Bài viết giới thiệu và phân tích đặc điểm làm việc của các hệ thống thủy lực của cơ cấu lắp dựng cần trục tháp; thiết lập cơ sở lý thuyết xác định chế độ điều khiển và phối hợp các sức cản thủy lực theo nguồn áp suất, vận tốc hạ tải trọng.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (3V): 140–148 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SỨC CẢN THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN CƠ CẤU LẮP DỰNG CẦN TRỤC THÁP Dương Trường Gianga,∗ a Khoa Cơ khí Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 06/05/2020, Sửa xong 03/06/2020, Chấp nhận đăng 16/06/2020 Tóm tắt Trong q trình lắp dựng cần trục tháp tiềm ẩn nhiều yếu tố gây an toàn lao động, đặc biệt liên quan tới việc điều khiển hệ thống thủy lực cấu lắp dựng giữ tải hạ tải trọng Chính việc lựa chọn phương pháp chế độ điều khiển hệ thống thủy lực phải xem xét cẩn thận trình thiết kế Bài báo giới thiệu phân tích đặc điểm làm việc hệ thống thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp Sau thiết lập sở lý thuyết xác định chế độ điều khiển phối hợp sức cản thủy lực theo nguồn áp suất, vận tốc hạ tải trọng Cuối kết nghiên cứu báo thảo luận đánh giá qua ví dụ thử nghiệm số Kết báo xây dựng công thức giải tích để tính tốn hệ số điều chỉnh hai sức cản thủy lực việc lựa chọn phương pháp chế độ điều chỉnh hệ thống dựa mơ hình tính tốn tổng qt Nghiên cứu áp dụng cho việc thiết kế cấu lắp dựng cần trục tháp thiết bị nâng tương tự Từ khoá: van áp suất; van tiết lưu; điều khiển vận tốc; cần trục tháp; hệ thống thủy lực SELECTING CONTROL METHOD OF HYDRAULIC RESISTANCES IN HYDRAULIC SYSTEM FOR TOWER CRANE CLIMBING MECHANISM Abstract In the process of tower crane installation, many unpredictable factors may cause occupational accidents, especially associated with the control of the hydraulic system of the tower crane climbing mechanism while loading and lowering the load Therefore, the selection of control method and control mode for this hydraulic system must be carefully considered during the design process This paper presents and analyzes the working characteristics of hydraulic systems of tower crane climbing mechanism Then theoretical basis for such hydraulic systems was established to determine the control mode and coordination of hydraulic resistances according to the pressure source, lowering speed Finally, the research results in this paper are discussed and evaluated through numerical simulation The results of the paper have formulated analytic formulas to calculate the adjustment coefficient between the two hydraulic resistances in selecting the method and system adjustment mode based on the general calculation model This study is applied for the design of tower crane climbing mechanisms and similar lifting equipment Keywords: pressure valve; throttle valve; velocity control; tower crane; hydraulic system https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(3V)-13 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: giangdt@nuce.edu.vn (Giang, D T.) 140 Keywords: pressure valve; throttle valve; velocity control; tower crane; hydraulic system Giới thiệu Giang, D T / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Cần trục tháp sử dụng phổ biến xây dựng cơng trình cao tầng, Giới thiệu việc thay đổi chiều cao thân tháp thường cách sử dụng cấu lắp dựng Phổ Cần trục tháp phổ biến thủy xây dựng cao tầng, việc thay chiều thông người ta sửsửdụng dụng xy-lanh lựccơng kíchtrình nâng, hạ phần bênđổi cần cao thân tháp thường cách sử dụng cấu lắp dựng Phổ thông người ta sử dụng trục để tháo hay lắp đốt tháp (Hình 1) Trong trình lắp dựng tiềm ẩn nhiều xy-lanh thủy lực kích nâng, hạ phần bên cần trục để tháo hay lắp đốt tháp (Hình 1) Trong yếuq tố trình tồn laoyếuđộng đặcmất biệt liênlao quan điềuliênchỉnh lắp gây dựngmất tiềm an ẩn nhiều tố có [1], thể gây an toàn độngtới [1],việc đặc biệt quan tới việc thủy điều chỉnh tải hạ tải trọng cấu lực giữcấutảithủy lực hạ tải giữ trọng 10 11 1- Thân tháp; 2- Vấu tỳ; 3- Đòn tỳ; 4- Xy-lanh thủy lực; 5- Đoạn tháp; 6- Đoạn tháp lắp dựng; 7- Khung nâng; 1- Thân tháp; 2- Vấu8-tỳ; Đòn9- tỳ; Xy-lanh lực;tháp; 5- 11Đoạn Bàn3-quay; Cần 4mang đối trọng;thủy 10- Đỉnh Cần tháp; 6- Đoạn tháp lắp dựng; 7- Khung nâng; 8- Bàn quay; 9- Cần mang đối trọng; 10- Đỉnh tháp; 11Hình Sơ đồ nguyên lý cấu lắp dựng cần trục tháp Cần Nghiên cứu [2–4] cung cấp sở lý thuyết tính tốn giá trị tải trọng nói chung, tải trọng lồng Sơ đồ lý cấu thân cấu tháp, lắp dựng trụcdùng thápcho nhiều tốn tác dụng từ bànHình quay tới lắp nguyên dựng kết giá trịcần tải trọng khác tính tốn hệ thống thủy lực, thân tháp, neo giằng tháp, tính móng máy Các tác giả Nghiên cứu [2], [14], [15] cung cấp sở lý thuyết tính tốn giá trị tải [5] nêu vấn đề điều khiển ổn định vận tốc xy-lanh thủy lực, phân tích số nguyên nhân làm trọng chung, dụng từ bàn tớisơlồng lắpkhiển dựngsửvà kếtphối cấuhợp thân mấtnói ổn định vận tải tốc trọng động cơtác thủy lực, giới thiệuquay số đồ điều dụng sứctháp, cản lựctrọng van dùng điều chỉnh suất cho lựcnhau chuyểnnhư độngtính tịnhtốn tiến [6, nghiênthủy cứu mơ giá thủy trị tải cho áp nhiều bàimạch toánthủy khác hệ 7]thống lực, hình phần tử thủy lực có kể đến tổn thất lưu lượng, độ cứng dầu thủy lực sử dụng phần mềm thânFESTO tháp, FLUIDSIM neo giằnghoặc tháp,AMESIM tính móng Các tácthủy giảlực [3] nêu vấnbịđềnâng, điềunghiên khiển để mômáy mạch đơn giản thiết cứu để tối ưuthủy hóa thơng số tích hệ thống lực Các tác giả [8] nghiên cứu vận hệ ổn định vận tốcsởxy-lanh lực, phân mộtthủy số nguyên nhân làm ổn định điện thủy lực để điều khiển tốc độ động thủy lực với bơm bánh sử dụng máy tính điều tốc động thủy lực, giới thiệu số sơ đồ điều khiển sử dụng phối hợp sức cản khiển chuyển đổi A/D, van tỷ lệ, cảm biến áp suất vị trí Các nghiên cứu [9–13] thủycung lựccấp vàcác van điều chỉnhchung áp suất cho mạch thủyđộng lực thủy chuyển động cứu tịnhtrong tiến sở lý thuyết điều khiển hệ truyền lực, nghiên [14,[4, 15]5] tính tốn hệ truyền độnglực thủy pháplượng, tính tốnđộ hiệu suất dầu hệ nghiên cứucác mơthơng hìnhsốcác phần tử thủy cótĩnh kểcủa đếnmáy, tổnphương thất lưu cứng truyền động thủy lực Như liên quan tính tốn điều khiển hệ thống thủy lực cho cấu lắp dựng cần trục tháp thiết bị nâng tương tự Việt Nam giới, chủ yếu liên quan tới tải trọng thiết kế, phương pháp điều khiển vận tốc động cơ2thủy lực, tính tốn thơng số Điều khiển động thủy lực sử dụng phần tử thủy lực van servo, van tỉ lệ có nhiều ưu điểm, thích hợp cho điều khiển tự động, nhiên không phù hợp cho tất ứng dụng [8–13] Một phương pháp 141 Giang, D T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đơn giản để điều chỉnh tốc độ xy-lanh thủy lực sử dụng sức cản thủy lực đặt vào hệ thống đường ống [5, 9–13] Đối với hệ thống thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp ln chịu tải trọng chiều làm việc vấn đề đặt phải an toàn đặc biệt tốc độ hạ phải khống chế Trong báo dẫn phân tích phương án sử dụng sức cản thủy lực giới hạn van tiết lưu lắp đường ống để khống chế vận tốc mô nguyên lý phần mềm AUTOMATION STUDIO 6.0 (AS6.0) [16] Sau thiết lập sở lý luận mặt lý thuyết, thử nghiệm số để xác định chế độ điều khiển hệ số điều chỉnh sức cản theo áp suất nguồn, vận tốc hạ tải trọng mà có kể đến độ cứng dầu qua hệ số tích lũy dầu thủy lực Nghiên cứu áp dụng cho thiết kế cấu lắp dựng cần trục tháp thiết bị tương tự Điều khiển xy-lanh thủy lực công tác cấu lắp dựng cần trục tháp Để đáp ứng yêu cầu đối tượng cơng tác việc điều khiển tốc độ xy-lanh thủy lực có ý nghĩa quan trọng Trong cấu lắp dựng cần trục tháp, vận tốc xy-lanh thủy lực phải phù hợp nâng tải hạ tải Đặc biệt tính chất chịu tải trọng chiều, trình hạ, hệ thống thủy lực cần đóng vai trị giữ hãm chuyển động, có cấu đề phòng tụt áp suất làm việc Sử dụng bơm thủy lực có điều khiển đạt hiệu suất cao, nhiên khó điều chỉnh xác tốc độ điều khiển tay chi phí đầu tư lớn Phương pháp phổ biến đơn giản bố trí sức cản thủy lực đường ống, điều chỉnh lưu lượng thông qua điều chỉnh diện tích khe hẹp Trong hệ thống thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp sức cản thủy lực ngồi việc điều chỉnh lưu lượng cịn bổ sung thêm tính an tồn với van chống rơi tải (van đối tải) Tuy nhiên sử dụng sức cản thủy lực gây tổn thất lượng chiều chuyển động không mong muốn, giải pháp để giải vấn đề sử dụng van tiết lưu van chiều mắc song song Dựa vào nghiên cứu [1, 5, 9–13], hồ sơ kỹ thuật máy đặc điểm cấu lắp dựng cần trục tháp, báo dẫn sơ đồ Hình Hãm chuyển động cách sử dụng sức cản thủy lực lắp đầu đường ống xy-lanh (Hình 2(a)), cách bố trí van chiều, dầu từ bơm thủy lực tới trực tiếp xy-lanh Vận tốc q trình nâng tải (khi duỗi xy-lanh) tính toán từ việc lựa chọn bơm thủy lực phù hợp, trình hạ tải phụ thuộc chế độ điều khiển sức cản thủy lực Sự rò rỉ bơm phụ thuộc tải trọng, phương án vận tốc xy-lanh thủy lực phụ thuộc tải trọng tác dụng Hãm chuyển động cách sử dụng sức cản thủy lực lắp đầu đường ống xy-lanh phối hợp với van điều chỉnh áp suất (Hình 2(b)), phương án cho vận tốc ổn định phức tạp phương án Hình 2(a) Hãm chuyển động cách sử dụng sức cản thủy lực lắp đầu đường ống xy-lanh (Hình 2(c)), vận tốc trình nâng tải (khi duỗi xy-lanh) tính tốn từ việc lựa chọn bơm thủy lực phù hợp Quá trình hạ tải phụ thuộc chế độ điều khiển phối hợp sức cản thủy lực hai nhánh Giữa bơm xy-lanh thủy lực tồn sức cản thủy lực ngăn cách, phương án vận tốc xy-lanh thủy lực phụ thuộc tải trọng tác dụng Hãm chuyển động cách sử dụng sức cản thủy lực lắp đầu xy-lanh kết hợp với van điều chỉnh áp suất (Hình 2(d)), phương án cho vận tốc ổn định phức tạp phương án Hình 2(c) Các phương pháp đặt sức cản thủy lực đường ống để điều khiển, hãm chuyển động xy-lanh thủy lực cần bố trí đầu khơng có cán xy-lanh, bổ sung thêm tính an tồn với van chống rơi tải Vận tốc xy-lanh thủy lực hạ xác lập phụ thuộc vào phối hợp điều chỉnh sức cản thủy lực theo áp suất, lưu lượng nguồn thủy lực Khi tải trọng tác dụng vào xy-lanh giai đoạn chuyển động ổn định xem biến đổi, rõ ràng lưu lượng qua sức cản thủy lực gần không đổi, lưu lượng phụ thuộc chủ yếu vào diện tích khe hẹp 142 3, 7-11], hồ sơ kỹ thuật máy đặc điểm cấu lắp dựng cần trục tháp, báo [1,kỹ 3, 7-11], máy hồ sơvà kỹ đặc thuậtđiểm máy cấu cần lắp dựng trụcbài tháp, báo thuật cơđặc cấuđiểm lắp dựng trục cần tháp, báobàichỉ 47-11], sơ đồ hồ nhưsơ Hình [1,dẫn 3, 7-11], hồ sơ kỹ thuật máy đặc điểm cấu lắp dựng cần trục tháp, báo ch sơ đồ Hình sơ đồ Hình4 dẫn sơ đồ HìnhGiang, D T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hãm chuyển động sử dụng sức (b) Hãm chuyển động sử dụng sức (a) Hãm chuyển động sử dụng sức (b) Hãm chuyển động sử dụng sức cản thủy lực lắp động đầubằng củasửxy-lanh phối n thủy lực lắp 1(a)đầu xy-lanh Hãmlực chuyển sử dụng (b) Hãm chuyển dụng cản thủy cản thủy lực lắp sức đầu xy-lanh phối cản thủy chỉđộng lắpbằng đầu củasứcxy-lanh thủy lực lắp đầu xy-lanh hợp với lực lắp điều đầu xy-lanháp phối hợp với van van chỉnh suất (a) Hãmcảnchuyển động sử dụng sức (b) Hãm chuyển động sử dụng sức hợp với van điều chỉnh áp suất điều động chỉnh áp suất Hãm chuyển động sử dụng sức (b) Hãm chuyển sử dụng sức cản thủy lực lắp đầu xy-lanh phố cản thủy lực lắp đầu củacản xy-lanh thủy lực lắp đầu xy-lanh phối thủy lực lắp đầu xy-lanh hợp với van điều chỉnh áp suất hợp với van điều chỉnh áp suất (c) Hãm chuyển động sử (d) Hãm chuyển động sử dụng sức cản thủy dụng sức cản thủy lực lắp đầu lực lắp đầu xy-lanh phối hợp với van điều (c) Hãm chuyển động sử động sử dụng sức Hãmápchuyển động (d)dụng Hãmsức chuyển(d) động xy-lanh chỉnh suất sử dụng sức Hãm chuyển sử dụng sức thủy lắp đầu củacản xy-lanh cản thủy lực lắp 2cản đầu củalực xy-lanh thủycủa lựcxy-lanh lắp đầu xy-lanh phối thủy lực lắpcản đầu phối Hình Sơ đồ hệ thống thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp phần mềm AS6.0 hợp với van điều chỉnh áp suất hợp với van điều chỉnh áp suất (c) Hãm chuyển động sử dụng sức cản thủy lựcsửlắpdụng đầu xy-lanh Hãm chuyển động sức (d) Hãm chuyển động sử dụng sức cản thủy lựcbằng lắp 2sử đầu xy-lanh phối (d) Hãm chuyển động dụng chuyển cách dụng sức thủy lựcđường lắpống đầusức đường ống 3.1 Mơđộng hìnhHãm tính tốn Hãm chuyển cách động sử dụng sức cảnsử thủy lực chỉcản lắp đầu hợp với van điều chỉnh áp suất n thủy lực lắp đầu xy-lanh xy-lanh (Hình 2(a)), cáchcản bố trí vanlực chiều, bơmxy-lanh thủy lựcphối tới trực tiếp thủy lắp 2dầu đầutừcủa Hình 2.thủy Sơ thống thủydựng lực lắptháp dựngtrên cầnphần trục mềm tháp phần mềm AS6.0 hệ Điều khiển đồ sức cản thủy nh Sơ đồ thống lựchệ cấu lực lắp cầncấu trục AS6.0 Mơ2(a)), hình tính hệ thống cấu lắpdầu dựngtừcần trục thủy tháp xây giả thiết: xy-lanh (Hình dotốn cách bố tríthủy vanlực1 chiều, bơm lựcdựng tớidựa trực tiếp bỏHình qua tổn2.thất lưu hệ đường ống, ròtải gỉ (khi dầu; bỏ quadựng ma sát cần hệ thủy lực;trên sức cản thủymềm lực tốc q trình nâng duỗi xy-lanh) tính từphần việc lựa chọn SơVận đồlượng hệtải thống thủy lực cấu lắp trục tháp AS6.0 hợp vớidầu van điều chỉnh áp suất anh Vận tốc xy-lanh trình duỗi tốn lựatốn chọn dịng tínhnâng chủ yếu do(khi van tiết lưuxy-lanh) tạo ra; độ đàn hồi tính xemtừ xétviệc thể tích dầu xy-lanh bơm thủy phù hợp, trình hạchế tảichuyển phụđiều thuộc chế sức độđịnh điều khiển sức cảncần, thủy lực đường ống nốilực với vanhạ tiết lưu;phụ giai đoạn động không ổn thìthủy phần đầu m thủy lựcvàphù hợp, trình tải thuộc độ khiển cản lực Hãm chuyển động cách sửcần dụng sức cảntrên thủy lực lắp tháp, đầu đường ốn h Sơ đồcầnhệmang thống thủy lực cấu lắp dựng trục tháp phần mềm AS6.0 Sự rịđối rỉ trọng, tải bơm phụ(hình thuộc tảián nàyđổi vận tốc lực phụ bàn quay 1) coi làtrọng, chuyểnphương động thẳng biến đều; cácxy-lanh lực (gồm:thủy lực đứng, ò rỉ bơm phụ thuộc trọng, phương nàytrívận tốc1 án xy-lanh thủy lực phụ củangang, xy-lanh (Hình 2(a)), cách bố van chiều, dầu từ bơm thủy lực tới trực tiế lực mô men, ma sát) tác dụng quy đổi lực thẳng đứng F tác dụng vào xy-lanh thủy thuộc tải trọng tác dụng Hãm chuyển động cách sử dụng sứcđường cản thủy lực Hãm chuyển động cách sử dụng sức cản thủy lực lắp đầu ống ộc tải trọng tác dụng Hãm sứclưu cản thủy lực chỉthủy lực có biến đổi khơng đángtrình kể,động coi khidụng tính tốn; lượng nguồn lựa chọ xy-lanh Vận tốcchuyển nâng tải cách (khisốsử duỗi xy-lanh) tính tốn từlực việc y-lanh (Hình dophù cách bố q trí van chiều, dầuthuộc từ bơm lựckhiển tới trực 143 bơm 2(a)), thủy lực hợp, trình1 hạ tải phụ chế thủy độ điều sức tiếp cản thủy lực nh Vận tốc nângphụ tải thuộc (khi duỗi xy-lanh) từ việc lựathủy chọnlực ph Sự q rị rỉ trình bơm tải trọng, phương ántính tốn vận tốc xy-lanh thủy lực phù trình hạ tảiHãm thuộc chế độbằng điềucách khiểnsửsức cảnsức thủy 4phụ chuyển thuộchợp, tải trọng tác dụng động dụng cảnlực thủy lực ch vớichỉnh van điều chỉnh áp 2(d)), suất (Hình 2(d)), phương xy-lanhcủa kếtxy-lanh hợp vớikết vanhợp điều áp suất (Hình phương án cho án vậnnày cho vận ổn định phức tạp phương án Hình 2(c) tốc ổn địnhtốc phứcnhưng tạp phương án Hình 2(c) Các phương pháp sứclực cảntrên thủy lực để điều Các phương pháp đặt sức cảnđặt thủy đường ống đường để điềuống khiển, hãm khiển, hãm chuyển động xy-lanh thủy cầnđầu bố trí có đầucán khơng có cán bổ chuyển động xy-lanh thủy lực cầnlực bố trí khơng xy-lanh, xy-lanh, bổ Giang, D T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thêman tính anvới toànvan với rơi vantải chống tốc sung thêm sung tính tồn chống Vận rơi tốctải củaVận xy-lanh thủyxy-lanh lực thủy lực khiđổi hạ xác lập phụxác thuộc vào phối hợp điều chỉnh sức cảncác thủy lựccản hạ lậpmơ phụhình thuộc vào sựvàphối hợp vàthủy điềulực chỉnh sức thay Từ giả thiết tính tốn hệ thống dạng mạch RCthủy tổnglực quát hệ theo áp suất, lưu lượng nguồn thủy lực Khi tải trọng tác dụng vào xy-lanh giai theo áp suất, lưu lượng nguồn thủy lực Khi tải trọng tác dụng vào xy-lanh giai thống thủy lực cấu lắp dựng cần trục nghiên cứu cho Hình 3, R điện trở đoạn chuyển động ổn xem biến rõ ràng lưu lượng qua sứcthủy cảncác đoạn chuyển động ổnlàđịnh xem ítthì biến đổi, ràng lưu lượng qua đặc trưng cho sức cảnđịnh thủy lực, Cít tụ đổi, đặc trưng chothì rõ tích phóng dầu lực.sức cản thủy lực không đổi, không lưu lượng vàochủ diệnyếu tíchvào khediện hẹp.tích khe hẹp thủygần lựcnhư gần đổi,phụ lưuthuộc lượngchủ phụyếu thuộc 2 c 11 RT v 11 V1 c 11 11 RT R1 1 11 v 21 11 v 11 v 21 c 21 11 V1 C1 R1 1 2 c 21 2 V2 C2 RT 21 R2 2C2 RT 21 1 V2 R2 C1 (a) Sơ đồ tính q trình (a)tốn Sơđồ đồ tính q (b) đồ Sơtính đồ q trình (b) Sơ tốn q trình hạq tải trình hạ tải (a) Sơ tính tốnnâng q trình trình nâng (b)tính Sơtốn đồ tính tốn trọng hạ tải trọng tải trọng nâng trọng tải tải trọng trọng Hình MơHình hình tính thủy cấu lắp cầnlắp trục thápcần trục tháp Mơtốn hìnhmạch tính thủy tốn lực mạch lựcdựng cấu dựng Hình Mơ hình tính tốn mạch thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp Điều khiển sức cảncác thủy Điều khiển sứclực cản thủy lực Xét trìnhtính nâng tải (Hình 3(a)), dầu đưa vào buồng khơng có cán để duỗi xy-lanh Theo 3.1.q Mơ hình 3.1 Mơtốn hình tính tốn giả thiết, phương trình cân lực lưu lượng đầu vào sau: Mơ hình tính thống lực cơthủy cấu lực lắp dựng tháp dựng Mơtốn hìnhhệtính tốnthủy hệ thống cấucần lắptrục dựng cầnxây trục tháp xây dựng dựa giả thiết: bỏ qua tổn thất lưu lượng hệ đường ống, rò gỉ dầu; bỏ dựa giả thiết: bỏ qua tổn thất lưu lượng hệ đường ống, rò qua gỉ dầu; bỏ qua p1n A1 − p2n A2 = man + d p1n Q2 = QV11 + QC11 + QRT =5 A1 + C511 ; dt F C11 = V1n ; E QRT = (1) (2) p1n áp suất buồng xy-lanh đầu khơng có cán trình nâng tải; p2n áp suất buồng xy-lanh nối với đầu hồi; m khối lượng phần đầu tháp, cần, cần mang đối trọng, bàn quay, đốt tháp, ; F lực thẳng đứng quy đổi tác dụng vào xy-lanh; Q2 lưu lượng dầu cung cấp từ bơm thủy lực; A1 , A2 diện tích pít tơng; vận tốc nâng; an gia tốc chuyển động; C11 hệ số tích lũy dầu; V1n thể tích dầu xy-lanh đường ống; E mô đun đàn hồi dầu; QRT lượng chất lỏng qua khe hẹp van an toàn thùng dầu (nếu có) Giả thiết mơ hình tải trọng F coi không đổi, nên p1n không đổi làm việc ổn định Bơm thủy lực, số phần tử thủy lực, áp suất lưu lượng nguồn chọn, tính tốn từ phương trình (1) (2) Các giá trị áp suất đường kính xy-lanh thông số khuyến cáo theo dãy tiêu chuẩn, nên cho trước thơng số theo giá trị tiêu chuẩn tìm thơng số cịn lại phục vụ tốn xác định chế độ điều khiển sức cản thủy lực hạ tải Xét trình hạ tải trọng (Hình 3(b)), phương trình cân lực cân lưu lượng đầu vào xy-lanh thủy lực sau: p1h A1 − p2h A2 = mah + F QV2 = QR2 − QC2 ; QRT = Q2 − QR2 p2 d p2h V2h vh A2 = − C2 ; C2 = R2 dt E 144 (3) (4) (5) Giang, D T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng p1h áp suất buồng xy-lanh nối với đầu hồi; p2h áp suất buồng xy-lanh nối từ nguồn, khơng có R2 coi p2h ≈ p2 ; p2 áp suất nguồn thủy lực; ah gia tốc chuyển động hạ; vh vận tốc hạ chuyển động ổn định; C2 hệ số tích lũy dầu; V2h thể tích dầu xy-lanh đường ống; R2 sức cản thủy lực Quan hệ áp suất lưu lượng chất lỏng chảy qua khe hẹp, cho trường hợp chảy rối theo [9–13] bậc 2: p2 2g(p2 − p2h ) QR2 = = µAT (6) R2 γ µ hệ số lưu lượng; AT diện tích khe hẹp gây sức cản thủy lực R2 ; γ trọng lượng riêng dầu thủy lực; g gia tốc trọng trường Áp suất p2 từ bơm bị giới hạn van an toàn, bơm xy-lanh bị ngăn cách sức cản thủy lực R2 Do tính chất chịu tải trọng chiều cấu, nên giá trị p2h nhỏ Thay (6) vào (5) ta có: 2gp2 V2h d p2h − γ E dt vh A2 = µAT (7) Gọi k hệ số điều chỉnh làm việc sức cản thủy lực R1 R2 : k= AT AT (8) Cuối ta tính vận tốc hạ theo áp suất chế độ điều khiển sức cản thủy lực từ (7) bỏ qua p2h : 2gp2 µkAT γ (9) vh = A2 Xét phương trình cân lưu lượng đầu hồi thùng dầu trình hạ tải trọng (Hình 3(b)) [9–13], ta có phương trình: QV1 = QC1 + QR1 ; vh A1 = C1 d p1h p1h + ; dt R1 C1 = V1h E (10) C1 hệ số tích lũy dầu; V1n thể tích dầu đường ống xy-lanh; R1 sức cản thủy lực Với chuyển động thẳng biến đổi đều, thời điểm ban đầu xét v0 = 0, từ phương trình (3) [9–13], ta có: d p1h vh p1h 2gp1h vh = −m ; QR1 = = µAT (11) ah = ; t dt R1 γ A1 t Thay liệu từ (11) vào (10) tương tự trên, suy ra: 2gp1h γ vh = V1h A1 + m E A1 t2 µAT 145 (12) Giang, D T / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Từ công thức (9) (12) suy ra: µkAT A2 2gp2 γ 2gp1h γ = V1h A1 + m E A1 t2 µAT (13) Khi lắp sức cản thủy lực van tiết lưu đầu đường ống (Hình 2(a) 2(b)) mà khơng có R2 , áp suất từ nguồn bị giới hạn van an toàn không đổi, p2h ≈ p2 lưu lượng từ nguồn QR20 ≈ vh A2 , diện tích khe hẹp sức cản thủy lực R1 là: QR20 A1 + m AT = A2 µ V1n E A1 t2 (14) 2gp1h γ Hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k lắp sức cản thủy lực van tiết lưu đầu đường ống (Hình 2(c), 2(d)), suy từ (13): √ A2 p1h k= (15) √ V1h p2 A1 + m E A1 t2 Qua công thức (15) ta thấy hệ số điều chỉnh sức cản k = AT /AT phụ thuộc vào nhiều yếu tố, thông số xy-lanh lượng dầu xy-lanh xác định tỉ lệ với tỉ số áp suất p1h /p2 Giá trị p1h phụ thuộc nhiều vào tải trọng ngồi tác dụng xác định từ (3), khảo sát ảnh hưởng áp suất p2 tới thông số khác liên quan 3.2 Khảo sát thử nghiệm Các số liệu đầu vào dựa số liệu cần trục tháp có sức nâng lớn 16 tầm với 70 m Khối lượng bên gồm cần mang đối trọng, đỉnh tháp, đối trọng, cấu, m = 58000 kg, lực đứng quy đổi tác dụng vào cán pit tông bao gồm lực ma sát trượt ma sát lăn làm việc, F = 700000 N Vận tốc đẩy xy-lanh chuyển động ổn định = 0,333 m/s Các số liệu cho trước xy-lanh tiêu chuẩn hãng ATOS hệ thống thủy lực Bảng 1, thể tích dầu xy-lanh đường ống lấy pít tơng duỗi hết hành trình 1,6 m Bảng Các số liệu cho trước xy-lanh hệ thống thủy lực TT A1 (m2 ) A2 (m2 ) V1n (m3 ) V1h (m3 ) V2h (m3 ) γ (N/m3 ) E (kg/ms2 ) µ 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852 × 103 1,4 × 109 0,6 Chọn giá trị gia tốc nâng giai đoạn chuyển động không ổn định an = 0,11 m/s2 , thay vào (1) ta có áp suất dầu p1n = 27,76 × 106 N/m2 Từ phương trình (1) (2), suy ra: Q2 = A1 − C11 m A1 t2 (16) Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = s, thay số vào phương trình tính lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng Q2 = 0,00847 m3 /s Chọn nguồn thủy lực cho 146 1A1t 0,018864 0,02545 0,0159 0,018864 0,0051 0,852.103 1,4.10(16) (16) 0,6 0,6 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852.103 1,4.10 Thời chuyển không ổn thiết kế số vào phương Chọn giá gia tốcđộng nâng giai không định an Thờigian giantrị chuyển động không ổnđịnh địnhđoạn thiếtchuyển kết t==3động 3s,s,thay thay sốổn vào phương ổn định Chọn giá trị gia tốc(1) giai đoạn chuyển động không = 0,11 m/s , thay vào tanâng có áp suất dầu pđể =đảm 27,76 10 N/m nâng Từlàlà phương trình tính lưu lượng nguồn cấp cần thiết bảo vận tốc 1n trình tính lưu lượng nguồn cấp cần thiết đểđảm bảo vận tốc2nâng làanQQ22 == 3, 3thay = trình 0,11 (1) m/s vàonguồn (1) ta thủy cóthủy áp suất pnâng = 27,76 10trục N/mtháp Từcó phương 1n nghệ (2), suy ra: Giang, D T.lực /lực Tạp chí Khoa học Cơng Xây 0,00847 mvà /s./s Chọn cho cơcơdầu cấu đẩy cần lưu 0,00847 m Chọn nguồn cho cấu nâng đẩydựng cần trục tháp có lưulượng lượng trình (1) (2), suy ra: nguồn suất suất ,2áp 2max nguồn Q suất lớnnhất nhấtpcó p2max >pv1n p1nđảm đảmbảo bảo dựtrữ trữcơng cơng suất , áp cấuQnâng đẩy cầnlớn trục tháp lưu>lượng nguồn Q2 ,dự áp suất lớn p2 max > p1n đảm bảo dự trữ n Q = A v C m n 11 v công suất A2016 t 22016hỗ SửSửdụng phần Matlab hợp sử = A1mềm vmềm m nhỗ dụng Matlab hỗtrợ trợtính tínhtốn, tốn,khảo khảosát sátcác cáctrường trường hợp sử (16) 2phần n - C112016 trợ tính tốn, khảo sát trường hợp sử dụng sức Sử dụng phầnQmềm Matlab cản thủy A1t (16) dụng sức cản thủy lực cho đầu vàvàhạ hai dụng sức cản thủy lực cho đầu hai đầutrong trongquá quátrình trìnhhạ hạtải tảitrọng trọng lực cho đầu hai đầu trình tảiđầu trọng Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = s, thay số vào phương Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = s, thay số vào phương trình tính lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng Q2 = trình tính lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng Q2 = 0,00847 m /s Chọn nguồn thủy lực cho cấu nâng đẩy cần trục tháp có lưu lượng 0,00847 m /s Chọn nguồn thủy lực cho cấu nâng đẩy cần trục tháp có lưu lượng nguồn Q2 , áp suất lớn p2max > p1n đảm bảo dự trữ công suất nguồn Q2 , áp suất lớn p2max > p1n đảm bảo dự trữ công suất Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính tốn, khảo sát trường hợp sử Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính tốn, khảo sát trường hợp sử dụng sức cản thủy lực cho đầu hai đầu trình hạ tải trọng dụng sức cản thủy lực cho đầu hai đầu trình hạ tải trọng (a) Ảnhhưởng hưởng ápáp suất nguồn thủy lực tới áp suấttới p1háp (b)Điều Điều chỉnh diệndiện tích sứctích cản thủy theothủy áp suấtlực p1h Ảnh hưởng ápsuất suất nguồn thủy lực tới áp (b) (b) Điều chỉnh diện tích sứclực cản thủy lực (a)(a) Ảnh nguồn thủy lực chỉnh sức cản suất p1h Hình Điều chỉnh sức cản thủy lực bố trí 1theo đầu suất p1h theoxy-lanh ápsuất suấtpp1h1h áp Hình kếtHình thử trường hợp bố trí sức lực cản lực xy-lanh (khơng có R2 ) Hình Điềuchỉnh chỉnhsức sứccản cản thủy lựcthủy khibố bốtrí tríở1ởđầu đầu xy-lanh 4.4.nghiệm Điều thủy 11đầu xy-lanh cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế hạ cần đảm bảo ah = 0,042 m/s2 Áp suất dầu p1h khoang khơng có cán xy-lanh phụ thuộc trực tiếp vào áp suất nguồn thủy lực p2 tăng cách nhanh chóng, p2 đạt từ đến × 107 N/m2 p1h đạt giá trị từ 2,76 × 107 đến 5,8 × 107 N/m2 , tương ứng diện tích khe hẹp sức cản thủy lực phải điều chỉnh giảm từ AT = 6,6 × −3 2 10 mm tới Aáp = suất 4,4nguồn ×nguồn 10−3thủy mm Cùng vàchỉnh giachỉnh tốc hạdiện yêu cách dụng sức (a)Ảnh Ảnh hưởng thủy lực áp tải T 1áp (b) Điều tích sức cảnsửthủy (a) hưởng suất lực tới tới ápmức (b)trọng Điều diện tíchcầu sứccho cản thủy lực lực cản thủy lực phương án Hình 2(a) 2(b), ta thấy van tiết lưu xy-lanh thủy lực phải chọn suất áp suất suất p1hp1h theotheo áp suất p1h p1h miền áp suất lớn Vì gây khó khăn cho lựa chọn thiết bị tăng giá thành đầu tư, đặc biệt Hình Điều chỉnh thủy bốởtrí1 đầu xy-lanh 4 Điều chỉnh sứcsức cảncản thủy lực lực khi bố trí đầu xy-lanh tải trọng lớn Hình (b)Khi Khivận vậntốc tốchạ hạvvh h==3,28 3,28m/s, m/s, (b) 2 2, p1h = 3.10 7 N/m a = 1,1 m/s h ah = 1,1 m/s , p1h = 3.10 N/m2 Khivận vậntốc tốchạhạvhv= 0,123m/s, m/s, h= (a)(a)Khi 0,123 2 a = 0,042 m/s , p = 2,7.10 N/m ah =h 0,042 m/s , p1h1h= 2,7.10 N/m2 Hình5.5.Ảnh Ảnhhưởng hưởngápápsuất suấtnguồn nguồnthủy thủylực lựctới tớihệhệsốsốđiều điềuchỉnh chỉnhsức sứccản cảnthủy thủylực lựckk Hình Hình4 4làlàkết kếtquả quảthử thửnghiệm nghiệmtrường trườnghợp hợpbố bốtrítrísức sứccản cảnthủy thủylực lựctại tại11đầu đầuxyxyHình lanh(khơng (khơngcócóRR ) cho vận tốc hạ thiết kế v = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế hạ cần lanh 2)2 cho vận tốc hạ thiết kế vh h= 0,123 m/s, gia tốc thiết kế hạ cần (b)Khi Khi vận tốc vhhạ=m/s, m/s, (b) tốc vận hạ vhhạ = 3,28 a = 1,1 m/s2 , p = (b)vận Khi tốc v3,28 h2=h 3,28 m/s, 1h 7 ×2 10 N/m N/m 72 ah = 1,1 m/s , p1h = 3.10 (a) Khi tốc vận vhtốc = 0,123 m/s2 , p1h (a)vận Khi hạ hạ vm/s, m/s, h = 0,042 h= (a) Khihạvận tốc vha0,123 2= 0,123 m/s, 7 2 = 2,72,×p210 N/m ah = 0,042 m/s 1h = 2,7.10 N/m ah = 1,1 m/s , p1h = 3.10 N/m ah = 0,042 m/s , p1h = 2,7.10 N/m 99 Hình Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k Hình Ảnh hưởng ápáp suất nguồn thủy lựclực tới tới hệ số chỉnh sức sức cản cản thủythủy lực klực k Hình5.5 Ảnh hưởng suất nguồn thủy hệđiều số điều chỉnh Hình kết đánh giá ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới việc bố trí kết hợp sức cản thủy kếtkết thử nghiệm trường sức cản cản thủy lực 1tại đầu xy- kiện lực tạiHình 2Hình đầu4xy-lanh thơng qua hệnghiệm số điều chỉnhhợp k hợp =bố ATtrí Hình 5(a)thủy tương ứng với1điều thử trường bố trí lực đầu xy2 /AT sức lanh (khơng có R ) cho vận tốc hạ thiết kế v 0,123 m/s, gia tốc thiết kế hạ cần 2hạ h =4, vận tốc gia tốc phương án tính tốn Hình có R ngăn cách bơm xy-lanh, nên m/s, gia tốc thiết kế hạ cần lanh (khơng có R2) cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 xy-lanh van tiết lưu chịu áp suất p1h = 27,7 × 107 N/m2 , hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực theo áp suất nguồn lựa chọn k khoảng từ 0,5 đến 1, tương ứng áp suất nguồn giảm từ p2 = × bố trí việc chọn thiết bị trở nên đơn giản 107 N/m2 tới p2 = 1,6 × 107 N/m2 Rõ ràng cách làm việc miền áp suất nhỏ hơn, kinh tế Hình 5(b) điều chỉnh hệ số k tăng so với Hình 5(a) mức nhỏ (tăng từ 1,05 tới 1,1 lần) tương ứng với áp suất nguồn p2 , nhiên vận tốc gia tốc hạ tăng nhanh chóng gây tải động lớn Điều cho thấy để đảm bảo an tồn, cần phải tính tốn 147 Giang, D T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng xác định trước chế độ điều chỉnh phối hợp sức cản thủy lực, thiết lập giới hạn điều khiển an toàn tương ứng áp suất nguồn thủy lực thiết kế p2 Kết luận Đối với hệ thống thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp phải an toàn đặc biệt tốc độ hạ phải khống chế, nên việc lựa chọn phương pháp chế độ điều chỉnh hệ thống thủy lực cần thiết Nội dung báo giải vấn đề theo nội dung: - Phân tích phương án sử dụng sức cản thủy lực van tiết lưu lắp đường ống; - Thiết lập mô hình tính tốn xác định sức cản thủy lực cho phương án lắp đặt để áp dụng cho toán kỹ thuật - Xây dựng cơng thức giải tích để tính tốn hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực việc lựa chọn phương pháp chế độ điều chỉnh hệ thống Kết khảo sát thử nghiệm cho thấy sơ đồ sử dụng sức cản thủy lực hai đầu xy-lanh có nhiều ưu điểm phương án sử dụng đầu Hệ số điều chỉnh hai sức cản thủy lực ảnh hưởng lớn tới vận tốc gia tốc hạ, để đảm bảo an tồn cần phải tính tốn xác định trước chế độ điều chỉnh thiết lập giới hạn điều khiển an toàn tương ứng với áp suất nguồn thủy lực lựa chọn Hướng nghiên cứu phát triển mơ hình cho việc nghiên cứu tự động điều khiển hệ thủy lực động lực học hệ thống cho điều kiện tải trọng khác Tài liệu tham khảo [1] Workplace Health and Safety Queensland (2018) Tower Crane Code of Practice 2017 [2] Giang, D T (2017) Nghiên cứu sở tính tốn cần trục tháp xét đến biến dạng thân tháp Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 11(4):139–144 [3] Lawrence, K S., Jay, P S (2011) Cranes and derricks Fourth edition, McGraw-Hill New York [4] TCVN 4244:2005 Thiết bị nâng, thiết kế, chế tạo, kiểm tra kỹ thuật Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [5] Mei, X., Huili, L., Xiaoli, Z (2019) Improvement of Operation Stability of Hydraulic Cylinder International Conference on Energy Equipment Science and Engineering, Series: Earth and Environmental Science, 242:032033 [6] Marko, O., Mitar, J., Velibor, K (2017) Simulation and modeling of a hydraulic system in FluidSim XVII International Scientific Conference on Industrial Systems, 50–53 [7] Weinan, C., Detang, L., Zhengshou, C., Wentao, T., Qin, L., Man, H (2015) Research on Model and Simulation of Hydraulic Lifting System of the Wave Power Generating Platform based on AMESim International Industrial Informatics and Computer Engineering Conference [8] Jangnoi, T., Pinsopon, U (2018) Velocity control of electro-hydraulic pump control system using gear pump International Journal of Innovative Computing, Information and Control, 14(6):2307–2323 [9] Merritt, H E (1967) Hydraulic control systems John Wiley & Sons [10] Chapple, P (2015) Principles of hydraulic systems design Momentum Press [11] Tuy, T X (2002) Hệ thống điều khiển tự động thủy lực Nhà xuất khoa học - kỹ thuật [12] Parr, A (1999) Hydraulics and pneumatics Elsevier [13] Jonh, S C (2010) Fluid power circuits and controls: fundamentals and applications CRC Press [14] Xiong, S., Wilfong, G., Lumkes, J (2019) Components Sizing and Performance Analysis of HydroMechanical Power Split Transmission Applied to a Wheel Loader Energies, 12(9):1613 [15] Wang, W., Cai, X (2019) A Study on the Design Approach and Theory for the Hydrostatic Propulsion Drive System of a Tamping Machine IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing, 692(1):012019 [16] Famic Technologies Inc Technologies included in automation studio Truy cập ngày 16/04/2020 148 ... tính thủy cấu lắp cầnlắp trục thápcần trục tháp Mơtốn hìnhmạch tính thủy tốn lực mạch lựcdựng cấu dựng Hình Mơ hình tính tốn mạch thủy lực cấu lắp dựng cần trục tháp Điều khiển sức cảncác thủy Điều. .. Mơ hình tính thống lực c? ?thủy cấu lực lắp dựng tháp dựng Mơtốn hìnhhệtính toánthủy hệ thống cấucần lắptrục dựng cầnxây trục tháp xây dựng dựa giả thiết: bỏ qua tổn thất lưu lượng hệ đường ống,... khiển đồ sức cản thủy nh Sơ đồ thống lựchệ cấu lực lắp cầncấu trục AS6.0 Mô2(a)), hình tính hệ thống cấu lắpdầu dựngt? ?cần trục thủy tháp xây giả thiết: xy-lanh (Hình dotốn cách bố tr? ?thủy vanlực1