Bài giảng “Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 9: Thiết kế hệ thống“ trình bày những nội dung chính sau: Xác định các cơ cấu chấp hành, xy lanh B, cài đặt giá trị làm việc cho các van, động cơ thủy lực,… Mời các bạn cùng tham khảo.
CENNITEC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LE THE TRUYEN le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Một hệ thống thủy lực bao gồm xy lanh động thủy lực làm việc với yêu cầu sau: xy lanh A di chuyển khối lượng 3600 kg hành trình 600 mm với vận tốc trung bình 0.2 m/s cho hai hành trình Thời gian gia tốc để đạt đến vận tốc trung bình 1/5 tồn thời gian hành trình Xy lanh B dịch chuyển khối lượng 6000 kg hành trình 350 mm Trong đó, 200 mm xy lanh dịch chuyển với vận tốc 0.15 m/s phần hành trình cịn lại với vận tốc 0.05 m/s Vận tốc hành trình 0.2 m/s Động thủy lực thiết kế quay hướng cung cấp mơ-men quay 50 daNm với vận tốc quay 140 vòng/phút, hành trình xy lanh B Chu trình làm việc qui định sau: Xy lanh A Xy lanh B nhanh Xy lanh B chậm động thủy lực quay Xy lanh B trở Xy lanh A trở Dầu sử dụng có độ nhớt 30 cSt, áp suất làm việc 90 bar Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Xác định cấu chấp hành Xy lanh A dịch chuyển khối lượng 3600 kg hành trình 0.6 m với vận tốc 0.2 m/s Lực cần thiết để cân với khối lượng là: P = mg = 3600 x 10 = 36 000 N = 3600 daN Lực cần để gia tốc khối lượng F = mγ, với v = γt hay γ = v/t’ Thời gian cần để xy lanh A thực hết chu trình là: t = 0.6 / 0.2 = s Thời gian cần để xy lanh gia tốc t’ = (1/5) x = 0.6 s Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Gia tốc xy lanh γ = v/t’= 0.2/0.6=0.333 m/s2 Suy F = mγ = 3600 x 0.333 = 1198 N = 120 dNa Tổng lực tác động lên xy lanh là: 3600 + 120 = 3720 dNa Nếu hiệu suất xy lanh 0.9 diện tích xy lanh S = 3720 / (0.9 x 90) = 45.92 cm2 Chọn xy lanh có đường kính piton D = 80 mm, diện tích xy lanh S = 50 cm2 Áp suất cần cung cấp cho xy lanh P = F/S = 3720 / (0.9 x 50) = 82.6 bar Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Theo catalog, xy lanh có đường kính D = 80 mm có hai loại với đường kính ti khác 45 mm 56 mm Ti xy lanh A giả định có đường kính 45 mm Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Xy lanh B Xy lanh B dịch chuyển khối lượng 6000 kg hành trình 350 mm Giai đoạn 200 mm đầu xy lanh chuyển động nhanh với vận tốc 0.15 m/s Thời gian thực 200 mm đầu là: 200/150 = 1.33 s Thời gian cần để gia tốc là: t = 1.33/5 = 0.266 s Gia tốc xy lanh B là: γ = 0.15/0.266 = 0.563 m/s2 Suy F = mγ = 6000x 0.563 = 3378 N = 338 dNa Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Lực cần để cân với tải P = mg = 6000 x 10 = 60 000 N = 6000 daN Tổng lực tác động lên xy lanh B là: 6000 + 338 = 6338 daN Nếu hiệu suất xy lanh 0.9 diện tích xy lanh S = 6338 / (0.9 x 90) = 78.24 cm2 Chọn xy lanh có đường kính piston D = 100 mm, diện tích xy lanh 78.5 cm2 Đường kính ti xy lanh d = 56 mm Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Động thủy lực Động thủy lực cung cấp mô-men 50 daNm áp suất làm việc 90 bar Giả thiết hiệu suất thể tích động 0.92 Thể tích riêng động là: q = M/(15.9 x Δp x η) = 500/(15.9 x 90 x 0.92)=0.379 lít Dựa catalog nhà sản xuất, ta chọn động tích riêng 0.293 lít hiệu suất động là: Hiệu suất khí = 0.93 Hiệu suất thể tích = 0.95 Hiệu suất tổng = 0.883 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Áp suất làm việc cho động là: P = M/(15.9 x Thể tích riêng x Hiệu suất khí )= 500/(15.9 x 0.293 x 0.93)= 115.4 bar Lưu lượng cần cung cấp cho động Q = (Thể tích riêng x Vận tốc)/Hiệu suất thể tích = (0.293 x 140)/0.95 = 43.17 l/min Hoặc 0.72 l/s Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Xác định lưu lượng: Xy lanh A Đường kính piston D = 80 mm Đường kính ti d = 45 mm Diện tích piston S = 50 cm2 Diện tích vành khăn s = 35.36 cm2 Vận tốc v = 0.2 m/s Lưu lượng cần cho hành trình xy lanh là: Q = Sv = 50 x 20 = 1000 cm3/s = l/s Lưu lượng cần cho hành trình xy lanh là: Q’ = sv = 34.36 x 20 = 687.2 cm3/s = 0.7 l/s Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Xy lanh B Áp suất làm việc xy lanh A B 90 bar, áp suất làm việc động thủy lực 115 bar Do vậy, cần thiết phải có van giảm áp cho nhánh hai xy lanh A B Mạch thủy lực cho hai xy lanh A B đề nghị sau: Xy lanh A A Y5 P T E1 E2 A B P T A B P T D1 Y1 Y2 Y3 Y4 Đến động Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Động thủy lực Động thủy lực làm việc hướng (khi xy lanh B ra) nên sử dụng van phân phối vị trí Ngồi ra, van phân phối 3/2 lắp kèm nhằm cho phép quay trục động tự hệ thống ngừng làm việc Động thủy lực A B P T Y6 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Mạch thủy lực hệ thống trình bày sơ đồ Động thủy lực Xy lanh B Xy lanh A A Y5 P T E1 A B P T Y6 E2 A B P T A B P T D1 Y1 Y2 Y3 Y4 Đến động Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Cài đặt giá trị làm việc cho van 1) Van giảm áp Áp suất làm việc cho hai xy lanh A B 90 bar Độ áp qua van điều chỉnh lưu lượng E2 10 bar Áp suất cần bù buồng xy lanh để cân với lực cản van điều chỉnh lưu lượng tạo là: 10 x (54/78.5) = bar Giả thiết độ áp qua van phân phối bar Vậy giá trị cần cài đặt cho van giảm áp là: 90 + + = 105 bar Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2) Van giới hạn áp suất Áp suất làm việc động 115 bar Vậy áp suất cần cài cho van giới hạn áp suất hệ thống là: 115 + 10 +8 = 132 bar Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Xác định lưu lượng cần cho giai đoạn Xy lanh A nhanh: Q = l/s Xy lanh B nhanh: Q = 1.2 l/s Xy lanh B chậm động quay: Q = 0.4 + 0.72 = 1.12 l/s Xy lanh B trở về: Q = 1.1 l/s Xy lanh A trở về: Q = 0.7 l/s Q l/s 1.2 l//s 1.12 l//s 1.1 l//s l//s 0.7 l//s Biểu đồ lưu lượng t (s) Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG e) Xác định kích thước ống dẫn Ống dẫn cho xy lanh A Để có dịng chảy tầng, vận tốc dầu ống dẫn thiết kế có giá trị m/s Lưu lượng trường hợp l/s Vậy tiết diện ống dẫn cho xy lanh A là: S = Q/v = 1000/400 = 2.5 cm2 Suy đường kính ống dẫn cho xy lanh A : d = 18 mm Theo catalog ống dẫn theo tiêu chuẩn ta chọn ống dẫn có đường kính 3/4’’ ( d = 21 mm) với tiết diện s = 3.43 cm2 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ống dẫn cho xy lanh B Vận tốc dầu ống dẫn thiết kế có giá trị m/s Lưu lượng trường hợp 1.2 l/s Vậy tiết diện ống dẫn cho xy lanh B là: S = Q/v = 1200/400 = cm2 Suy đường kính ống dẫn cho xy lanh B : d = 19.5 mm Theo catalog ống dẫn theo tiêu chuẩn ta chọn ống dẫn có đường kính 3/4’’ ( d = 21 mm) với tiết diện s = 3.43 cm2 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ống dẫn cho động thủy lực Lưu lượng trường hợp 0.7 l/s Vậy tiết diện ống dẫn là: S = Q/v = 700/400 = 1.75 cm2 Suy đường kính ống dẫn cho xy lanh A là: d = 1.49 mm Theo catalog ống dẫn theo tiêu chuẩn ta chọn ống dẫn có đường kính 1/2’’ (d = 15.8 mm) với tiết diện s = 1.96 cm2 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Xác định bơm Áp suất làm việc động 132 bar, cộng thêm độ áp ống dẫn áp suất cần chỉnh cho van giới hạn áp 140 bar Theo sơ đồ lưu lượng trình bày phần lưu lượng bơm phải 1.2 l/s = 72 l/min Giả thiết động kéo bơm có vận tốc quay 1450 vịng/phút bơm phải tích riêng là: q = 72000/1450 = 49.65 cm3 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Theo catalog ta chọn bơm tích riêng 55 cm3 Các hiệu suất bơm là: Hiệu suất thể tích 0.93 Hiệu suất 0.95 Hiệu suất tổng 0.88 Lưu lượng lý thuyết Thể tích riêng x vận tốc = 0.055 x 1450 = 79.75 l/min Lưu lượng thực tế cung cấp Thể tích riêng x vận tốc x hiệu suất thể tích =0.055 x 1450 x 0.93 = 74.16 l/min Công suất tiêu thụ N = PQ/(600 x Hiệu suất tổng) = (79.75 x 140)/(600 x 0.88) = 21.2 kW Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ống dầu hồi rị rỉ Lưu lượng ln lớn lưu lượng vào dùng xy lanh tác động kép Ta có: Xy lanh A: S = 50 cm2, v = 0.2 m/s Suy Q = Sv = 50 x 20 = 1000 cm3/s 60 l/min Xy lanh B: S = 78.5 cm2, v = 0.2 m/s Suy Q = Sv = 78.5 x 0.2 = 1570 cm3/s 95 l/min Như vậy, để vận tốc dầu ống dẫn khoảng chừng m/s ống dẫn có đường kính ống dẫn dùng cho đường đẩy sử dụng Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Lưu lượng dẩu rò rỉ động thủy lực là: Q rò rỉ = Q nhận x (1 – Hiệu suất thể tích) = 43 x (1 - 0.955) = 2.15 l/min Ống dầu rị rỉ chọn ống có đường kính mm Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Sơ đồ thủy lực giá trị điều chỉnh van trình bày sau: Động thủy lực Xy lanh B Xy lanh A A Y5 P T E1 A B P T Y6 E2 Xy lanh A Xy lanh B nh N Chậm A B P T A B P T D1 Động Y1 Y3 Y2 Y4 Y1 3.5 m/s Y2 Y3 Y4 P = 105 bar Đến động Y5 3.6 m/s P = 140 bar Y6 Y7 P = 22 kW n = 1450 Y7 Cennitec CENNITEC www.themegallery.com ... nhằm cho phép quay trục động tự hệ thống ngừng làm việc Động thủy lực A B P T Y6 Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Mạch thủy lực hệ thống trình bày sơ đồ Động thủy lực Xy lanh B Xy lanh... Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Động thủy lực Động thủy lực cung cấp mô-men 50 daNm áp suất làm việc 90 bar Giả thiết hiệu suất thể tích động 0.92 Thể tích riêng động là: q = M/(15.9 x... Xy lanh A A Y5 P T E1 E2 A B P T A B P T D1 Y1 Y2 Y3 Y4 Đến động Cennitec le the truyen THIẾT KẾ HỆ THỐNG Động thủy lực Động thủy lực làm việc hướng (khi xy lanh B ra) nên sử dụng van phân phối