định của mạch thủy lực

Trong bối cảnh ngày càng tăng cường về tự động hóa và hiệu suất, nghiên cứu và phát triển mạch thủy lực tiên tiến trở nên ngày càng quan trọng Đề tài này không chỉ đặt ra những thách thức mới trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí mà còn mang lại cơ hội lớn trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm

PHẦN 1 PHÂN TÍCH VÀ XÂY D ỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ H Ệ THỦY

L C CHO B Ự Ộ PHẬN CH P HÀNH Ấ

- Loại van chống tải phản hồi: Van một chiều có điều khiển

- Loại van hãm khi hạ tải: Van tiết lưu và van một chiều mắc song song

- Yêu cầu thiết kế: Hệ thống sử dụng hai xi lanh như nhau, điều khiển trực tiếp bằng tay cùng một van phân phối, đảm bảo giới hạn áp lực cho mạch chính

THEO YÊU CẦU C Ủ A CƠ C ẤU CHẤP HÀNH

- Lực đẩy của xi lanh F1: 6,4 tấn

- Vận tốc nâng vn: 5 (m/ph)

Từ các yêu cầu trên, ta chọn được các phần tử thủy lực chính sau:

- Xi lanh thủy lực

- Van một chiều có điều khiển

- Van một chiều

- Van tiết lưu

- Van phân phối điều khiển bằng tay

1.3 V Ẽ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ GI I THÍCH M CH THẢ Ạ ỦY LỰC

a, Giải thích các phần tử trong mạch thủy lực

1 và 2: Xy lanh thủy lực

3 và 4: Cặp van 1 chiều có điều khiển

5: Van một chiều và van tiết lưu mắc song song

6 và 7: Đường dầu dẫn

8: Van phân phối 4/3 điều khiển bằng tay

9: Thùng dầu

10: Nguồn thủy lực

11: Van an toàn

b, Nguyên lý làm việc

- Chế độ 1(8 ở giữa): Nguồn 10 bơm dầu lên nhưng ở chế độ nghỉ dầu lại quay trở lại thùng bằng đường nối liền giữa đầu bơm và đầu về thùng

- Chế độ 2(8 sang bên trái): Nguồn 10 bơm dầu lên đi sang bên trái van phân phối đi qua đường dẫn (6) trước đi ra sau van 1 chiều(4) đi vào bên dưới xy lanh (1) và (2) làm dãn xy lanh, khi đó áp suất tăng làm mở cửa van 1 chiều (3) cùng với lượng dầu đi ra trên đầu xy lanh đi qua đường dẫn (7) sang đầu van 1 chiều (4) do không có

áp suất nên dầu sẽ đi qua van tiết lưu(5) để quay trở lại thùng (9)

- Chế độ 3(8 sang bên phải): lượng dầu đi qua van 1 chiều và van tiết lưu (5) đi đến đầu van (4) thông dầu qua đường dẫn (7) đi vào xy lành làm co xy lanh lại lượng dầu còn lại đi qua van 1 chiều (4) cùng với lượng dầu của xy lanh đi ra đi vào đường dẫn 6 đi qua van phân phối về thùng(9)

- Van an toàn (11) giúp bơm giảm tải áp lực dầu bơm lên

PHẦN 2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ C N THI T CÁC Ầ Ế

PHẦN TỬ THỦY L C C A H Ự Ủ Ệ THỐNG

2.1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S C A XY LANH (CYLINDERS) THỐ Ủ ỦY LỰC

- Đổi 6,4 tấn = 62.75kN (có 1kN = 0.102 Tấn)

- Vận tốc nâng: 5(m/ph)

Từ những yêu cầu trên, ta chọn được xy lanh thủy lực 2 chiều chuyển động

HULOR8T500

Ta có các thông số của xy lanh:

Lực nâng lớn

nhất Fmax (tấn)

Hành trình lớn

nhất Hmax

(mm)

Áp suất lơn nhất pmax(bar)

Đường kính xy lanh D (mm)

Đường kính cán piston d (mm)

- Diện tích mặt cắt của xy lanh buồng không có cán pittong là:

3 2 1

(92.10 )

6,65.10 (

D

- Diện tích mặt của xy lanh buồng có cán là:

3 2 2

( ) ((92.10 ) (50.10 ) )

4,68.10 (

D d

- Lưu lượng cấp cho xy lanh khi nâng là:

3

1 5.6,65.10 33,25.10 ( ) 33,25(

n n

Q v A

- Áp suất nâng khi làm việc của xy lanh là:

1

1

62.75

9436,1( ) 94,361(

6,65.10 n

2.2 TÍNH TOÁN TUY Ô THỦY LỰC

- Ta chọn ống thủy lực loại mềm GATES FEG5K SAE 100R13 MÃ – HIỆU 8FEG5K

- Các thông số của đường ống:

Đường kính

ngoài Dngoai

(mm)

Đường kính trong Dtrong (mm)

Áp suất định mức pdm(bar)

Áp suất phá hủy

p ph(bar)

- Diện tích mặt cắt ống:

mc

23,9.10 12,7.10

−

−

−

- Độ dày thành ống:

( )

ngoai trong

- Từ các thông số trên ta chọn vỏ tóp GS/GSP mã hiệu 8GS1F-4 và các loại khớp 8GS:

• Loại khớp nối dùng cho bơm và động cơ GS/GSP mặt bích Code 61

• Loại khớp nối dùng cho môi trường thủy lực áp suất từ thấp đến cao GS/GSP Ren Din 24

• Loại khớp nối dùng trong môi trường thủy lực chống rò rỉ GS/GSP Ren ORFS

2.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA VAN PHÂN PH I Ố

- Mô tả van phân phối: Van phân phối 4/3 điều khiển bằng tay

Mã Hiệu Lưu lượng

(l/ph)

Áp suất min (bar)

Áp suất max (bar) DMB-5/2S-3/18L

2.4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢ VAN ĐIỀN U KHI N ÁP SU T Ể Ấ

- Trong mạch thủy lực có van điều khiển áp uất chỉ có chức năng là đảm s bảo an toàn cho mạch thủy lực, loại có điều khiển (điều khiển bằng dòng dầu thủy lực)

- Ta chọn van an toàn (có điều chỉnh) điều khiển bằng tay dạng ren loại van RV có các thông số chung như sau:

• Lưu lượng tối đa: Qmax = 400 (l/ph)

• Áp suất tối đa: Pmax = 250 (bar)

• Van an toàn cho cả mạch: RV – 06T

- Thông số van:

TT Chức năng van

Lưu lượng tối đa Qmax

(l/ph)

Áp suất mở van P (bar)

Khoảng điều chỉnh

áp suất (loại có điều khiển)

1 Đảm bảo an toàn cho

mạch chính 200 34,323 34,323 137,3 –

2.5 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S CỐ Ơ BẢN CỦA VAN M T CHI U Ộ Ề

- Loại van cần thiết theo yêu cầu: Van một chiều c điều khiểnó - dùng chống dòng

phản hồi(loại kép)

Loại van Lưu lượng max

(l/ph)

Áp suất max (bar)

2.6 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S CỐ Ơ BẢN CỦA VAN KHÁC (C P VAN Ặ

TIẾT LƯU VÀ VAN M T CHI Ộ ỀU LẮP SONG SONG)

Ta chọn van tiết lưu STUF 120 NPT với các thông số sau đây

Kích thước cổng

(mm)

Lưu lượng max (l/ph) Áp suất max (bar) Khối lượng (kg)

PHẦN 3 TÍNH TOÁN BỘ NGU N TH Y L C Ồ Ủ Ự

3.1 BƠM THỦY L C Ự

- Ta chọn bơm theo áp suất làm việc và lưu lượng làm việc của mạch thủy lực

- Áp suất:

max max bom

P =p + Trong đó:

pmax – áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống cung cấp cho động cơ thủy lực

i

p - Tổng tổn thất áp suất qua các phần tử và đường ống (được tính gần đúng là pi =(0,1 0,2 p) max)

Áp suất làm việc lớn nhất là của xy lanh với:

( )

xylanh

p 94,361 bar=

Vậy áp suất làm việc lớn nhất của bơm:

( )

p 94,361 0, 2.94,361 113, 233 b= + =

- Lưu lượng:

bom max dc

Trong đó:

Qdc– lưu lượng làm việc của toàn bộ mạch thủy lực

Q - Tổng tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống (được tính gần đúng là Q (10% 15% Q= ) dc 33, 25.0.15 4,987(l / p= = ) Lưu lượng làm việc lớn nhất của bơm;

( )

bommax

Q 33, 25 4,987 38, 237 l / p= + =

-Từ các thông số trên ta chọn được loại bơm như sau: Bơm pittong có điều chỉnh lưu lượng dùng cho mạch hở Bosch Rexroth loại A10VSO

- Nguyên lý làm việc:Các piston sẽ được bố trí trong khoang motor Các đầu piston lắp tì vào đĩa ngiêng Khi motor quay sẽ làm trục bơm quay và làm các piston trong motor quay theo Đĩa nghiêng, nghiêng 1 góc sẽ làm cho piston chuyển động tinh tiến trong khoang motor Trong nửa vòng quay đầu tiên, các piston sẽ biến đổi khoảng cách để tạo nên khoảng trống bên trong bơm làm giảm áp suất và hút dầu thủy lực đi

Loại bơm

Lưu lượng

riêng qb

(l/vòng)

Tốc độ quay trung bình (vòng/phút)

Áp suất làm việc pbommax

(bar)

Khoảng điều chỉnh lưu lượng (l/ph) Pittong hướng

trục loại có

điều khiển

vào Tiếp nửa vòng còn lại, piston sẽ chuyển động để thể tích trong bơm giảm đi, dầu

bị ép ra ngoài với một áp nhất định Khi thay đổi góc nghiêng của đĩa nghiêng làm thay đổi lưu lượng trên 1 vòng của bơm

3.2 THÙNG D U(TANK), LẦ ỌC DẦU(FILTER)

- Thùng dầu:

• Dung tích thùng dầu

V =k.Q

Qt – Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm (l/ph)

k – hệ số tỷ lệ; k = 2 8

Chọn k = 3:

( )

n

V 3.38, 237 114, 711 l / p= =

• Dự định kết cấu thùng dầu Thùng dầu phải có vách ngăn giữa cửa hút và cửa : hồi, trên vách ngăn này có rãnh lưu thông dầu Khoảng cách từ cửa hút và cửa hồi càng xa càng tốt nhằm làm nguội dầu và không tạo sóng trong thùng, đặt bộ lọc khí để tránh bụi bẩn dầu Các ống ra vào được làm kín (ngăn được

sự tạo xoáy tại cửa hút, không lọt bụi vào đầu nối, khả năng vệ sinh tốt, tỏa nhiệt tốt)

• Từ thông số trên ta chọn thùng dầu GBKXWN của hãng SUMAC với dung tích 120 lít

- Lọc dầu:

Lưu lượng lớn nhất: Qbommax 38.237 = (l/ph)

Ta chọn lọc dầu có thông số như sau:

Mã hiệu Ren kết nối Độ tinh lọc Lưu lượng

MF – 10 1,25 inch 100(µ ) m 130 (l/ph)

K T LU N Ế Ậ

Tổng kết, việc nghiên cứu và thiết kế mạch thủy lực cho hệ thống kích đẩy không chỉ là một hành trình kỹ thuật phức tạp mà còn là một phần quan trọng của sự phát triển và tiến bộ trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí Trong quá trình đề tài, chúng ta đã tập trung vào ý nghĩa của việc tính toán các thông số trong bộ thủy lực, và nhận thức được những đóng góp quan trọng mà quá trình này mang lại

Tính toán các thông số như áp suất, lưu lượng, và kiểm soát chính xác trong mạch thủy lực đóng vai trò quyết định đối với hiệu suất toàn diện của hệ thống kích đẩy Qua việc hiểu rõ và tối ưu hóa các thông số này, chúng ta có thể đạt được sự đồng bộ,

ổn định và mạnh mẽ trong hoạt động của hệ thống Điều này không chỉ tăng cường sức mạnh và độ chính xác mà còn đóng góp đáng kể vào hiệu quả năng lượng và nguồn lực

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả

1 Bài giảng trên lớp và sơ đồ thủy lực một số máy xây dựng

2 PGS.TS Đỗ Xuân Đinh (2012), Truyền động thủy khí, NXB Xây Dựng

3 Peter Chapple (2003), Principles of Hydraulic Systems Design

4 Catalog của các hãng