Bài Tập Lớn Kỹ Thuật Thủy Lựcbài Tập Lớn Môn Kỹ Thuật Thủy Lực Đề Tài Thiết Kế Mạch Thuỷ Lực Điều Khiển Cho 3 Xy Lanh Thuỷ Lực, Làm Việc Độc Lập.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘIKHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ THUẬT THỦY LỰC Đề tài : Thiết kế mạch thuỷ lực điều khiển cho 3 xy lanh thuỷ lực, làm việc độc lập Hà Nội, 11/2023... Nhiệm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ THUẬT THỦY LỰC

Đề tài : Thiết kế mạch thuỷ lực điều khiển cho 3 xy lanh thuỷ lực, làm

việc độc lập

Hà Nội, 11/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC

1 Họ và tên: Lớp: MSSV:

2 Nhiệm vụ tính toán:

a, Tên đề tài: Thiết kế mạch thuỷ lực điều khiển cho 3 xylanh thuỷ lực làm việc độc lập

b, Phương án thiết kế E6

c, Các số liệu cho trước:

Lực đẩy của xylanh F1, tấn Vận tốc nâng V , m/phn Các thông số khác

3 Ngày giao: 17/11/2023

4 Ngày hoàn thành: 27/11/2023

5 Thầy hướng dẫn:

Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2023 Sinh viên thực hiện

2

MỤC LỤC Nội dung bài tập lớ n 4

1 Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thuỷ lực cho bộ chấp hành 4

2 Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thuỷ lực của hệ thống 6

2.1 Tính toán các thông số của xy lanh thủy lực 6

2.2 Tính toán đường ống thủy lực 8

2.3 Tính toán các thông số cơ bản của van phân phối 9

2.4 Tính toán các thông số cơ bản của van điều khiển áp suất 9

2.5 Tính toán các thông số cơ bản van một chiều 10

3 Tính toán bộ nguồn thuỷ lực 11

3.1 Bơm thủy lực 11

3.2 Thùng dầu và lọc dầu 12

3.3 Tính toán động cơ dẫn động 12

4 Tài liệu tham khảo 13

3

NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN

1 PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THUỶ LỰC CHO BỘ CHẤP HÀNH.

Yêu cầu:

- Hệ thống sử dụng 3 xi lanh như nhau, tải trọng tác dụng bằng nhau, điều khiển điện

tử, đảm bảo giới hạn áp lực cho mạch chính, van phân phối giảm tải cho bơm

- Từng xy lanh có thể điều chỉnh được vận tốc duỗi ra, không cần dòng xy lanh ở chiều ngược lại

Bảng thông số

Lực đẩy của xylanh F1, tấn Vận tốc nâng V , m/phn Các thông số khác

Bảng 1: thông số đầu vào

- Từ các yêu cầu và số liệu trên ta chọn những phần tử thuỷ lực chính sau:

1 Xy lanh thuỷ lực

2 Bơm thuỷ lực 1 chiều

3 Van phân phối điều khiển bằng điện

4 Van an toàn đảm bảo áp lực cho mạch chính

5 Van 1 chiều

4

Sơ đồ mạch thuỷ lực.

Hình 1.1: Sơ đồ mạch thuỷ lực 3 xy lanh độc lập Giải thích phần tử thủy lực:

- Thùng dầu

- Động cơ điện

- Áp kế

- Bộ lọc dầu

- Bơm thủy lực

- Van an toàn (van hồi thùng)

- Van an toàn đảm bảo cho xy lanh thủy lực

- Van 1 chiều chỉ cho phép dòng chất lỏng đi theo 1 chiều nhất định

- Xy lanh thủy lực 2 chiều

- Van phân phối 4/3 điều khiển xy lanh thủy lực

5

Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.2: Sơ đồ mô phỏng hoạt động hệ thuỷ lực 3 xy lanh độc lập

- Ba xy lanh làm việc độc lập, không xy lanh nào ảnh hưởng đến nhau

- Khi động cơ điện được kích hoạt, thì bơm bắt đầu hoạt động, khi đó, dầu được bơm chuyển qua các kênh xy lanh nhờ van 4/3

- Van ở vị trí nào thì dầu cũng được vận chuyển một cách liên tục

- Sau đó từng xy lanh hoạt động, cửa thải được nối với lọc dầu để lọc và chuyển về thùng ban đầu

2 TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT CÁC PHẦN

TỬ THUỶ LỰC CỦA HỆ THỐNG.

2.1 Tính toán các thông số của xy lanh thủy lực

- Đổi 10 tấn = 98,06 (KN) = F1

- Vận tốc nâng Vn = 5 (m/p)

Từ yêu cầu trên ta chọn xy lanh thuỷ lực 2 chiều chuyển động: kích thuỷ lực 2 chiều osaka E10H8

6

Hình 1.3: Xy lanh thuỷ lực E10H8 Bảng 2: Bảng thông số cơ bản của xy lanh E10H8

Lực đẩy tối đa Fdmax – kN (tấn) 100 (10) Lực kéo tối đa Fkmax – kN (tấn) 45 (4,5) Hành trình lớn nhất (mm) 80

Độ dài của xylanh H(mm) 233 Khoảng cách 2 cửa P (mm) 115 Đường kính xylanh D (mm) 67 Đường kính piston d (mm) 43

Diện tích mặt cắt của xylanh buồng không có cán piston là:

A1 = π D2

4 =

π 0,0672

4 =3,53 10

−3(m2)

Diện tích mặt của xy lanh buồng có cán là:

A2 = π (D2

−d2)

4 =

π (0,067 0,0432

− 2)

4 =2,07 10

−3 (m2)

7

Lưu lượng cấp cho xy lanh khi nâng là:

Qn = Vn.An =5.3,53.10 = 0,01765 (m /p) = 17,65 (l/p)-3 3

Áp suất nâng khi làm việc của xy lanh là:

P= F1:An = 98,06 : (3,53.10 ) = 27779 (kN/m2)-3

2.2 Tính toán đường ống thủy lực

Đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống thép đúc và ống mềm (ống cao su) chịu áp Đường ống gồm 3 phần: đường ống hút, đường ống đẩy và đường ống xả: Thông thường, vận tốc cho phép trong các đường ống này như sau:

- Đối với ống hút : v ≤ 2m/s hút

- Đối với ống đẩy: v ≤ 5 6 m/s đẩy

- Đối với ống xả : v ≤ 3 4 m/s.xả

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường ống thủy lực chung phù hợp cho cả 3 đường ống

Ta chọn ống thủy lực loại mềm GATES FEG5K – SAE 100R13 Mã hiệu 8FEG5K

Bảng 3: Thông số ống chọn Bán kính ngoài

Dngoài (mm) Bán kính trong D(mm) trong Áp suất định mức p(bar) dmÁp suất giới hạn p(bar) ph

Diện tích mặt cắt là:

Amc=π (Dngoai−Dtrong)2

π (23,9.10−3

−12,7 10−3)2

4 =9,85 10

−5(m2)

Độ dày thành ống là :

s=Dngoai−Dtrong

2 =

23,9 12,7−

2 =5,6(mm) Các loại khớp nối :

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

8

+ 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 phối

Chọn loại van điện từ 4/3 điều khiển bằng điện từ của Saintfon DSG

Hình 1.4: van điện từ 4/3 điều khiển bằng điện từ

Mã hiệu: DSG-03-3C2

Lưu lượng tối đa (l/ph): 120

Áp suất tối thiểu (bar): 100

Áp suất tối đa (bar): 250

2.4 Tính toán các thông số cơ bản của van điều khiển áp

suất

Chọn loại van an toàn điều khiển bằng điện từ dạng ren RV có các thông số chung như sau:

9

Hình 1.5: van an toàn Lưu lượng tối đa : Q = 400l/p max

Áp suất tối đa P = 250 Barmax

Van an toàn cho cả mạch: RV – 06T

Van an toàn cho xylanh thuỷ lực: RV – 04T

Bảng 4: Thông số cơ bản van an toàn

TT Chức năng van Lưu lượng tối đa

Qmax (l/p)

Áp suất mở van P (bar)

Khoảng điều chỉnh

áp suất (có điều khiển)

1 Đảm bảo an toàn cho

mạch chính 200 34,323 34,323-137,3

2 Đảm bảo an toàn cho

xy lanh thuỷ lực 100 6,86 6,86-68,65

2.5 Tính toán các thông số cơ bản van một chiều

Chọn van 1 chiều CIT06 không điều khiển với các thông số sau:

- Lưu lượng max: 85 (l/ph)

- Áp suất tối đa: 25 (Mpa)

Ưu điểm nổi bật:

- Thiết kế nhỏ gọn và đơn giản

10

- Chất liệu cứng cáp được làm từ thép nên bền, không bị oxi hoá, ăn mòn.

- Phù hợp lắp trong nhiều không gian, môi trường khác nhau

3 TÍNH TOÁN BỘ NGUỒN THUỶ LỰC.

3.1 Bơm thủy lực

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

- Xác định áp suất làm việc lớn nhất của bơm:

Pbommax = Pmax + ∑∆ Pi Trong đó:

P là áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống cung cấp cho động cơ thuỷ lực.max ∑∆ Pilà tổng tổn thất áp suất qua các phần tử đường ống

∑∆ Pi=(0,1−0,2)Pmax

Pxylanh=277,79¯¿Pmax

Pbommax = 277,79 + 0,15.277,79 = 319,45 (bar)

- Lưu lượng cần thiết Qbommax

Qbommax = Q + đc ∑∆ Q Trong đó:

Q lưu lượng làm việc của toàn bộ mạch thuỷ lực đc

∑∆ Q là tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống

∑∆ Q=(10−15 %)Qđc

Q = 17,65 (l/ph) đc

Qbommax = 17,65 + 0,15.17,65 = 20,29 (l/ph)

Từ những thông số trên ta chọn được loại bơm sau:

Bơm piston có điều chỉnh lưu lượng Bosch Rexroth loại A10VSO

Bảng 5: Thông số cơ bản của bơm Bosch Rexroth loại A10VSO

11

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/phút) Piston loại có điều

khiển 0,018 1500 350 27 – 70,2

3.2 Thùng dầu và lọc dầu

a, Thùng dầu

Dung tích của thùng dầu: V k.Qn t

Qt – Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm l/phút

k – hệ số tỷ lệ k = 2÷8 Chọn k=3

Vn 3.20,29 60,87 (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 song 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 120 lít

b, Lọc dầu

Lọc dầu MF24

Lưu lượng dòng chảy 850 (l/phút)

Áp suất hoạt động 12 (bar)

3.3 Tính toán động cơ dẫn động

Việc tính toán chọn động cơ gồm các lựa chọn:

1) Chọn loại, kiểu động cơ: nếu chọn phù hợp thì động cơ sẽ có tính năng làm việc thích hợp với yêu cầu truyền động của máy Ở đây, chọn động cơ điện xoay chiều ba

12

pha, do cấu tạo và vận hành đơn giản, nối trực tiếp với mạng điện xoay chiều, không cần biến đổi dòng điện

2) Chọn công suất của động cơ Nđc: phải dựa trên công suất của bơm, có tính đến tổn thất cơ khí Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn Nếu công suất động cơ nhỏ hơn công suất bơm thì động cơ sẽ làm việc quá tải, nhiệt tăng qúa trị số cho phép, động cơ chóng hỏng Khi động cơ truyền công suất cho bơm dầu

sẽ có tổn thất cơ khí trên đường truyền công suất qua các thiết bị cơ khí hoặc do ma sát, thông thường tổn thất này chiếm khoảng ∆N ≈ 15% N Ngoài lượng tổn thấtck đc này ra thì 85% N sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực mà bơm dầu cấp cho hệđc thống

Vậy công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là:

Ndc=Nbơm

0,85=

Qbơm Pbơm 612.0,85 =

20,29.319,45 612.0,85 =12,46(KW)

Từ công suất trên ta chọn động cơ điện hãng Siemens 15 KW 20 Hp

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bài giảng trên lớp

[2] Đỗ Xuân Đỉnh ( 2011), Truyền động thủy khí, Nhà xuất bản Xây dựng

[3] Catalog các hãng

13