Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG
BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC
Tên đề tàiPhương án
: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển: D16
Họ và tên sinh viên : Lê Thái Hoàng
MSSV: 0240066
Thầy hướng dẫn: Ts Cao Thành Dũng
Hà Nội, 12/2023
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG
BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC
Tên đề tàiPhương án
: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển
: D16Họ và tên sinh viên
: Lê Thái HoàngLớp: 66MEC1MSSV: 0240066Thầy hướng
: Ts Cao Thành Dũng
Hà Nội, 12/2023
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG
NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC
1 Thông tin sinh viên
Họ và tên: Lê Thái Hoàng Lớp: 66MEC1 MSSV: 0240066
2 Nhiệm vụ tính toán
a) Tên đề tài: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyểnb) Phương án thiết kế: D16
c) Các số liệu cho trước:
- Mô men cần thiết môtơ, M: 6 KNm- Tốc độ quay, n: 16 v/ph
Yêu cầu thiết kế:
Sử dụng hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau.
Mô tơ quay hai chiều, sử dụng phanh điều khiển liên động cùng với dòng áp lực cấp cho mô tơ, điều khiển mô tơ trực tiếp bằng tay, bỏ qua việc tính toán xilanh thủy lực phanh.
Đảm bảo an toàn theo hai chiều chuyển động, có hãm khi dừng chuyển động.
Van phân phối mắc giảm tải cho bơm
3 Ngày giao: 21/11/2023 4 Ngày hoàn thành: 09/12/20235 Thầy hướng dẫn: Ts Cao Thành Dũng
Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2023 Sinh viên thực hiện
Trang 4MỤC LỤC
1 Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp
1.1 Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành……… ….2
1.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc………3
2 Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ thống……….……… ………… 5
2.1 Tính toán các thông số của mô tơ thủy lực……….5
2.2 Tính toán tuy ô thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)……… 6
2.3 Tính toán các thông số cơ bản van phân phối……….5
2.4 Tính toán các thông số cơ bản van giới hạn áp……… 7
2.5 Tính toán các tham số cơ bản của van điều chỉnh dòng……… 8
2.6 Tính toán các tham số cơ bản van điều chỉnh dòng – van hai chiều có điều khiển……… 9
3 Tính toán bộ nguồn thủy lực……….10
Trang 5MỞ ĐẦU
Thủy lực ngày càng được con người tin tưởng sử dụng trong các máy móc, dâychuyền sản xuất từ ngành công nghiệp nhẹ cho đến công nghiệp nặng, khai khoángvà cả lĩnh vực đời sống Chắc chắn những nguyên lý cơ bản, những đại lượng củathủy lực và ưu nhược điểm hệ thống này là điều mà hầu hết mọi người còn cảmthấy băn khoăn.
Trong một hệ thống thủy lực, dầu đóng vai trò quan trọng khi vừa là môi chất đểtruyền lực đi, vừa là chất bôi trơn bề mặt tiếp xúc chấp hành, cơ cấu Dầu thủy lựcdi chuyển trong mạch có tính chất kín và tuần hoàn, nhờ vào bơm thủy lực cùng vớicác thiết bị cơ cấu điều khiển.
Hệ thống mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển phục vụ rất nhiều trong đời sống,cho nên em nghiên cứu và tìm hiểu để đưa ra những giải pháp hữu ích phục vụ conngười trong sinh hoạt.
1
Trang 61.Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp hành
1.1 Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành
Yêu cầu thiết kế: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển Sử dụng hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau Mô tơ quay hai chiều, sử dụng phanh điều khiển liên động cùng với dòng áp lực cấp cho mô tơ, điều khiển mô tơ trực tiếp bằng tay, bỏ qua việc tính toán xilanh thủy lực phanh Đảm bảo an toàn theo hai chiều chuyển động, có hãm khi dừng chuyển động Van phân phối mắc giảm tải chobơm
Momen cần thiếtmô tơ M (KNm)
Tốc độ quayn (v/ph)
Từ các yêu cầu và số liệu trên ta chọn những phần tử thủy lực chính sau: 1 Xy lanh thủy lực kích đẩy.
2 Van phân phối 4/3 điều khiển bằng tay.
3 Van giới hạn áp đảm bảo an toàn cho mạch chính.4 Van điều chỉnh dòng.
5 Van một chiều kép có điều khiển Bảng thống kê các phần tử thủy lực:
Trang 7Sơ đồ mạch thủy lực
Giải thích phần tử thủy lực
0 Thùng chứa dầu1 Mô tơ quay hai chiều 2 Xilanh điều khiển tốc độ mô tơ3 Van hai chiều chuyển động4 Van phân phối 3/2 5 Van phân phối 2/2 6 Van giới hạn áp lực 7 Van hai chiều8 Xilanh thủy lực
3
Trang 89 Van phân phối 3/2 điều khiển bằng tay10 Van phân phối 6/3
11 Van tiết lưu 1 chiều12 Van giới hạn áp lực
Đặc điểm làm việc của cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển có nhiệm vụ tiếp nhận và truyền toàn bộ trọng lượng của máy xuống nền và tạo cho máy chuyển động theo hướng mong muốn trong quá trình làm việc Theo đặc điểm của đường và bộ phận di chuyển có thể phân ra cơ cấu di chuyển trên ray, cơ cấu di chuyển bánh lốp, cơ cấu di chuyển bằng bánh xích và một số dạng đặc biệt khác như cơ cấu di chuyển tự bước
Nguyên lí làm việc của mạch thủy lực:
Mạch thủy lực gồm cơ cấu di chuyển và cơ cấu điều khiển- Cơ cấu di chuyển:
Ở chế độ làm việc 0: Dầu được bơm vào van phân phối quay ngược trở lại thùng dầu, xylanh kích đẩy không làm việc
Ở chế độ làm việc 1: Dầu được bơm xuống dưới của mạch, đi qua hai van phân phối 6/3 giảm tải cho mạch chính Khi đi qua van phân phối dầu tiếp tục được đưa đi qua van phân phối 3/2 để điều khiển xilanh
Ở chế độ làm việc 2: Dầu được quay về thùng khi xilanh thụt vào đi qua van phân phối 3/2 giảm tải cho mạch dầu bơm lên xilanh rồi qua van phân phối 6/3 quay về thùng
- Cơ cấu điều khiển:
Ở chế độ làm việc 0: Dầu không được bơm qua van phân phối, cơ cấu di chuyển chưa hoạt động
Ở chế độ làm việc 1: Dầu được bơm lên từ nguồn điều khiển tốc độ mô tơ đi qua van phân phối 3/2 rồi qua van hai chiều để đi đến xilanh điều khiển tốc độ quay củamô tơ Mạch có hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau chỉ khác mỗi di chuyển bên trái và di chuyển bên phải còn về nguyên lý hoạt động thì tương tự nhau
4
Trang 92.Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ thống
2.1 Tính toán các thông số của mô tơ thủy lực
Dựa vào giá trị momen xoắn đã cho M và tần số quay (tốc độ quay) n ta xác định nhóm motor thủy lực cần tìm: Nếu M/n>10 ( trường hợp mômen lớn), M/n<10(trường hợp mômen nhỏ) Dựa vào đặc tính kỹ thuật của các dòng motor thủy lực được sản xuất công nghiệp với các giá trị M và n cho trước, từ đó lựa chọn mẫu motor thủy lực có kích thước tương tự (gần giống) nhất thích hợp qua các tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất motor.
Xác định hệ số chọn loại mô tơ thủy lực: M
n=61 6=0 , 375Ta chọn mô tơ thủy lực tốc độ thấp Mô-men xoắn cao
Thông số
Momen tối đa (KNm) 25
Tốc độ quay tối đa (v/ph) 650
Trang 102.2 Tính toán tuy ô thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)
Ta chọn ống thủy lực loại mềm GATES EFG5K – SAE100R13
Diện tích mặt cắt ướt ống: Amc=π.(Dngoài2− Dtrong2 )
4 =
−(19 10−3)2]
4 =5,2 10
−4(m2) Chiều dày thành ống:
s=Dngoài−Dtrong2 =
32 19−
2 =6,5(mm)
Từ trên ta chọn được 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 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 van phân phối
Van phân phối 3/2 là một loại van mà chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp tại các hệthống dầu, nhớt quy mô lớn nhỏ khác nhau.
Nếu van ở vị trí 1 thì dầu sẽ được cung cấp ở khoang trái của xi lanh Thôngthường, người ta lắp loại van phân phối thủy lực này cho xi lanh 1 chiều Có nghĩalà xi lanh được bơm dầu, hồi vị trí với 1 lần sinh công duy nhất
Khi ở trạng thái 1, chất lỏng thủy lực sẽ được dẫn vào khoang bên trái và đếnxilanh bên trái Khoang bên phải sẽ không chứa chất lỏng thủy lực, đồng thời cũngkhông có hiện tượng hồi dầu về thùng từ khoang phải Với nguyên lý như vậyxilanh chỉ cần 1 lần sinh công duy nhất.
Bán kính ngoàiDngoài (mm)
Bán kính trongDtrong (mm)
Áp suất địnhmức p (bar)dm
Áp suất giới hạnpph (bar)
Trang 11Van phân phối 3/2 thích hợp để sử dụng cho hệ thống xilanh 1 chiều Ký hiệucủa nó như hình bên dưới.
Ta chọn van phân phối Yuken DSG 01:
Thông số
Lưu lượng tối đa (L/phút) 60
Áp suất tối thiểu (Bar) 110
Áp suất tối đa (Bar) 320
2.4 Tính toán các thông số cơ bản van giới hạn áp
Trong mạch thủy lực có van điều khiển áp xuất chỉ có chức năng là đảm bảo antoàn 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 ống RV
+ Lưu lượng tối đa: Qmax=300¿)
7
Trang 12+ Áp suất tối đa: Pmax=200¿
+ Van an toàn cho cả mạch chọn van RV-10T
+ Van an toàn cho xylanh chọn van RV-6T
STTChức năng vanLưu lượng tốiđa Q (l/phut)max
Áp suất mởvan P (bar)
Khoảng điều chỉnháp suất (loại có điều
1 Đảm bảo an toàncho mạch chính 300 65,2 70-2102 Đảm bảo an toàncho xylanh 180 31,3 35-140
2.5 Tính toán các tham số cơ bản của van điều chỉnh dòng
Van tiết lưu thủy lực 1 chiều là loại linh kiện được dùng để điều chỉnh lưu lượngchất lỏng trong một bộ phận hoặc toàn bộ hệ thống thủy lực và từ đó có thể điềuchỉnh được được vận tốc cơ cấu chấp hành động cơ thủy lực Tùy vào thương hiệusản xuất và các model khác nhau nên loại van này có mẫu mã, kích thước và màusắc khác nhau
Cấu tạo van tiết lưu thủy lực 1 chiều gồm các bộ phận như sau ống đàn hồi,càng đàn hồi 2 cuộn dây, cánh chạm, nam châm vĩnh cửu và miệng phun dầu.
Kích thước cổng(mm)
Áp xuất làm việc
(bar)Nhiệt độ
8
Trang 132.6 Tính toán các tham số cơ bản van điều chỉnh dòng – van hai chiều có điều khiển
Van 2 chiều hay van nước 2 chiều còn được gọi là van chặn, van khóa Là một loại van công nghiệp cho phép dòng chảy đi qua theo 2 chiều ngược nhau Van 2 chiều có rất nhiều loại, có thể là van cổng, van bướm hoặc van bi Những loại van cho phép dòng chảy của lưu chất đi qua ở cả hai chiều và dĩ nhiên là nó cũng có thể ngăn dòng chảy đi qua.
Do cách gọi và ngôn ngữ của nhiều nơi, nên việc gọi van 2 chiều cho nhiều loạivan khiến chúng ta kho xác định chính xác đó là loại van gì Thường thì các hệthống hiện nay, khi cần sử dụng tới van 2 chiều thì đó thường là van cổng hoặc vanbướm.
Kích thước cổng(mm)
Trang 143.1 Bơm thủy lực
Ta chọn bơm theo áp suất làm việc và lưu lượng làm việc của mạch thủy lực
+ Áp suất
Pbơ mmax=Pmax+∑∆pi
Pmax- áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống cung cấp cho động cơ thủy lực
∑∆pi- tổng tổn thất áp suất qua các phần tử và đường ống
∑∆Q - Tổng tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống (được tính gần đúng là ∑∆Q= (10% → 15 %).Qdc)
Ta có tổng lưu lượng của van là:Qvan=60 (l/ph)→Qbơmmax=60 0,1.60 66+= (l/ph)
Từ những thông số trên ta chọn được loại bơm sau:Bơm Piston Bosch Rexroth loại A10VSO
10
Trang 15Loại bơm Lưu lượngriêng qb
Tốc độ quaytrung bình(vòng/phút)
Áp suất làmviệc pbommax
Khoảng điềuchỉnh lưu
lượng(l/phút)Piston 0,018 1500 350 27-70
3.2 Thùng dầu
Trong các trạm nguồn hay hệ thống thủy lực, nếu chúng ta quan sát kỹ sẽ thấy 1thiết bị dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước lớn Đó chính là thùng dầu thủy lực.Thiết bị được làm hoàn toàn bằng kim loại, được gia công tỉ mỉ nhằm đảm bảo độkín khít Màu sắc có thể là xanh, đen, xám hoặc bạc…
Chức năng chính của thùng dầu thủy lực đó là chứa lượng dầu đủ để cung cấp cho hệ thống hoạt động Song song với đó, nó còn có nhiều chức năng khác như:
Là nơi giúp giải nhiệt dầu thủy lực khi dầu bị nóng lên sau kết thúc 1 chu trình làm việc.
Thùng dầu còn giúp phân tách không khí có trong dầu nhằm đảm bảo chất lượng dầu cao nhất cho các thiết bị làm việc.
Thùng dầu có còn là nơi chứa những tạp chất có trong dầu và được lắng đọngchúng xuống đáy như: Hạt kim loại, đất cát, sợi ni lông, ba vía sắt…
Đối với trạm nguồn tì thùng dầu thủy lực là nơi để gá, gắn các thiết bị khác lên trên như: Bơm dầu, động cơ thủy lực, các loại van dầu điều khiển, đồng hồ đo áp suất… sao cho vừa nhỏ gọn, đơn giản và khoa học.
Dung tích của thùng dầu: Vn=k.Qt
Qt- Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm l/ph - Hệ số tỷ lệ
Chọn k = 4 →Vn=6.66 396= (l/ph)Dự định kết cấu thùng dầu:
Thùng dầu phải có vách ngăn cửa hút và cửa hồi, trên vách ngăn này có rãnh lưuthông dầu Khoảng cách từ cửa hút và cửa hồi càng xa càng tốt nhằm làm nguội dầu và không tạo song trong thùng, đặt bộ lọc khí để tránh bụi bẩn dầu Các ống ra
11
Trang 16vào 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 có dung tích 400 lít
Kết luận
Ưu điểm của hệ thống thủy lực:
Truyền động được mức công suất và áp lực lớn, nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản.
Điều chỉnh được vận tốc, đảo chiều cũng dễ dàng.
Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ thủy lực nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà người dùng không sợ bị va đập mạnh giống như cơ khí và điện.
Dễ biến đổi chuyển động quay của moto thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.
Nhược điểm của hệ thống thủy lực:
Sau một thời gian sử dụng thì ma sát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử sẽ làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống, đồng thời làm hạnchế phạm vi sử dụng.
Do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn mà hệ thống sẽ khó giữ được vận tốc không đổi trong trường hợp phụ tải thay đổi.
Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống sẽ không ổn định, vận tốc làm việcthay đổi do độ nhớt của chất lỏng đã thay đổi.
Cơ cấu di chuyển có những yêu cầu và đặc điểm làm việc cơ bản riêng như sau:Sử dụng moto thủy lực quay hai chiều
12
Trang 17Làm việc với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào vị trí và yêu cầu làm việc của máy.
Mômen cản khi khởi động và mômen quán tính khi phanh dừng lớn.Hệ thống phanh thường mở và được điều khiển độc lập với động cơ.Với máy có cơ cấu di chuyển được dẫn động bằng nhiều động cơ các moto được điều khiểnđộc lập để có thể quay trong quá trình di chuyển.
Ngoài hệ thống phanh trong mạch còn có phần tử đảm bảo an toàn cho hệ thống trong trường hợp bục, đứt đường ống, phanh bị hỏng.
Tài liệu tham khảo
1 Bài giảng trên lớp và sơ đồ thủy lực một số máy Máy xây dựng
2 Truyền động thủy khí, PGS TS Đỗ Xuân Đinh, Trường ĐH XD,2012
3 http://hydraulicspneumatics.com4 Catalog các hãng, ví dụ tìm tại:
http://www.bibus.hu/fileadmin/product_data/daikin/documents/daikin_oil_hyd raulic_equipment_catalogue_en.pdf
13