BÀI tập kĩ THUẬT THỦY lực KHÍ nén

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN PHẦN I: THỦY LỰC GVHD: TRẦN NGUYÊN DUY PHƯƠNG LỚP: CK10KSTN NHÓM 1 PHAN PHƯỚC THIỆN 21003177 NGUYỄN CÔNG THỨC 21003348 NGÔ HỒNG THUẬN 21003284 LÊ MINH CHỌN 21000315 LÊ MỘNG HẢI HOÀNG 21001099 NGUYỄN XUÂN THỊNH 21003218 NGUYỄN ĐỨC HƯNG 21001384 NGUYỄN TUẤN KHANH 21001465 NGUYỄN TIẾN KHANG 21001451 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12 – 2012 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN BÀI TẬP VỀ NHÀ  Ví dụ 3.5 (trang 77) sách Power Hydraulics: Tỷ số hiệu suất mạch điều khiển dòng “meter in” “meter out” Một xylanh tác dụng áp lực 100kN áp lực lùi lại 10kN Xét ảnh hưởng việc chọn phương pháp đến việc điều chỉnh vận tốc tiến Trong lựa chọn, vận tốc lùi 5m/ph Áp suất lớn bơm 160bar tổn thất áp suất là: Qua lọc = bar Qua van phân phối = bar Qua van điều chỉnh lưu lượng = 10 bar Qua van chiều = bar Xác định: a) Kích thước xylanh (tỷ lệ diện tích làm việc pít tong 2:1) b) Kích thước bơm c) Hiệu suất mạch Giải Trường hợp 1: không dùng điều chỉnh lưu lượng a) Áp suất lớn xylanh là: 160 – – = 155 bar NHÓM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Để cân với áp suất tác động trở lại xylanh bar cần áp suất bar dòng lưu chất tác động lên pít tơng cuối hành trình (do tỷ lệ diện tích làm việc 2:1) Do áp suất vượt qua tải lúc cuối hành trình là: 155 – = 154 bar Diện tích xy lanh: 𝐹𝐹 100 × 103 𝐴𝐴 = = = 0.00649 𝑚𝑚2 𝑃𝑃 154 × 10 Đường kính pít tơng: 𝐷𝐷 = � × 0.00649 = 0.0909𝑚𝑚 = 90.9 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝜋𝜋 Chọn xylanh theo tiêu chuẩn đường kính 100mm, đường kính cần pít tơng 70mm Diện tích xylanh = 7.85x10-3 m2 Diện tích vành khăn = 4x10-3 m2 Tỷ lệ diện tích làm việc gần b) Lưu lượng cần cho hành trình có vận tốc 5m/ph là: 𝑄𝑄 = 𝐴𝐴 × 𝑣𝑣 = × 10−3 × = 0.02 𝑚𝑚3 /𝑝𝑝ℎ = 20 𝑙𝑙/𝑝𝑝ℎ Vận tốc hành trình đi: 20 × 10−3 𝑣𝑣 = = 2.55 𝑚𝑚/𝑝𝑝ℎ 7.85 × 10−3 Áp suất lúc đi: 100 × 103 = 12.7 × 106 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 = 127𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 𝑃𝑃 = 7.85 × 10−3 Áp suất xylanh lúc lùi về: 10 × 103 = 2.5 × 106 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 = 25𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 𝑃𝑃 = −3 × 10 (i) Áp suất bơm hành trình đi: Áp suất tổn thất qua van phân phối B qua T 2bar × 0.5 = bar Áp suất tác dụng lên tải hành trình = 127 bar Áp suất tổn thất qua van phân phối P qua A = bar Áp suất tổn thất qua lọc = bar Áp suất yêu cầu bơm hành trình = 133 bar Áp suất cài đặt van giới hạn áp suất là: 133 + 133×10% = 146 bar (ii) Áp suất yêu cầu bơm hành trình = (2×2) + 25 + + = 34 bar c) Hiệu suất mạch: 𝑛𝑛ă𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑙𝑙ượ𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑡𝑡á𝑐𝑐 𝑑𝑑ụ𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑙𝑙ê𝑛𝑛 𝑡𝑡ả𝑖𝑖 𝜂𝜂𝑡𝑡𝑡𝑡ế𝑛𝑛 = 𝑡𝑡ổ𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑛𝑛ă𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑙𝑙ượ𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑄𝑄 × 𝑃𝑃 20 × 127 𝜂𝜂𝑡𝑡𝑡𝑡ế𝑛𝑛 = = = 0,955 = 95.5% 𝑄𝑄𝑝𝑝 × 𝑃𝑃𝑝𝑝 20 × 133 20 × 25 𝜂𝜂𝑙𝑙ù𝑖𝑖 = = 0,735 = 73.5% 20 × 34 NHĨM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Trường hợp 2: Dùng mạch điều chỉnh lưu lượng “meter in” với vận tốc tiến 0.5m/ph Từ trường hợp ta được: Diện tích xylanh = 7.85x10-3 m2 Diện tích vành khăn = 4x10-3 m2 Áp suất tải lúc tới: 127 bar Áp suất tải lúc lùi về: 25 bar Lưu lượng bơm: 20 l/ph Lưu lượng cần cho hành trình đi: 7.85×10-3 ×0.5 = 3.93×10-3 m3/ph = 3.93 l/ph Áp suất yêu cầu bơm lúc lùi về: (2×2) + (2×3) + 25 + + = 40 bar Áp suất yêu cầu bơm lúc tiến: (2×1/2) + 127 + 10 + + = 143 bar Áp suất cài đặt cho van giới hạn áp suất: 143 + 143×10% = 157 bar Hiệu suất mạch: 3.93 × 127 𝜂𝜂𝑡𝑡𝑡𝑡ế𝑛𝑛 = = 0.159 = 15.9% 20 × 157 20 × 25 𝜂𝜂𝑙𝑙ù𝑖𝑖 = = 0,625 = 62.5% 20 × 40 NHĨM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Trường hợp 3: Dùng mạch điều chỉnh lưu lượng “meter out” với vận tốc tiến 0.5m/ph Kích thước xylanh, áp suất tải, lưu lượng thông số bơm lựa chọn Áp suất yêu cầu bơm lúc lùi về: (2×2) + 25 + + + = 37 bar Áp suất yêu cầu bơm lúc tiến: (2×1/2) + (10×1/2) + 127 + + = 138 bar Áp suất cài đặt cho van giới hạn áp suất: 138 + 138×10% = 152 bar Hiệu suất mạch: 3.93 × 127 = 0.164 = 16.4% 𝜂𝜂𝑡𝑡𝑡𝑡ế𝑛𝑛 = 20 × 152 20 × 25 𝜂𝜂𝑙𝑙ù𝑖𝑖 = = 0,676 = 67.6% 20 × 37 Mạch “meter out” có hiệu suất cao mạch “meter in” Lưu lượng cần cho mạch 3.93 l/ph Lưu lượng dư 20 – 3.93 = 16.07 l/ph xả van giới hạn áp suất 152 bar Áp suất tác dụng lên xylanh 152 – – = 147 bar Lực tác dụng tải áp lực dòng lưu chất: NHĨM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN P = 264 bar Hiệu suất tiến: × 103 147 − = (2 + 10 + 𝑃𝑃) × 4/7.85 7.85 × 10−3 × 105 3.93 × 6.4 = 0,0083 = 0.83% 20 × 152 Hầu tất cơng suất đầu vào bị hao phí nhiệt qua van tràn van tiết lưu 𝜂𝜂𝑡𝑡𝑡𝑡ế𝑛𝑛 = Ví dụ 3.6 (trang 91) sách Power Hydraulics: Sơ đồ trình bày hình 3.44 Xác định tốc độ lực lớn nhất: - Trong q trình đóng khn - Trong trình ép chặt - Trong hành trình ép cuối Bỏ qua áp suất phần tử Lưu lượng moto thủy lực 20,5 cm3/vòng (i) Hành trình đóng khn (kích cuộn C) Lưu lượng vào xy lanh = 10 l/phút Tốc độ trình đóng khn = 10.10 −3 0,04 = 0,25 m/phút Lực lớn trình = 70.10 0,04 = 280000 N = 280 kN (ii) Quá trình ép chặt (kích cuộn A C) Lưu lượng vào xy lanh = (5+5) 10 = 3,3 l/phút 20+5+5 3,3.10 −3 Tốc độ q trình đóng khn = = 0,083 m/phút 0,04 20+5+5 Áp suất lớn trình =70 5+5 = 210 bar Lực lớn trình ép chặt = 210.105.0,04 = 840000 N = 840 kN (iii)Gia đoạn cuối trình ép Lưu lượng vào xy lanh = 10 = 1,67 l/phút 20+5+5 1,67.10 −3 Tốc độ q trình đóng khn = = 0,0416 m/phút 0,04 20+5+5 Áp suất lớn trình =70 = 420 bar Lực lớn trình ép chặt = 420.105.0,04 = 1680000 N = 1680 kN Sự tăng áp suất lực giá trị lý thuyết Trong thực tế giá trị thấp không hiệu việc phân phối dòng Để an tồn áp suất khơng vượt giới hạn phần tử Van an toàn RV2 nên cài đặt áp suất giới hạn lớn cho hệ thống NHÓM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN A1.11 – A1.20 sách Power Hydraulics: A.1.11: Cuộn dây A kích suốt hành trình ngắt trình lùi Chức tác động mạch? Mạch cài đặt áp suất an toàn cấp 300 bar 100 bar Khi khơng kích cuộn A mạch giới hạn áp suất 100 bar Khi kích cuộn A áp suất an tồn cài đặt 300 bar Vì với hành trình áp suất giới hạn 300 bar, lui áp suất giới hạn 100 bar từ ta có hành trình tải lớn nhiều so với tải lui về, việc sử dụng hệ thống đảm bảo mát lượng qua van an toàn nhỏ A.1.12: Sửa lỗi mạch xác định thứ tự hoạt động xylanh: a Khi cuộn kích b Khi cuộn kích Sai cụm van tuần tự, thay cụm cụm hình sau: a Khi cuộn kích điện: Pittơng xy lanh A lui trước sau đến cuối hành trình pittơng xylanh B tiến Van có tác dụng b Khi cuộn kích điện: Pittông xy lanh B lui trước sau đến cuối hành trình pittơng xylanh A tiến Lúc van khơng có tác dụng Tác dụng van giảm áp C: nhánh B có áp suất hoạt động nhỏ áp suất mạch nên phải dùng van giảm áp để cài đặt áp suất hoạt động cho nhánh B NHÓM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN A1.13: Cho mạch thủy lực, giải thích hoạt động mạch tính tốn áp suất cài đặt van an toàn Biết tải 10 tấn, đường kính xy lanh 100mm Nếu van phân phối kích cuộn dây bên trái tải nâng lên; kích cuộn bên phải hạ tải dòng dầu qua van tiết lưu nên tốc độ hạ tải điều khiển tùy vào van tiết lưu Còn trạng thái tải giữ lại nhờ hệ thống van chiều Tính tốn áp suất cài đặt cho van xả tải hệ thống: Diện tích tác động dòng dầu nâng tải: = A 3,14.0, = 25.D 7,85.10−3 (m2) Áp suất cài đặt van xả tải: F 100000 > = 127bar P= A 7,85.10−3 NHÓM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN A1.14: Cho mạch thủy lực hình Giải thích tính mạch trên? Tại dùng van phân phối cuộn dây lại tốt dùng van phân phối cuộn dây để thiết lập trạng thái cho van A Kiểu chuyển đổi trạng thái van gì? Nếu thể tích riêng 25ml/vòng van chỉnh lưu cài đặt giá trị thấp tốc độ lý thuyết cực đại motor A1.15: Cho mạch thủy lực hình Mạch điều khiển tay dùng để kẹp chi tiết mục đích bình tích áp gì? Nếu van an tồn cài áp suất 200bar áp suất bình tích áp bao nhiêu? NHĨM – CK10KSTN BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Mục đích bình tích áp mạch thủy lực trên: piston kẹp chặt chi tiết thời gian dài khơng cần cần lưu lượng để trì trạng thái kẹp, bình tích áp làm nhiệm vụ bổ sung lưu lượng để chi tiết kẹp chặt Áp suất cài đặt bình tích áp: Pbinh=(0,7:0,9).Plam việc= (0,7:0,9).200=140:180 bar A1.16: Cho sơ đồ thủy lực hình, giải thích mạch Van chỉnh lưu lượng sơ đồ dùng để làm Giải thích hoạt động: Khi áp suất hệ thống chưa đạt đến áp suất làm việc bơm tiếp tục bơm dầu lên tới hệ thống, đạt đến áp suất làm việc van tràn mở hoàn toàn cho dầu trả bể, van A dùng để xả dầu bình tích áp Khi van xả tải, áp suất hệ thống trì nhờ bình tích áp Van chỉnh lưu dùng để ổn định lưu lượng vào hệ thống, từ ổn định tốc độ cho hệ thống Giá trị van A phải nhỏ 200 bar NHÓM – CK10KSTN 10 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Tổng công lý thuyết cung cấp = 7.4x20 kW =148 kJ Tổng cơng có ích: = (6.25x5/2) + (3.3 x 10/2) kJ = 32.12 kJ Hiệu suất hệ thống thương số cơng có ích cơng lý thuyết cung cấp: = 32.12x100 = 21.7% 148 Hai bơm sử dụng từ số nhà sản xuất bơm bánh răng, sử dụng giới hạn khoản đơn vị Bảng 2.5 cho thấy lựa chọn đơn vị mà đạt nhìu cách kết hợp Hệ thống trục thời gian điều khiển định thực cách nhấn on/off Bài A3.7: Một máy nghiền điều khiển thủy lực Một cách bố trí đơn vị thể hình A.25 Hai lăn điều khiển động thủy lực tốc độ chậm, tốc độ ổ đĩa tối đa 55 65 vòng/ phút Nếu mảnh vật liệu rơi vào vị trí lăn điều khiển xi lanh thủy lực bị khóa khoảng cách tối thiểu lăn chịu lò xo chịu va đập Áp lực tối đa xi lanh 200 bar Vẽ mạch phù hợp thủy lực (Lưu ý lăn đảo ngược mảnh vật liệu bị kẹt chúng.) Bơm chịu áp lực tối đa 300 bar Chọn lưu lượng thực bơm từ bảng 2.5 22.9 lít/phút 5.7 lít/phút có kích thước 16 từ bảng 2.5 , tốc độ quay 1440 vòng/phút 175 bar, lưu lượng có giá trị 165 bar ( giảm áp suất hệ thống bỏ qua) Giải Với lọc hình 2.31 dầu chảy liên tiếp qua lọc bất chấp hệ thống tắt hay mở tả tất dầu bơm lọc Nếu có lọc vị trí thay có dầu hệ thống lọc, thiết bị lọc lệ thuộc vào hoạt động cuộn dây từ tính (a) (b) Lưu lượng mạch điều khiển van dùng tín hiệu điện (a) (b) Khi cuộn từ tính khơng hoạt động, lưu lượng bơm trở bồn chứa với áp suất thấp nên tổn hao lượng Khi cuộn từ tính hoạt động đường bồn chứa bị khóa bơm cấp lưu lượng cho mạch NHÓM – CK10KSTN 101 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN NHĨM – CK10KSTN 102 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN NHĨM – CK10KSTN 103 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Hình 2.32 cho thấy lượng dầu cấp mạch bơm lượng dầu mà hệ thống yêu cầu chu kỳ Phần diện tích gạch chéo biểu thị lượng dư bơm cấp qua van an toàn Giả sử van điều khiển lưu lượng dùng mạch để điều chỉnh tốc độ Công suất cấp 22.9 lít/phút bơm đến hệ thống 165 bar là: 22.9x165x1/600 = 6.3 kW Tương tự, Công suất cấp 5.7 lít/phút bơm đến hệ thống 165 bar là: 5.7x165x1/600 = 1.6 kW Biểu đồ 2.32 cho thấy lượng yêu cầu hệ thống lượng cung cấp bơm chu kỳ Diện tích phần gạch chéo biểu diễn lượng lượng tổn hao chuyển hóa thành nhiệt Tổng cơng thủy lực cung cấp cho hệ thống là: [1.6 + 6.3)x5] + (1.6x5) + (6.3x10) = 110.5 kJ Ở phần trên, tổng công hệ thống 32.12 kJ Hiệu suất hệ thống là: 32.12 x100 = 29.1% 110.5 Bài A3.8: Một máy mài bao gồm bàn trượt có chiều dài 500 mm hình vẽ Thiết kế mạch thủy lực để bàn di chuyển với tốc độ hai hướng, tốc độ điều chỉnh từ đến m / phút Hệ thống điều khiển điện, với nút bấm để bắt đầu Áp suất hệ thống tối đa 50 bar, xilanh tác dụng lực tối đa KN theo hai hướng Giả sử lực đẩy động xilanh 0,9 lần lực đẩy tĩnh Chọn xi lanh tiêu chuẩn xác định thong số cài đặt van an toàn cho lực đẩy tối đa 2KN Tính tốn cơng suất lý thuyết phân phối máy bơm theo lưu lượng đầu vào (không vẽ mạch điện) Giải Áp suất làm việc hệ thống (150 bar) thường sử dụng bơm cánh gạt Chúng thường giới hạn áp suất làm việc tối đa vào khoảng 70-100 bar Bơm piston đối xứng trục với điều khiển bù trừ áp suất đẩy áp suất làm việc tới 300 bar Bơm phải có lưu lượng tối đa 25 lít/phút áp suất lớn 150 bar Từ bảng liệu bơm piston ( bảng 2.6) loại PVB10 có lưu lượng lý thuyết 21.1 lít/phút tốc độ 1000 vòng/phút áp suất làm việc lớn dùng lưu chất dầu khoáng 210 bar (Tương đương với lưu lượng lý thuyết 30.4 lít/phút ỏ tốc độ 1440 vòng/phút) Những bơm điều chỉnh giá trị lưu lượng lớn không đổi khoảng 25% tới 100% Vì lưu lượng thực tế bơm cài đặt theo yêu cầu hệ thống, trường hợp 25lít/phút tốc độ 1440 vòng/phút Giả sử van điều khiển lưu lượng điều chỉnh tốc độ actuator Mạch dùng bơm có bù trừ áp suất biểu diễn hình 2.37 Bơm bù trừ áp suất cài đặt theo yêu cầu hệ thống (150 bar) van an toàn cài đặt mở giá trị cao xấp xỉ 20% (180 bar) Hình 2.29 biểu diễn biến thiên lưu lượng áp suất suốt chu kỳ mạch bơm có bù trừ áp suất Lưu lượng bơm cung cấp thỏa yêu cầu hệ thống nhờ vào van điều khiển lưu lượng Áp suất hệ thống cài đặt NHÓM – CK10KSTN 104 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN 150bar bơm bù trừ áp suất với lượng áp suất dư tổn hao thành nhiệt qua van điều khiển lưu lượng Công suất thủy lực khoảng 20 tới 30 giây = 20 x150 (kW) = kW 600  6.25x 3.3x10  +  (6.25x 5) + (5x10)   32.125 = x100 81.25 Hiệu suất hệ thống =  = 39.5% Thời gian trung bình lượng thất nhiệt = 81.25 − 32.125  kW    30  s  = 1.64 kW NHÓM – CK10KSTN 105 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Bài A3.9: Một máy cắt hình A.26 bao gồm đầu cắt quay bảng trượt ngang Được điều khiển xi lanh thủy lực Xi lanh phải thay đổi để làm chậm tốc độ cắt phôi tiếp xúc với đầu cắt Tốc độ cắt dao động từ 10 đến 150 mm / phút Tốc độ lùi lại khoảng 3m/phút Xi lanh tác dụng lực đẩy 500 kg lùi 2500 kg Áp suất hệ thống tối đa 70 bar Giả sử lực đẩy thực tế 0,9 lần lực đẩy lý thuyết chọn xilanh chuẩn theo hệ mét Khi tính tốn giả định chiều xi lanh theo tiêu chuẩn Xác định lưu lượng tối đa yêu cầu từ máy bơm Giải Dùng mạch bơm có bù trừ áp suất NHÓM – CK10KSTN 106 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Hình 2.38 biểu diễn lượng cung cấp bơm lượng sử dụng (5x 6.25x 0.5) + (10 x 3.3x 0.5) x100 25x 4.54 hệ thống Hiệu suất hệ thống = (năng lượng cần thiết cho hệ thống)/(năng lượng cung cấp) Lưu lượng cung cấp bơm với yêu cầu mạch áp suất cổng bơm với thiết bị bù trừ áp suất bơm 25x150 (kW) Công suất thủy lực cung cấp khoảng tới 10 giây = 600 = 6.25 kW Mặc dù lưu lượng cung cấp bơm xác theo yêu cầu hệ thống,nhưng áp suất mở bơm phải chỉnh lại Nếu áp suất bơm cung cấp thỏa mãn áp suất hệ thống, hiệu suất thủy lực 100% Tuy nhiên, để thỏa mãn áp suất van điều khiển áp suất dùng cài đặt tốc độ actuator phải bị loại trừ Điều làm nhờ vào bơm điều khiển servo điều khiển bơm piston CAM mặt bên CAM mặt bên làm ổn định lưu lượng yêu cầu hệ thống Áp suất mở kích hoạt áp suất tải Tuy nhiên, kiểu hệ thống không tiện lợi việc cần thiết can thiệp vào tốc độ nên phải chọn CAM mặt bên khác Đây giải pháp cho máymóc tự động có thời gian hoạt động liên NHĨM – CK10KSTN 107 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN tục lâu Thay khác tiện lợi dùng bơm điều khiển van dẫn hướng tích hợp vi điều khiển để thỏa mãn yêu cầu hệ thống cách xác ( xem chương 8) Sử dụng mạch kết hợp bình tích áp Ở mạch có dùng bình tích áp, lưu chất cấp bơm dự trữ áp suất bình tích áp đến mức yêu cầu hệ thống Để tính tốn kích thước bình tích áp cần xác định giả sử giá trị: (a) Lưu lượng cực đại cần từ bình tích áp (b) Áp suất lớn cần tạo (c) Áp suất nhỏ hệ thống cần tạo (d) Áp suất nạp bình tích áp NHĨM – CK10KSTN 108 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Để tính tốn lưu lượng cực đại từ bình tích áp tìm thời gian trung bình mà lưu lượng chảy từ bơm đến hệ thống ( xem hình 2.29) Lưu lượng tới hệ thống: = 25 lít/phút 5s + 20 lít/phút 10s = (25/60 x 5) + (20/60 x 10) = 5.42 lít/chu kỳ Lưu lượng trung bình chu kỳ là: = 5.42 lít / phút 0.5 = 10.84 lít/phút = 0.18 lít/s Lưu lượng lưu chất vào hay bình tích áp tính cách nhân lưu lượng với thời gian chảy (v) Lưu lượng giây: Bơm cung cấp = 0.18 lít/s Hệ thống yêu cầu = Lưu lượng chảy vào bình tích áp 0.18 lít/s Lưu lượng chảy vào bình tích áp 5s 0.18 x = 0.9 lít (vi) Tương tự 10 20 giây lưu lượng bơm vào bình tích áp: = 0.18 x 10 = 1.8 lít (vii) Trong khoảng từ tới 10 giây: Bơm cung cấp: 0.18 lít/s Mạch yêu cầu là: 25 lít/phút = 0.417 lít/s Lưu lượng từ bình tích áp là: 0.417 – 0.18= 0.237 lít/s Lưu lượng từ bình tích áp 10 giây là: 0.237 x = 1.185 lít.s (viii) Trong khoảng thời gian từ 20 đến 30s: Bơm cung cấp: 0.18 lít/s Mạch yêu cầu: 20 lít/phút = 0.333 lít/s Lưu lượng từ bình tích áp: 0.333 – 0.18 = 0.153 lít/s Lưu lượng từ bình tích áp 10 giây là: 0.153 x 10 = 1.53 lít.s Lưu lượng dầu xem hình 2.33 Thể tích dầu dự trữ bình tích áp biên độ lớn hình 2.33, i.e.1.53 + 0.285 = 1.815 lít.s Áp suất làm việc lớn hệ thống áp suất lớn làm việc an tồn với hiệu suất thấp thiết bị Trong trường hợp này, giả sử bơm bánh làm việc liên tục với áp suất 207 bar có cao Áp suất nhỏ hệ thống cài đặt theo tiêu chuẩn,i.e 150 bar Khí nạp áp suất cho bình tích áp thường 90% áp suất nhỏ hệ thống, i.e.0.9 x 150 = 135 bar NHÓM – CK10KSTN 109 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Để tính tốn kích thước thật bình tích áp,phải xem xét điều kiện khác khí nạp vào bình tích áp ( xem hình 2.34) Chú ý giá trị áp suất nhiệt độ phải tính đơn vị tuyệt tất loại khí Áp suất nạp vào, P1 = 135 bar (áp suất tương đối) = 136 bar (áp suất tuyệt đối) Áp suất lớn hệ thống, P2 = 207 bar (áp suất tương đối) = 208 bar (áp suất tuyệt đối) Áp suất nhỏ hệ thống, P2 = 150 bar (áp suất tương đối) = 151 bar (áp suất tuyệt đối) Thể tích nhỏ dầu dự trữ bình tích áp V3 − V2 = 1.815 lít.s Giả sử điều kiện (a) (b) nén đẳng nhiệt, khoảng thời gian nạp bình tích áp: P1V1 = P2 V2 V1 P2 = = 208 / 136 = 1.529 V2 P1 Giả sử điều kiện (b) (c) giản nở đẳng entropy: P2 V2γ = P3V3γ γ hệ số đẳng nhiệt, chọn 1.4 (V3 / V2 ) γ = P2 / P3 = 208/151 = = V3 / V2 (208 / 151)1/ γ 1.257 Vậy: V3 − V2 = 1.815 (2.5) V1 =1.529V2 (2.6) V3 =1.257V2 (2.7) Từ phương trình (2.5) (2.7) 0.257V2 = 1.815 V2 = 7.062 Từ phương trình (2.6) V1 = 1.529 x 7.062 = 10.8 lít.s Bình tích áp yêu cầu với sức chứa nhỏ nạp 10.8 lit.s 135 bar để làm việc với áp suất tối đa 207 bar Từ liệu nhà chế tạo bình tích áp ta có lựa chọn 10 20 lít theo sức chứa danh nghĩa Nếu dùng bình 10 lít cho kết dài chu kỳ Điều bù lại nhờ vào sử dụng bơm lớn Nếu dùng bình có dung lượng 20 lít, áp suất làm việc lớn làm giảm hiệu suất hệ thống Từ bảng 2.4 loại 0PL 025 có lưu lượng 11.73 lít/phút tốc độ 1500 vòng/phút áp suất làm việc lớn 255 bar Loại 1PL 028 có lưu lượng danh nghĩa 13.72 lít/phút tốc độ 1500 vòng/phút áp suất làm việc lớn 250 bar Bởi có áp suất làm việc lớn cao nên ta chọn 1PL 028 với lưu lượng 13.17 lít/phút tốc độ 1440 vòng/phút Vẽ lại biểu đồ yêu cầu hệ thống bình tích áp sử dụng bơm 13.17 lít/phút, i.e.0.219 lít/giây NHĨM – CK10KSTN 110 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Từ tới giây lưu lượng chảy vào bình tích áp 0.219 x = 1.095 lít.s Từ tới 10 giây: Lưu lượng từ bơm = 0.219 x = 1.095 lít.s Yêu cầu mạch = 0.417 x = 2.085 lít.s Vậy lưu lượng từ bình tích áp = 2.085 -1.095 = 0.99 lít (iii) Từ 10 tới 20 giây lưu lượng chảy vào bình tích áp = 0.219 x 10 = 2.19 lít (iv) Từ 20 tới 30 giây Lưu lượng từ bơm = 0.219 x 10 = 2.19 lít Yêu cầu mạch = 0.333 x 10 =3.33 lít.s Vậy lưu lượng từ bình tích áp = 3.33 -2.19 = 1.14 lít.s Kết hợp giá trị trên, tổng lưu lượng chảy vào bình tích áp chu kỳ 1.05 +2.19 = 3.285 lít.s Và tổng lưulượng từ bình tích áp chu kỳ 0.99 + 1.14 = 2.13 lít.s Một bình tích áp có dung lượng 10 lít chứa đầy đủ dùng bơm 1PL 280 có lưu lượng cấp 13.17 lít/phút Mạch có bình tích áp thu hồi lượng trình bày hình 2.36(a) Một cơng tắc áp suất (PS) cài đặt giá trị mở 207 bar, áp suất lớn hệ thống, kích hoạt van dùng tín hiệu điện (V) giảm tải cho bơm Van sử dụng tín hiệu điện kết nối với động điện khởi động phụ để bơm khởi động với điều kiện không chịu tải (i) (ii) 102 (kW) Cơng suất thủy lực bơm = 13.17 lít/phút x 207 bar x 60x103 = 4.54 kW Hiệu suất hệ thống = (năng lượng dùng hệ thống)/(năng lượng cung cấp cho hệ thống) x 100 = (5x 6.25x 0.5) + (10 x 3.3x 0.5) x100 = 23.5% 30 x 4.54 Dựa vào hình 2.35 khoảng thời gian bơm khơng tải xấp xỉ giây, hiệu suất hệ thống trở thành: (5x 6.25x 0.5) + (10 x 3.3x 0.5) x100 = 28.3% 25x 4.54 Với mạch có dùng bình tích áp hiệu suất hệ thống cao mạch dùng bơm, mạch dùng hai bơm.Giá mạch dùng bình tích áp cao nhiều so với mạch dùng bơm thường cao mạch hai bơm NHÓM – CK10KSTN 111 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Bài A3.10: Một cần trục thủy lực vận hành hai xy lanh Mỗi xy lanh có hành trình 0,7 m gây sức ép đẩy lùi Bơm cung cấp áp suất lớn 200 bar áp suất mát ống van 10 bar (bao gồm áp suất phản hồi) Xy lanh hoạt động van điều khiển tay Thiết kế mạch cho thời điểm có xy lanh hoạt động Thời gian cho xy lanh 10s Giả sử chiều dài xy lanh trục quay hai lần hành trình uốn tính tốn tải Xác định kích cỡ xy lanh phù hợp bơm cung cấp Vẽ mạch thủy lực Bài A3.11: Bài A3.12: Một cần kéo bao gồm hai ba ròng rọc hình A.29 Một xy lanh thủy lực gắn vào khối phía trong, khối phía ngồi cố định Tính tốn kích cỡ xy lanh phù hợp theo tiêu chuẩn tải nâng cần kéo khoảng cách m, ( áp suất mạch cho phép lớn 160 bar; bỏ qua tất tổn thất) Nếu nâng lên m thời gian 40 s, bơm cần cung cấp lưu lượng Vẽ mạch phù hợp để cần kéo dừng khóa vị trí Bài A3.13: Một máy tiện điều khiển hệ thống phát tín hiệu thủy lực thuận nghịch (reversible hydrostatic transmission) Vận tốc mâm cặp thay đổi từ 40 đến 400 rev/min Sử dụng motor điện 5kW, 1440 rev/min để chạy bơm thủy lực với áp suất cấp 200 bar a/ Thiết kế mạch truyền động thủy lực vòng kín cho vận tốc mâm cặp giảm momen xoắn tăng b/ Xác định lưu lượng thích hợp cho bơm motor thủy lực hiệu suất thể tích hiệu suất 0,93 Giả sử sụt áp đường ống bơm motor thủy lực 15 bar c/ Tính tốn momen xoắn tối đa motor thủy lực hoạt động vận tốc thấp Giải a/ NHÓM – CK10KSTN 112 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN b/ Số vòng quay motor thủy lực 𝑛𝑛𝑚𝑚 = 40 đế𝑛𝑛 400 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Số vòng quay động điện 𝑛𝑛 = 1440 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Áp suất lớn bơm 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 𝑃𝑃𝑝𝑝 = 200 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 Hiệu suất thể tích = hiệu suất 𝑚𝑚𝜂𝜂𝑣𝑣 = 𝑚𝑚𝜂𝜂𝑡𝑡 = 0,95 Hiệu suất tổng 𝑚𝑚𝜂𝜂0 = 0,93.0,93 = 0,865 Số vòng quay bơm 𝑛𝑛𝑝𝑝 = 𝑛𝑛 𝑚𝑚𝜂𝜂𝑡𝑡 = 1440.0,95 = 1368 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Tổng áp mà bơm cấp 200 + 15 = 215 bar Lưu lượng lý thuyết bơm cấp 𝑄𝑄 = 5.600 215 = 13,95 𝑙𝑙/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Tra theo phụ lục 2.4 trang 45 sách hydraulic power ứng với số vòng quay bơm 1500 rev/min ta chọn bơm 1PL044 có lưu lượng 17,32 l/min, lưu lượng riêng 𝐷𝐷𝑝𝑝 = 14,33 𝑐𝑐𝑐𝑐3 /𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 Từ số vòng quay bơm số vòng quay motor thủy lực suy lưu lượng thể tích bơm phải nằm khoảng 3,6 – 36 lần lưu lượng thể tích của động thủy lực Do lưu lượng thể tích bơm phải lớn lưu lượng thể tích động thủy lực 3,6 lần Vậy chọn động thủy lực có lưu lượng riêng động 𝐷𝐷𝑚𝑚 = 3,81 𝑐𝑐𝑐𝑐3/𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 Tức motor 0PL011 c/ Tính tốn momen lớn đầu máy tiện chạy với vận tốc nhỏ nhất: 𝑇𝑇 2𝜋𝜋 𝑛𝑛𝑚𝑚 = 5.1000.0,865 Suy ra: 5.1000.0,865 5.1000.0,865 𝑇𝑇 = = = 34,42 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 2𝜋𝜋 𝑛𝑛𝑚𝑚 2𝜋𝜋 40 Bài A3.14: Một hệ thủy lực bao gồm đĩa có đường kính 15m, đĩa có ghế ngồi gắn chặt Ở trạng thái nghĩ đĩa nằm ngang Hai xy lanh sử dụng để tạo góc nghiêng 450 cho đĩa Đĩa quay tốc độ vg/min thông qua motor thủy lực nối với bánh cao su có đường kính 0,6 m ln nối với đĩa 15 m Moment lớn yêu cầu cho motor thủy lực 2000 Nm áp suất cực đại 138 bar Hiệu suất toàn phần motor 85% hiệu suất thể tích 92% Thiết kế hệ thống thủy lực, xác định lưu lượng thích hợp motor Giải Ta có: 𝐷𝐷𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑇𝑇 = 2𝜋𝜋 ƞ𝑡𝑡 Với: ƞ 0,85 ƞ𝑡𝑡 = = = 0,924 ƞ𝑉𝑉 0,92 NHÓM – CK10KSTN 113 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Lưu lượng riêng motor: 2𝜋𝜋 ƞ𝑡𝑡 𝑇𝑇 2𝜋𝜋 0,924.2000 => 𝐷𝐷𝑃𝑃 = = = 84,14 𝑚𝑚 �𝑣𝑣𝑣𝑣 138 𝑃𝑃𝑃𝑃 Do vận tốc đĩa có đường kính 15m vg/ph dẫn động thơng qua đĩa có đường kính 0,6 m Vận tốc đĩa nhỏ vận tốc motor: 15.4 𝑣𝑣𝑣𝑣 = 100 �𝑝𝑝ℎ 𝑛𝑛 = 0,6 Lưu lượng cần cung cấp cho motor: 𝑉𝑉 = 𝐷𝐷𝑃𝑃 𝑛𝑛 = 8414 𝑚𝑚 �𝑝𝑝ℎ Bài A3.15: Một cấu nghiêng dẫn động thủy lực sử dụng trục quay phía sau gắn xy lanh với ti gắn kẹp Xy lanh có hành trình 2,3m lực nhỏ tiến 140 kN chiều Nó đạt tốc độ 4,5m/phút tiến trở khả giữ tải vị trí chống lại phục hồi tải a) Vẽ mạch phù hợp lựa chọn xy lanh tiêu chuẩn, giả sử áp suất lớn hệ thống 200 bar Áp suất hoạt động thực tế lớn hệ thống bao nhiêu? b) Tính tốn lưu lượng van cần cung cấp công suất nguồn vào? Bài A3.16: Bài A3.17: Một vật đường ray xích kéo motor thủy lực kéo hai bánh Nó có khả leo lên dốc có tỉ lệ độ cao chiều nghiêng dốc 1/10 đạt tốc độ tối đa 25 km/h Vật nặng ma sát lăn 85 kg/tấn Và tăng lên đến 25 km/h vòng 10 s Năng lượng nguồn thủy lực tạo động diesel có tốc độ 2500 vòng/phút Áp suất tối đa nguồn 300 bar áp dọc theo đường ống từ nguồn đến motor 20 bar Hiệu suất tổng thể tích 0,8 0,95 Vẽ mạch truyền momen không đổi cho vật Có thể điều chỉnh tốc độ vật điều chỉnh hướng chạy cách điều chỉnh tốc độ độc lập bánh Xác định: Xác định khả tải motor đường kính ngồi lăn 1.2m Công suất (lưu lượng) nguồn tốc độ đạt 25 km/h Công suất lý thuyết bơm kéo động diesel Công suất cần thiết động diesel Giải NHÓM – CK10KSTN 114 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN D 1, = (85.8 + 8000.1/10) = 888 N m 2 n p D p Pm ( Fms + Fx ) Ta có T = Ta có Tm nm = Với nm = 2.π 25000 = 111v / ph 1, 2.π 60 → n p D= p 2.π Tm nm 2.π 888.111 = = 22l / ph 280.102 Pm Lưu lượng thực tế bơm n p D p 22 Q = = = 23l / ph 0,95 ηv Q p Pp = 11,5kw 600 Plt Plt ηv 11,5.0,95 Công suất động diesel Pdiesel = = = = 13, 66kw 0,8 ηt η0 Công suất lý thuyết = Plt NHÓM – CK10KSTN 115 ... 22 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Hình 5.62 (trang 184) sách Fluid Power Engineering: Hình 5.62: Ví dụ ứng dụng van ởn tớc NHĨM – CK10KSTN 23 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN...BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN BÀI TẬP VỀ NHÀ  Ví dụ 3.5 (trang 77) sách Power Hydraulics: Tỷ số hiệu suất... không ổn định, phụ thuộc vào lưu lượng dầu và bơm NHÓM – CK10KSTN 24 BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN BÀI TẬP VỀ NHÀ  Ví dụ 4.1 (trang 128) sách Power Hydraulics: Một xy lanh kiểu