Tính toán bửng nâng sử dụng 1 xylanh thủy lực cho xe tải

Tính toán bửng nâng hạ cho xe tải, sử dụng 1 xylanh thủy lực, tải trọng nâng 500kg, gồm tính chọn xylanh, tính lực xylanh, tính chọn bơm, tính bền sàn nâng. Liên hệ: dcad2k@gmail.com để lấy bản vẽ CAD 2D.

Tính chọn hệ thống thủy lực điều khiển nâng hạ bửng1 Tính chọn bơm và xi lanh thủy lực

Hình 6.5 Sơ đồ tính toán lực tác dụng của xi lanh thủy lực

Trên hình 6.5 ta có A là puly đôi di động B,C,D,E là puly cố định (trong đó D làpuly đôi) Hệ thống nâng hạ trên hình 6.5 sử dụng hệ 2 ròng rọc (lợi 2 lần về đường đivà thiệt hai lần về lực), do đó tỷ số đường đi bằng 2, có nghĩa là khi xi lanh thủy lựcđẩy đi một đoạn thì bửng nâng sẽ di chuyển đi một đoạn gắp đôi

Lực đẩy của xi lanh thủy lực yêu cầu lớn nhất tại thồi điểm bắt đầu nâng hàngvới trọng lượng hàng hóa lớn nhất cho phép thông qua pyly di động A và puly cố địnhB,C,D,E

Theo sơ đồ tính toán được trình bày trên hình 6.5 ta có:

P=P1+P2=Gh1+Gbn(6.9)Trong đó:

P: Trọng lượng toàn bộP1: Trọng lượng nữa bên phải P2: Trọng lượng nữa bên tráiGh1: Trọng lượng hàng hóa lớn nhất mà bửng nâng có thể nâng được Ta lựa chọntrước phần trọng lượng hàng hóa tối đa mà bửng nâng có thế nâng đc là 500 kG

Gbn: Trọng lượng của bửng nâng, Gbn = 133 kGThay giá trị váo công thức ta được: P = 633 kGSau khi qua hệ thống buly thì chiều dài nâng của xylanh giảm đi 2, đồng thờitrọng lượng nâng sẽ tăng lên gấp đôi Do đó lúc này ta có trọng lượng toàn bộ phảinâng là:

Lực đẩy của xylanh được xác định như sau:

Fxl=i S P (6.10)

Trong đó:Fxl: Lực đẩy của xylanh thủy lực i: Số lượng xylanh, i = 1

S: Diện tích mặt cắt đường kính trong của xylanhP: Áp suất dầu thủy lực tạo ra từ bơm

: Hiệu suất của hệ thống, chọn = 0,85Để xylanh thủy lực có thế nâng được cũng như đảm bảo an toàn cho hệ thốngnâng hạ thì lực đẩy của xylanh phải lớn hơn lực cần thiết để nâng toàn bộ bửng vàhàng Fxl > Pct.

Hình 6.6 Bộ nguồn thủy lực của Việt Hà

Tham khảo một số hệ thống thủy lực lắp trên xe có hệ thống nâng hạ ta chọn bộnguồn thủy lực của hãng Việt Hà với các thông số sau:

Kiểu loại: Bơm bánh răng ăn khớp ngoàiNhãn hiệu: Việt Hà

Số loại: PC 12621Áp suất định mức: P = 140 bar = 14.106 (N/m2)Lưu lượng riêng: q = 2,5 (cm3/vòng)

Công suất bơm: Nb = 1,6 KwSố vòng quay: 2750 (vòng/phút)Nguồn điện sử dụng: Điện áp accu 12V

Chọn xylanh thủy lực của hãng Việt Hà Đối với xylanh thủy lực dựa vào kết cấucủa hệ thống nâng hạ ta sẽ đặt làm xylanh thủy lực riêng cho phù hợp với điều kiệnnâng hạ.

Ta đặt làm xylanh thủy lực có mã ký hiệu sản phẩm như sau:VHS ET 50 (60)-30-500 PH

Chú thích mã ký hiệu xylanh:VHS: Loại xylanh tác động một chiềuET: Kiểu lắp đuôi thân xylanh là đuôi khớp trụ tròn50: Đường kính lòng trong của ống xylanh DT = 50mm(60): Đường kính ngoài của ống xylanh AT = 60mm30: Đường kính cần xylanh MM = 30mm

500: Chiều dài hành trình của xylanh 500mmPH: Kiểu lắp đầu cần xylanh là kiểu lỗ trụ đầu cầnTừ các thông số của hệ thống thủy lực trên thay vào công thức ta tính được lựcđẩy của xylanh như sau:

Fxl=1.π 5

24 .140 0,85=2336,6(kG)Như vậy ta thấy: Fxl = 2336,6 (kG) > Pct = 1266 (kG) do đó lực đẩy của xylanhthõa mãn điều kiện làm việc

Tính lại đường kính cần xylanh:

MM=(0,56 ÷O , 7) DT =(0,56 ÷ 0,7) 50=28 ÷ 35(mm)

Như vậy đường kính cần xylanh đã chọn MM = 30mm nằm trong khoảng 28mm

÷35mm do đó đường kính cần xylanh phù hợp với kích thước đã chọn.Để đảm bảo đủ bền khi làm việc ta tính kiệm nghiệm lại cần xylanh để đảm bảo

không bị cong cần khi xylanh đẩy quá tải Dựa vào công thức thực nghiệm tetmajer để

tính lực đẩy giới hạn không bị cong cần:

Fgh=π d2.(355−0,62)

4 v

Trong đó:d: Đường kính cần đẩy xylanh, d = 30 mm

: Độ mảnh, = 4.L/d = 4.500/30 = 200/3 (với L là chiều dài hành trình củaxylanh)

v: Hệ số an toàn, chọn v = 3,5Thay các giá trị vào công thức ta tính được: Fgh = 63347,97 kG.Ta thấy Fgh = 63347,97 kG lớn hơn rất nhiều so với Fxl = 2336,6 kG do đó đảmbảo cần xylanh không bị cong khi xylanh đẩy quá tải

Tính tốc độ đẩy của xylanh thủy lực:

Lưu lượng cấp vào xylanh:

Q=q n(6.11)

Trong đó:q: Lưu lượng riêng, q = 2,5 (cm3/vòng)n: Số vòng quay, n = 2750 (vòng/phút)Thay các giá trị vào công thức ta được:

Q=2,5.2750 10

−660 =1,15.10

−4(m3/s)

Vận tốc chyển động của piston (đối với xylanh thủy lực tác động một chiều):

v=Q0,06 A(6.12)

Trong đó:Q: Lưu lượng cần cấp vào xylanh, Q = 1,15.10-4 (m3/s)A: Tiết diện lòng trong ống xylanh

Thay các giá trị vào công thức ta được:

v= 1,15.10

−40,06.π 0,05

24

=0,98 (m/s )=3,528(km/h)

Như vậy tốc độ đẩy của xylanh thủy lực là 3,528 (km/h)

2 Sơ đồ và nguyên lí hoạt động của hệ thống thủy lực

Hình 6.7 Sơ đồ hệ thống thủy lực nâng hạ bửng

1 - Lọc dầu; 2- Bơm dầu thủy lực; 3 - Động cơ điện; 4 - Van an toàn;5 - Van một chiều; 6 - Van phân phối 2/2; 7 - Xylanh thủy lực;

8 - Van tiết lưu; 9 - Thùng chứa dầu thủy lực

Nguyên lí hoạt động của sơ đồ thủy lực:Trạng thái nâng bửng: Sau khi mở khóa điện tổng ta nhấn vào nút điều khiển códấu mũi tên đi lên làm cho van phân phối 2/2 (6) ở vị trí bên trái, lúc này động cơ điện(3) nhận điện áp 12V từ accu quay thông qua hệ thống truyền động làm bơm bánh răngăn khớp ngoài (2) quay, nhờ lực hút từ bơm (2) dầu thủy lực từ thùng chứa (9) được

hút qua lọc dầu (1) theo đường ống dẫn đi đến van an toàn (4) và van một chiều (5).Khi áp suất dầu trong đường ống quá lớn thì van an toàn (4) sẽ mở cho dầu cao ápquay về thùng chứa (9) để bảo vệ hệ thống thủy lực Khi áp suất dầu trong đường ốngở mức ổn định thì dầu thủy lực sẽ đi qua van một chiều (5) một hướng đến van phânphối 2/2 (6) nhưng bị chặn lại do van này ở vị trí bên trái ở chế độ chặn dòng dầu quayvề thùng chứa, một hướng đến xylanh (7) nhờ áp lực dầu đẩy cần xylanh sang phải đểthực hiện nâng bửng.

Trạng thái hạ bửng: Nhấn vào nút điều khiển có dấu mũi tên đi xuống làm chovan phân phối 2/2 (6) chuyển sang vị trí bên phải là vị trí mở để dẫn dầu quay về thùngchứa và bơm dầu (2) không hoạt động Dưới tác dụng của trọng lượng bửng nâng sẽtác động ngược lại xylanh thủy lực làm thu cần xylanh và đẩy dầu thủy lực theo ốngdẫn qua van phân phối 2/2 (6), qua van tiết lưu (8) và trở về thùng chứa Van tiết lưu(8) có nhiệm vụ điều tiết lượng dầu hồi về để bửng nâng luôn được hạ xuống một cáchnhẹ nhàng, tránh gây va đập khi hạ bửng

Trạng thái giữ: Khi đang nâng hoặc hạ ta muốn giữ bững nâng ở một vị trí nhấtđịnh nào đó (vị trí này luôn nằm trong phạm vị nâng hạ của bửng) thì ta nhả nút điềukhiển (không nhấn vào bất kí nút nào) lúc này van phân phối 2/2 (6) sẽ chuyển sang vịtrí bên trái (vị trí khóa không cho dầu về thùng chứa) động thời bơm dầu (2) khônghoạt động Dầu thủy lực lúc này được chặn lại bởi van một chiều (5) và van phân phối2/2 (6) dầu thủy lực lúc này không được cấp từ bơm và cũng không được hồi về thùngnên áp suất dầu không thay đổi do đó vị trí của cần xylanh sẽ luôn được giữ nguyênlàm cho bửng nâng luôn giữ ở một vị trí nhất định

3 Kiểm tra bền phần khung xương bửng nâng hạ

Để tính bền ta giả thiết rằngTrọng lượng hàng hóa tối đa có thể nâng và trọng lượng tấm thép sàn phân bốđều cho các thanh khung xương của bửng

Khi bửng nâng hoạt động thì trọng lượng của bửng nâng và trọng lượng hàng hóasẽ tác động lên thanh dẫn hướng một lực P, do thanh dẫn hướng có góc nghiêng 360 sovới mặt phẳng ngang của bửng nên lực P này được phân tích thành 2 thành phần làP.sin360 và P.cos360

Khi bửng nâng ở trạng thái hoạt động (như hình 6.8) thì đầu khung xương bêntrái là ngàm cố định và đầu khung xương bên phải là phần tự do.

Ta có sơ đồ các lực tác dụng lên khung xương bửng như sau:

Hình 6.8 Sơ đồ các lực tác dụng lên khung xương bửng nâng

Bảng 6.5 Các thông số tính toán bền khung xương bửng nângST

07 Tiết diện mặt cắt ngang của thanh A cm2 6,84

Trong đó:- Gh: Trọng lượng hàng hóa nâng, Gh = 500 kG- Gs: Trọng lượng tấm sàn, Gs = 28,5 kG

- L: chiều dài mỗi thanh ngang, L = 0.56 m- n: Số thanh ngang, n = 5

Thay vào công thức ta có q = 188,75 (kG/m)Tải trọng tập trung P:

P=GT+Ghn (6.14)

Trong đó:- GT: Trọng lượng toàn bộ bửng nâng, GT = 133 kG- Gh: Trọng lượng hàng hóa nâng, Gh = 500 kG- n: Số thanh ngang chịu tác dụng, n = 2 (lực này chỉ tác dụng với 2 thanh ởngoài cùng của bửng nâng)

Thay vào công thức 3.3 ta có P = 316,5 (kG)Dựa vào hình 6.8 ta có lực tác dụng theo phương vuông góc với khung xươngbửng là P.sin360 = 316.5.sin360 = 186,03 (kG)

Sử dụng phần mềm RDM để tính bền ta có các sơ đồ tính toán sau:

Hình 6.9 Sơ đồ các lực tác dụng

Hình 6.10 Biểu đồ moment

Từ hình 6.10 ta thấy mômen uốn lớn nhất là Mumax = 5,04.102 (N.m)

Hình 6.11 Biểu đồ ứng suất

Từ hình 6.11 ta thấy ứng suất uốn lớn nhất umax = 43,31 Mpa.Như vậy ta có: umax = 43,31 Mpa < [u] = 120 Mpa.

Với kết quả này thì các thanh khung xương của bửng nâng đảm bảo sức bền khi làm việc