đồ án thiết bị thủy công,THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ CỬA VAN KIỂU XILANH THỦY LỰC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ THỦY CÔNG Họ tên sinh viên: Vũ Thị Huế Lớp: 54M-TBTC MSV: 1251050959 TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ CỬA VAN KIỂU XI-LANH THỦY LỰC THÔNG SỐ Loại cửa van: cửa van chữ nhân Cao trình Thượng lưu ∇TL M 0,5 Hạ lưu Đỉnh ∇HL m -0,5 ∇Đ m 0,75 Ngưỡn g ∇N m -3,0 Chiều rộng thông thủy Thời gian nâng Thời gian hạ B m Tn phút 25 Th Phút 20 YÊU CẦU - 01 thuyết minh tính tốn 01 vẽ lắp A0 01 vẽ chế tạo A3 LỜI NÓI ĐẦU Đối với sinh viên khối ngành kỹ thuật nói chung sinh viên chuyên ngành thiết bị Thủy cơng trường Đại học Thủy Lợi nói riêng, đồ án môn học quan trọng trình học tập trường Để hồn thành tốt môn học này, sinh viên phải biết ứng dụng kết hợp nhiều kiến thức môn học khác như: Nguyên lý máy, sức bền vật liệu, học sở, chi tiết máy, kỹ thuật đo, Đồng thời, sinh viên phải tìm hiểu ứng dụng từ thực tế để thực Trong chương trình học tập mơn học: “ Đồ án Thiết bị Thủy công” môn quan trọng giúp em nâng cao kiến thức chuyên ngành tiếp cận gần với thực tế công việc sau trường Đề tài em chọn để thực là: “ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐĨNG MỞ CỬA VAN KIỂU XI-LANH THỦY LỰC” Tuy có nhiều cố gắng trình thực hiện, hiểu biết kiến thức hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót thiết kế Em mong nhận ý kiến thầy bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! I SƠ BỘ CỬA VAN VÀ THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ Cửa van chữ nhân Cửa van chữ nhân Cửa van chữ nhân sử dụng cửa âu thuyền bao gồm hai cánh cửa quay quanh trục đứng đặt khoang âu thuyền vị trí đóng hai cánh cửa tiếp xúc với trung tâm khoang âu thuyền, đầu tự tựa vào thành chữ nhân Ở vị trí mở, chữ nhân khép vào khoang cạnh tường âu thuyền Cửa van chữ nhân vận hành xi lanh thủy lực bố trí theo chiều ngang đóng mở hai chiều,cần xi lanh liên kết với dầm đỉnh cánh cửa Ưu điểm - Đơn giản kết cấu vận hành Đóng mở nhanh loại cửa âu thuyền khác Nhược điểm - Khi sửa chữa cần rút tiến hành Tính nhạy cảm gioăng bị nguy hiểm từ mảnh vỡ ngưỡng Khoang âu thuyền dài Không có khả đóng trường hợp khẩn cấp Thiết bị đóng mở kiểu xi lanh thủy lực a) Cấu tạo Hình 1.7 Xi-lanh thủy lực Đầu cần chữ U Gioăng pistong Đầu Cần pistong Vỏ xi-lanh Dải dẫn hướng Pistong Gioăng cán pistong Đầu b) Nguyên lí hoạt động Thiết bị đóng mở xi-lanh thủy lực làm việc nguyên lý thủy lực thể tích (thủy tĩnh) Môi trường truyền lực chất lỏng; áp lực chất lỏng bơm vào xilanh ép lên pistong, đẩy pistong chuyển động qua lại xi-lanh Một đầu pistong liên kết với cửa van, cửa van chuyển động theo Trong làm việc, xi-lanh thủy lực thực hai chuyển động: tịnh tiến quay Xi-lanh thủy lực lắp đặt tư khác nhau: đẩy, kéo, nâng, hạ Thiết bị đóng mở cửa van xi-lanh thủy lực làm việc hai chiều linh hoạt Ưu, nhược điểm Ưu điểm: c) - + Cơ cấu xi-lanh thủy lực đóng mở tư cửa van + Kích thức nhỏ gọn, nâng lực lớn + Lực qn tính nhỏ, có khả điều chỉnh vận tốc đóng mở theo ý muốn + An toàn cho cấu nâng phận khác, dễ điều khiển, dễ tự động hóa kiểm sốt, kiểm tra lực đóng mở máy - Nhược điểm: + Đòi hỏi độ xác cao chế tạo, thiết kế phức tạp giá thành cao + Đòi hỏi cán quản lý vận hành khai thác phải có trình độ định + Độ xác lắp đặt đòi hỏi cao sử dụng nơi có nguồn điện + Tổn thất thủy lực lớn, dễ xảy tượng rò rỉ dầu khó khắc phục cố II SƠ ĐỒ THỦY LỰC Lực tác dụng lên cửa van Cửa van thường chịu nhiều loại lực tác dụng lên loại lực tác dụng lên cửa van cần xem xét tính toán thiết kế - Áp lực thủy tĩnh Áp lực thủy động Trọng lượng thân Lực quán tính Áp lực gió Áp lực chân khơng tải trọng va đập tàu thuyền Lực ma sát lực đẩy Lực thiết bị đóng mở Sơ đồ mạch thủy lực a Sơ đồ hệ thống thủy lực 40 43 42 39 41 38 37 36 35 34 33 32 31.1 30.2 30.1 29.1 31.2 29.2 28 27 26.3 26.2 26.1 25 24 21 20 23 18 19 17 22 16 15 14 14 13 12 06 10 M M 09 07 07 05 04 11 08 02 03 01 Nguyên lý hoạt động sơ đồ thủy lực: Quá trình nâng thực nhờ xi-lanh, cửa van hạ nhờ trọng luợng b - - thân Điều khiển trình nâng hạ nhờ điều khiển vị trí làm việc van phân phối - Dầu hệ thống cung cấp bơm 07 bơm tay 05 - Bộ điều tốc 36-41-50-52 đảm bảo cho xi-lanh đồng tốc với - Van an toàn xả tải 15 xả hết dầu hệ thống cần sửa chữa Quá trình nâng cửa van : Van phân phối 19 nằm vị trí B, dầu cung cấp bơm 07 vào van phân phối, qua điều tốc 36-50 vào khoang xi-lanh thực trình nâng, dầu khoang xi-lanh qua van cầu 43-44 qua lọc - trở thùng Quá trình hạ cửa van : Cửa van hạ nhờ trọng lượng thân, lúc van phân phối 19 chuyển vị trí khoang A, dầu từ bơm qua van phân phối đến van chiều 37-40-51-53, mở van Dầu khoang xi-lanh qua van chiều, điều tốc trở thùng Q trình khơng tải : Van phân phối nằm vị trí giữa, dầu cung cấp vào hệ thống trở thùng qua van an toàn xả tải 15 III 1) TÍNH TỐN CỦA VAN Mực nước tĩnh tác dụng lên cửa P= 0.5γL(Ht2- H2h) Trong : γ=9.81 L=B/(2cosα)= 6/(2cos 200)=3.19 (m) (chọn góc nghiêng α=200) Ht=0.5-(-3)=3.5(m) Hh=-0.5-(-3)=2.5(m) Do ta có P=93.88 (kN) Trọng tâm P so với ngưỡng Z= H3h-H3t/3(H2t-H2h)= 1.514(m) 2) Trọng lượng cửa van G= 0.886(B2bh)0.654=16.69(KN) 3) phản lực hai cửa tựa lên lên gối theo phương ngang: R=P/sin α= 93.88/sin200=137.24(KN) 4) phản lực nối tâm hai điểm tiếp xúc hai gối đỡ theo phương ngang S=Rcosα= 137.24cos200= 128.97(KN) 5) phản lực gối đỡ vuông góc với mặt phẳng cửa T=Rsinα= 137.24sin200=68.62(KN) 6) phản lực gối đỡ trên: P1= (S2+T2)=145,93 KN phản lực gối đỡ dưới: P2(G2+ P2 2)=146,88KN TÍNH CHỌ DẦM NGANG IV Lựa chọn cửa van chữ nhân cần tính có dầm ngang Chiều sâu: hk= h yk=2h[ k3/2-(k-1)3/2 ]/(3) ta có bảng sau: STT hk(m) yk(m) 1.677 1.118 2.372 2.044 2.905 2.647 3.354 3.135 3.75 3.556 Sơ đồ chịu lực dầm: Ya=S/5=128.97/5=25.794(kN) Từ biểu đồ momen lực cắt ta thấy: Qmax=25.974 Mmax=20.714 Ta có Wyc= Mmax/1686,40=122,829(m2) Trong R= 1686,40(daN/cm3) (chọn thép làm từ CT38) Do Wyc=122.829(m2) Chọn thép chữ I20 V DIỆN TÍCH CHỊU TẢI BẢN MẶT Hình ảnh mặt Tính tốn mặt + Áp suất nước tĩnh ô dầm p=γH +chọn sơ 12=‫(פֿ‬mm) +tỷ lệ kích thước dài rộng dầm b/a +σ= kpa2/(100 ‫)פֿ‬ +ta có bảng sau STT yk(m) b(m) a(m) b/a Hk p (N/mm2) kx ky σx(Mpa) 1.118 0.926 0.638 1.45 0.55 5.48.10-3 46 29.7 7.24 10 σy(Mpa) 4.60 diện tích mặt cắt ngang 26.8 khối lg m chiều dài 21 Jx=1840 Wx=184 ix=8.28 Sx=104 Jy=115 Wy=23.1 iy=2.07 Xác định đặc trưng hình học: • bề mặt tham gia chịu uốn : b bt+bd/2=0.926+0.703/2= 0.8145 (m) lấy b=830(mm) • Diện tích mặt cắt ngang phần tham gia chịu uốn: F1= 12 300=3600(mm2) F2=26.8(cm2) Diện tích mặt cắt ngang: F= 36+26,8=62,8(cm2) • Tọa độ trọng tâm: 12 Yc= {[(1,2/2)+20].36+(20/2).26,8}/62.8=16,076(cm) • Momen qn tính: Jx=30.1,23/12=4,32 (cm4) Jy=1.2.303/12=2700(cm4) Jxc=[ 4,32+(1,2/2+ 20-16,076).36]+[300+(16,076-20/2) 26,8]=630,02(cm4) Jy=630,02+115= 745,02 (cm4) • Tọa độ điểm uốn xa Wx=630,02/16.076= 39,19(cm3) Kiểm tra điều kiện bền: • ứng xuất pháp: σ= Mmax/Wx=20.714.100/39.19=52,85(kN/cm2) • ứng xuất tiếp τ=QmaxSxc/(Jx.d) đó: Sxc = 16,076 0,52.16,076/2+ 0,84.(10-0,52)(16,076-0,84/2)=191.87(cm3) Vậy τ = (25,974.191,87)/(630,02.0,52)=15,21 (kN/cm2) σtd=(3.25,212+52,852)=68,55< 168,64 thỏa mãn Kiểm tra độ cứng: • Ftc/l= 5.qtc.l3/(384.E.J) 1/250 Trong đó: 13 Qtc= q/np=25,794/2,0=12.897 (kN/m) E=2,1 106kg/cm2 J=630,02 cm4 L=0,638 m Thỏa mãn Độ ổn định cục bộ:  hb/‫פֿ‬b 70 u]) 179,2/5,2 70(21/16,864) ( thỏa mãn ) Trong đó: hb chiều cao bụng ‫פֿ‬b chiều dày bụng VII TÍNH TỐN TIẾT DIỆN DẦM ĐỨNG Dầm đứng Chọn dầm đứng dạng hình chữ nhật gồm dầm chịu tải trọng dầm chịu nén đơn giản làm từ thép CT38 Biểu đồ momen q= 93,88/3,19=29,43(kN/m) 14 Qmax= 93,88kN Mmax=23,575 kNm Chọn sơ Chiều cao H=(1/141/18) B = 200 (mm) với B=3,19 m Độ rộng B= 20mm Chiều dài l= 3,75 m Kiểm tra đặc trưng hình học,khi hàn với mặt Tương tự dầm ngang Chọn bề rộng mặt tham gia chịu uốn có b= 200 Diện tích F= 200.12+200.20=6400 mm2 Tọa dộ trọng tâm: Yc=[(1,2.1,2.20/2)+(10+1,2).2.20]/64=7,225 cm Momen quán tính tiết diện mặt: Jx1=20.1,23/12=2,88 cm4 Jy1=203.1,2/12=800cm4 Momen tiết diện dầm đứng: Jx2= [2,88+(7,255-1,2/2)3.1,2.20]+[(1.203/12)+(10-7.255)2.20.2] =8044.79 (cm4) Jy2=800+20.13/12=81,67 (cm4) Tọa độ trục trung hòa xa Yxn= 20+1,2- 7,255= 13,945 (cm) Mô men chống uốn xa nhất: Wx= Jx/ Yxn=8044,79/13,954=183,03 cm3 Kiểm tra điều kiện bề 15 Kiểm tra điều kiện bền theo ứng xuất pháp: σ= Mmax/Wx=23,579.102/183,03=12,88(kN/cm2) [σu]=13.61( kN/cm2) thỏa mãn Kiểm tra độ cứng: Ftc/l= 5.qtc.l3/(384.E.J) 1/600 Trong đó: Qtc= q/np=25,794/2,0=12.897 (kN/m) E=2,1 106kg/cm2 J= 1.203/12=666.67 cm4 L=3,75 m  Thỏa mãn Độ ổn định cục bộ: hb/‫פֿ‬b 70 u]) 200/20 70(21/13.61) ( thỏa mãn ) VIII GIOĂNG CHẮN NƯỚC Gioăng cạnh Chọn gioăng kín nước chữ P có kích thước sau: a=25mm, b=30mm, c=0,25 mm ,t=20mm 16 b=3(cm) a=2.5 (cm) t=2(cm) Kích thước gioăng chắn nước Áp dụng công thức: Với: lực hút thủy động, (kN) p = 0,6 daN/ B = 3,75m b = 30mm = 0,03m Khi đó: + Gioăng chắn nước cao su bố trí mặt trước cửa van tỳ lên đỡ thép thường - Ma sát gioăng cạnh: 17 Áp dụng cơng thức: Trong đó: f – hệ số ma sát gioăng chắn nước mặt tựa gioăng, f = N – áp lực thủy tĩnh trung bình lên gioăng (N/mm2) L – chiều dài gioăng, L = 3,75m b bề rộng gioăng ép lên tựa gioăng Chiều cao cột nước trung điểm gioăng cạnh: Hg= H –hc/2 m  Áp lực nước lên gioăng cạnh: Gioăng giữa: chọn gioăng dạng đặt xiên: Ta có : a= 50 mm; b= 50 mm, R* a R b Lực ma sát Fv= f.N Trong : 18 f hệ số ma sát chọn f= N phản lực tựa gioăng + phản lực tựa gioăng N= P.L b2/(2a) a =50mm b =50mm L chiều dài gioăng L= 3,75m P áp lực thủy tĩnh lên gioăng Chiều cao cột nước trung điểm gioăng cạnh: Hg= H –hc/2 m  Áp lực nước lên gioăng: Do ta có N= 22,96 3,75 0,052/(2.0,05)=2,15kN Fv= 2,15 1= 2,15 kN IX THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ 19 d D Các thông số lưạ chọn ban đầu: Hành trình: S = H = 3,19 m Áp suất hệ thống: p = 20 Mpa (theo TCVN 8300-2009) Chọn chế độ làm việc: Chế độ làm việc nhẹ Vật liệu xi lanh:Thép khơng gỉ Tính đường kính xi lanh, D Áp dụng công thức: Với: , chọn p = 20 MPa = 20 kN D – đường kính piston, m d – đường kính cần, m d = 0,7D Chọn : Ta có:   Áp suất làm việc xi lanh Khi mở: Khi đóng: 20 diện tích làm việc khoang trên, khoang Lưu lượng cần thiết cung cấp cho nguồn Ta có: Thể tích làm việc hữu ích khoang xi-lanh: S – hành trình xi-lanh   Lưu lượng cần thiết cung cấp cho xi-lanh: t – thời gian hạ Thể tích làm việc hữu ích khoang xi-lanh:  Lưu lượng cần thiết cung cấp cho xi-lanh: t – thời gian nâng Tính tốn vận tốc dòng chảy ống Vận tốc dòng chảy đường ống hút: Áp dụng cơng thức: Có => chọn => Vận tốc dòng chảy đường ống đẩy: ADCT: Thơng thường chọn để giảm tổn thất thủy lực đường ống ta chọn => Kiểm tra Xác định lực tới hạn chịu nén theo công thức Eler: 21 Pth = Pth= π EI v.L2k [KN], {λ>λ0} 210000.( 0.214/64)/(3.3,192)=2,063 kN Độ mảnh λ tiết diện tròn: λ= 4.Lk d λ= 4.3,19/ 0,21= 60,76< 89 đó: v=3 hệ số an tồn; E = 210 000 N/mm2 mơdun đàn hồi thép cán pít tông; λ0 = 89 độ mảnh giới hạn; d đường kính cần pittơng, mm; F diện tích tiết diện cần pittông, mm2; Lk=L chiều dài thu gọn nén Tính tốn chọn bơm động Ta có áp suất yêu cầu chọn sơ áp suất hệ thống: p = 20 Mpa=200 bar Lưu lượng cần thiết bơm: η = 0,75 ÷ 0,85 - hiệu suất bơm Chọn Chọn động cơ: 11 kW Chọn động điện không đồng pha roto lồng sóc-50Hz Kiểu Type: 3K160S4 ( l/ph )= 0,0286 (m3/ph) 22 Công suất động kéo bơm là: 10 Lực đóng mở cửa van a Lực đóng (theo chiều đẩy ra) P= (F1.p1 –p2.F2) =(0,071 4,32.1000 – 7,15.1000.0,036)0,85 =41,922(kN) b Lực mở (theo chiều co lại) P= (p2F2-p1F1).ɳ =(0,036 7,15.1000 – 4,32.1000.0,071)0,85 = 41,992 (kN) 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Thiết bị thủy công cấu tạo ứng dụng” tác giả: PGS TS Nguyễn Đăng Cường, nhà xuất bản: “Nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ”, số đăng ký kế hoạch xuất bản: 975-2014/CXB/02-18/KHTNCN, ISBN;978-604-913-228-5, số QĐXM: 19/QĐ-KHTNCN, năm xuất 2014 [2] “Kỹ thuật thủy khí ứng dụng” Biên dịch: ThS Nguyễn Thị Việt Ánh, hiệu đính: PGS TS Ngơ Sỹ Lộc, nhà xuất bản: “Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội”, số xuất bản: 1167-2010/CXB/03-212/ĐHQGHN ngày 01/12/2010, định xuất số: LK-TN/QĐ-NXBĐHQGHN [3] Trường ĐH Thủy Lợi- Các tài liệu máy đóng mở cửa van cơng trình thủy lợi [4] Tiêu chuẩn thiết kế cửa van 8298:2009 máy đóng mở 8300:2009 [5] Trường Đại Học Thủy Lợi- Giáo trình Máy nâng chuyển thiết bị đóng mở cửa van- Nhà xuất Xây dựng [6] Sổ tay cơng trình thủy lợi- Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [7] Các tài liệu Internet 24 25 ... xuất bản: “Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội”, số xuất bản: 1167-2010/CXB/03-212/ĐHQGHN ngày 01/12/2010, định xuất số: LK-TN/QĐ-NXBĐHQGHN [3] Trường ĐH Thủy Lợi- Các tài liệu máy đóng mở cửa van cơng... d D Các thông số lưạ chọn ban đầu: Hành trình: S = H = 3,19 m Áp suất hệ thống: p = 20 Mpa (theo TCVN 8300-2009) Chọn chế độ làm việc: Chế độ làm việc nhẹ Vật liệu xi lanh:Thép khơng gỉ Tính. .. PGS TS Nguyễn Đăng Cường, nhà xuất bản: “Nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ”, số đăng ký kế hoạch xuất bản: 975-2014/CXB/02-18/KHTNCN, ISBN;978-604-913-228-5, số QĐXM: 19/QĐ-KHTNCN, năm xuất 2014