Báo cáo bài tập lớn kĩ thuật cơ khí phân tích và xây dựng sơ Đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp hành

- Loại van chống tụt: Van 1 chiều có điều khiển - Loại van hãm khi hạ tải: Van tiết lưu và van 1 chiều mắc song song  Bảng thông số Lực nâng của hệ thống F1 tấn Vận tốc nâng vnm/p Chiề

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

HANOI UNIVERSITY OF CIVIL ENGINEERING

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT CƠ

KHÍ

Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Hải Sinh viên: Tống Phú Hưng

Mssv: 0148867 Lớp: 67KOC2

HÀ NỘI, 2024

I Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp hành

 Yêu cầu:

- 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

- Loại van chống tụt: Van 1 chiều có điều khiển

- Loại van hãm khi hạ tải: Van tiết lưu và van 1 chiều mắc song song

 Bảng thông số

Lực nâng của hệ thống F1 (tấn)

Vận tốc nâng vn(m/p Chiều cao nâng (m)

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

1 Xy lanh thủy lực

2 Bơm thủy lực 1 chiều không có điều khiển

3 Van phân phối điều khiển bằng tay

4 Van an toàn đảm bảo áp lực cho mạch chính

5 Van 1 chiều có điều khiển

* Sơ đồ mạch thủy lực

Giải thích phần tử thủy lực

1- Thùng dầu

2- Bộ lọc dầu

3-Bơm thủy lực 1 chiều không điều khiển

4-Động cơ điện

5-Van an toàn (van hồi thùng)

6-Van phân phối 4/3 điều khiển xy lanh thủy lực (điều khiển bằng tay) 7- Van chống tải phản hồi

8 -Van hãm khi hạ tải

9 - Xy lanh thủy lực

Nguyên lý làm việc của mạch thủy lực:

Ở trạng thái 0 (Không làm việc) :

Van phân phối giảm tải cho bơm giữ xylanh ở vị trí cố định Trong đó cửa A, B, P, R đóng, dầu được bơm hút từ thùng qua bộ lọc vào P và khi quá tải áp suất trong đường ống vượt quá áp suất giới hạn của van an toàn van an toàn đảm bảo cho bơm thủy lực sẽ được mở dầu sẽ qua van an toàn và về thùng

Ở trạng thái nâng (Piston xylanh duỗi):

Dầu được bơm từ thùng qua bộ lọc vào P vào A vào khoang piston của xy lanh làm

xy lanh đẩy ra dầu từ khoang trên qua cửa B về R và về thùng

Ở trạng thái hạ (Piston xylanh co ):

Dầu đi từ thùng qua bộ lọc vào P vào B vào khoang trên của xylanh làm piston co lại dầu ở khoang piston về A về R và về thùng

Van 1 chiều 7 có tác dụng giữ tải chống tải bị tụt

II Tính toán và xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực hệ thống

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

Đổi 45 tấn = 441,17kN (có 1kN = 0,102 tấn)

- Vận tốc nâng vn = 2 m/ph

Từ những yêu cầu trên ta chọn Xi lanh thủy lực HuloMech với thông số như sau

THÔNG SỐ

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

A1=π D

2

4 =π 0 , 1 9

2

4 =0,028(m2

)

Diện tích mặt cắt của xy lanh buồng có cán piston là:

A2=π (D

2

−d2 )

4 =π (0 , 1 9

2

−0 , 0 92

)

4 =0,022(m2

)

Lưu lượng cấp cho xy lanh khi nâng là :

Q n =v n A n =0 , 1.0,028=2 , 8.1 0−3(m3

/ s)=168(l/ p)

Áp suất nâng khi làm việc của xy lanh là:

p= F

A1= F

π D2

4

= 539210

π 0 ,1 92

4

=19017 kN /m2

2.2 : Tính toán tuy ô 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 : vhút ≤ 2m/s

Đối với ống đẩy: vđẩy ≤ 5 6 m/s

Đối với ống xả : vxả ≤ 3 4 m/s

Đường kính trong của ống tính theo công thức:

a Tính toán đường kính ống hút

Để tính toán lấy vhút = 1,5 m/s,

Đường kính thiết kế của ống hút là:

d=√ 4.Q n

π v h ut=√4.2 , 8.1 0−3

π 1 ,5 =0,049 m=49 mm

b Tính toán đường kính ống đẩy

Chọn vđẩy = 5 m/s,

d=√ 4.Q n

π v day=√4.2 , 8.10−3

π 5 =0,027 m=27 mm

Đường kính trong của ống đẩy theo thiết kế là:

c Tính toán đường kính ống xả

Để tính toán lấy vận tốc ống xả là: vxả = 2 (m/s)

Đường kính trong của ống xả theo thiết kế là:

d=√ 4.Q n

π v xa=√4.2 , 8.1 0−3

π 2 =0,042 m=42 mm

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 32FEG5K

Đường kính ngoài

D ngoài (mm)

Đường kính trong

D trong (mm)

Áp suất định mức

p dm (bar) Áp suất giới hạnp ph (bar)

Diện tích mặt cắt là:

A mc=π (D ngoai2−D trong2)

4 =π (0 , 07 1

2

−0 , 0 52

)

4 =0 , 63.1 0−3(m2

)

Độ dày của thành ống là:

s=Dng −Dtr

2 =71 ,1−50 , 8

2 =10 ,15 mm

- Các loại khớp nối :

Từ trên ta chọn được vỏ tóp GS/GSP mã hiệu 32GS1F-4 và các loại khớp 32GS + 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

- Hệ thống hoạt động liên tục theo một quy trình khép kín và dựa vào tính kinh tế, lưu lượng và áp suất ta chọn van phân phối điều khiển bằng tay

- Ta chọn van phân phối dạng 4/3 ( 4 cửa 3 vị trí)

Xác định van:

Với lưu lượng qua van : Qv = 168 (l/ph)

Áp suất tại van: Pv = 190 (bar)

Thông số kỹ thuật  của van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng tay - Series DMH085:

- Lưu lượng (gpm):       4.5, 4, 5

- Lưu lượng (lpm):      17, 15, 19

- Áp suất đầu vào tối đa (psi):          5000

- Áp suất đầu vào tối đa (bar) :         350

- Phạm vi điều chỉnh áp suất (psi):    500

- Phạm vi điều chỉnh áp suất (bar):    35

- Nhiệt độ vận hành (F):       -50° tới +270°, -30° tới

+250°,-15° tới +400

- Nhiệt độ vận hành (C):       -45 tới +132°,34° tới +121°,

-26° tới +204°

- Chất liệu van :      Thép

- Chất liệu thân:       Nitrile, Fluorocarbon

- Trọng lượng (lb):      0.25

- Trọng lượng (kg):       0.12

 

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

Áp suất làm việc : Pv = 190 (bar)

Lưu lượng : Qbv= 167 (l/ph)

Ta chọn van giảm áp (có điều chỉnh) điều khiển bằng tay dạng ren loại van RV có các thông số chung như sau

Tra Catalogue của hãng REXROTH ta chon được van có các thông số như sau :

Ký hiệu : DB 6 K 1- 4X/ 315

Trong đó :

- DB : van áp suất

- 6 :size 6 - 1 :núm xoay

- 4X: seri từ 40-49

- 315 : Áp suất max 315 bar

2.5: Tính toán các thông số cơ bản của van 1 chiều

Chọn van thỏa mãn thông số của hệ thống thủy lực:

 Lưu lượng: Qv = 167 (l/ph)

 Áp suất : Pv =190 (bar)

Ta chọn van sau:

- Tên: Van tiết lưu thủy lực 1 chiều

- Model: 90-G1/4, VRFU 90-G3/8, VRFU 90-G1/2, VRFU 90-G1

- Chất liệu: Inox – thép không gỉ, thép cacbon gia công CNC chính xác

- Áp lực chịu: 100 – 500bar

- Kiểu kết nối: Nối ren

III Tính toán bộ nguồn thủy lực

3.1 Bơm thủy lực

- Xác định áp suất làm việc lớn nhất của bơm

pmax – áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống

pi – tổng tổn thất áp suất qua các phần tử đường ống

pmax = 190 bar

suy ra pi = 0,2 pmax = 38 bar

nên Pbơm= 190 + 38 = 228 bar

- Xác định lưu lượng làm việc lớn nhất của bơm

Qlv- 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%).Qlv )

Với Qlv = 167(l/ph)

Suy ra  Q=0,15.167 = 25(l/ph)

Nên

Từ những thông số trên ta chọn được loại bơm sau

 Mã sản phẩm: Bơm thuỷ lực PISTON PUMP

 Áp suất: 32 Mpa

 Số vòng quay: 1500 r/phút

 Lưu lượng: 1.25 – 400 Lít/phút

 Công suất: 0.9 – 138 KW

 Momen xoắn tối đa: 8.7 – 1096 NM

3.2 Thùng dầu, lọc dầu

a Thùng dầu

Dung tích của thùng dầu: Vn  k.Qt

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

k – hệ số tỷ lệ k = 2÷8 Chọn k=2

Vn  2.167 334 (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 350 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 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 ∆Nck ≈ 15% Nđc Ngoài lượng tổn thất này ra thì 85% Nđc sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực

mà bơm dầu cấp cho hệ thống

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

Tra phụ lục P1.3, trang 236,237 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, của tác giả Trịnh Chất-Lê Văn Uyển chọn được động cơ phù hợp, có các thông số như sau: Động cơ 4A250M4Y3

Công suất 90 kw

Vận tốc quay ndc = 1480 vòng/ phút

Hiệu suất  = 0,93