Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực trong xe nâng đẩy hàng

Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực trong xe nâng đẩy hàng

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCLỜI NÓI ĐẦUNgày nay khoa học công nghệ của thế giới nói chung và nước ta nói riêng đã và đang phát triển mạnh; đặc biệt là điều khiển tự động bằng thủy lực, khí nén, điện cũng như điện tử. Trên các máy công trình ngày nay cũng được hiện đại hóa không chỉ với hệ điều khiển mà cả hệ truyền lực, hầu như tất cả các chức năng điều khiển và truyền động đều bằng thủy lực. Sau khi học xong các môn: thủy khí, máy thủy khí, truyền động thủy khí động lực, nhóm chúng em làm đồ án môn học với đề tài “ Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực trong xe nâng đẩy hàng ”. Được sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hướng dẫn Phạm Thị Kim Loan, quí thầy cô cùng các bạn, chúng em đã hoàn thành đồ án môn học của mình.Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm chưa nhiều, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được quí thầy cô đóng góp thêm ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Đà Nẵng, ngày 26 tháng 04 năm 2010Nhóm sinh viên thực hiện11 – Lưu Văn Thịnh2 – Võ Hồng Duy3 – Bùi Văn Việt ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Thủy Lực Trên Xe Nâng – Đẩy Hàng Hệ thống thủy lực trên xe nâng, đẩy hàng được thực hiện theo sơ đồ sau:Các số liệu thiết kế:Tải trọng nâng max (m) 1 tấnHành trình nâng và đẩy (L) 3 mVận tốc nâng max (v) 0,5 m/sCác phần tử trong sơ đồ mạch thủy lực trên:1 – động cơ điện dẫn động2 – bơm dầu3 – van tổ hợp bi-piston4 – van tiết lưu5 – van phân phối6 – xi lanh nâng hàng7 – xi lanh đẩy hàng8 – van cản (van 1 chiều)I.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực trênĐộng cơ điện 1 dẫn động bơm 2, bơm dầu có áp suất pb qua van tràn 3, nhờ van tràn nên dầu vào hệ thống có áp suất không đổi. Cho nhánh nâng làm việc, dầu qua van tiết lưu 4, qua van phân phối 5 vào buồng dưới các xi lanh nâng 6, dầu ở buồng trên của xi lanh lực 6 chảy xuống van phân phối về bể. Sau khi các xi lanh nâng thực hiện xong hành trình nâng L, cho nhánh đẩy làm việc bằng cách mở van phân phối ở nhánh đẩy để các xi lanh đẩy thực hiện việc đẩy hàng với hành trình đẩy L’, sau khi thực hiện xong việc đẩy ta đảo chiều van phân phối ở nhánh đẩy để lui nhánh đẩy về, tương tự ta hạ nhánh nâng xuống.I.2. Các phần tử thủy lực trong hệ thốngI.2.1. Động cơ thủy lực(xi lanh nâng – đẩy hàng)Xi lanh lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi áp năng dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng . Dầu có áp suất p1 vào buồng dưới xi lanh, nếu có kể đến tổn thất thì phần dầu trong khoang xi lanh tác dụng lên bề mặt làm việc của piston tạo nên áp lực cân bằng với phụ tải.22 3 48 1 45785 6Hình 1: Sơ đồ mạch thủy lực nâng hàng và đẩy hàng ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCCấu tạo của xi lanh có nhiều loại: xilanh tác dụng kép, tác dụng đơn. Xi lanh thủy ta dùng trong hệ thống là xi lanh tác dụng kép. Sau đây là cấu tạo một số xi lanh thông dụng.3Hình 2: Xilanh tác dụng hai chiều, không có bộ phận giảm chấnHình 3: Xilanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạyHình 4: Xylanh tác dụng đơn dùng lò xo ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCI.2.2. Van phân phối (van tỷ lệ)Cơ cấu phân phối dược dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút của lưới đường ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định. Nhờ vậy, ta có thể chiều chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiển nó theo một puy luật nhất định.Chất lỏng từ bơm trước khi đến động cơ thủy lực qua cơ cấu phân phối. Cơ cấu là nơi tập trung các đầu mối lưu thông của chất lỏng. Ở đây,chất lỏng từ đến được phân phối vào các nhánh khác nhau của lưới đường ống.Van phân phối được dùng trong hệ thống trên là van tỷ lệ. Cấu tao của van có ba bộ phận chính: thân van, con trượt và nam châm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển 4Hình 5: Sơ đồ kết cấu xi lanh tác dụng kép có cần piston một phía1 – Thân; 2 – Cần piston; 3,8 – Mặt bích hông4,12 – Vít cố định mặt bích; 6 – Piston5,7,10,11 – Vòng chặn dầu; 9 - Ổ trượt ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCnam châm. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là van điều khiển vô cấp.5Hình 6: sơ đồ kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ1,5 – cuộn dây của nam châm điện11 – con trượt piston; 10,12 – lò xo điều khiển con trượt2,4 – piston đóng mở đường dầu điều khiển con trượt piston ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCKhi con trượt ở vị trí b tức đưa tín hiệu điện vào cuôn dây 1 thì piston 2 sẽ bị hút về phía cuộn dây 1, cho phép dầu điều khiển vào khoang 13 đẩy con trượt piston 11 mở cửa thông P – A và B – T. Lúc này dầu vào xi lanh lực qua van phân phối theo cửa P sang A, dầu ra khỏi xi lanh lực qua van phân phối về bể theo cửa B sang T.Khi con trượt ở vị trí a thì dầu qua van theo cửa P sang B vào xi lanh lực, dầu ra xi lanh qua van về bể theo cửa A sang T.Khi đồng thời đưa tín điện vào 2 cuôn dây 1, 5 thì con trượt sẽ ở vị trí giữa làm cho các cửa thông của van đều bị khóa, lúc đó hệ thống không làm việc.I.2.3. Van tiết lưuTrong quá trình làm việc thực tế sẽ có sự thay đổi phụ tải, lúc này vận tốc của cơ cấu chấp hành sẽ thay đổi. Do đó, để điểu chỉnh lại vận tốc cơ cấu chấp hành người ta dùng phương án tiết lưu, bộ điều tốc đặt vào hệ thống có thể tại vị trí: đường vào, đường ra hoặc song song với động cơ thủy lực hoặc dùng bơm thay đổi được lưu lượng. Tùy theo độ mở của van, ta điều chỉnh lưu lượng qua van dẫn đến điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành. Do đặc điểm của hệ thống ta chọn van tiết lưu để thay đổi vận tốc cơ cấu chấp hành khi phụ tải thay đổi. Sau đây là một số van tiết lưu:I.2.4. Van tràn (van tổ hợp bi - piston)Van tràn được chọn trong hệ thống là van điều chỉnh được hai cấp áp suất (van tổ hợp bi - piston). Trong van này có 2 lò xo với C2 > C1, lò xo 1 (Flx1) tác dụng trực tiếp lên bi cầu và với vít điều chỉnh, ta có thể điều chỉnh áp suẩt cần thiết.6 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Khi hệ thống làm việc bình thường van này có tác dụng là van tràn để giữ áp suất hệ thống không đổi, lúc này dưới tác dụng của áp lực bơm chỉ đủ để nâng bi cầu lên một đoạn x cho qua một lưu lương Q nào đó.Khi hệ thống quá tải hoặc ở những thời điểm van phân phối không lưu thông thì áp suất hệ thống tăng lên max, con trượt piston mở ra đưa toàn bộ dầu về bể. Lúc đó, van này có tác dụng là van an toàn.Sau đây là một số hình ảnh về van an toàn:71 - Lò xo2 - Bi cầu3 - Lò xo4 - Van piston (con trượt)5 - Bu lông điều chỉnh6 – Lổ tiết lưufbcadep1p2p3123456Hình 8: Van an toàn tác dụng gián tiếp ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCI.2.5. Van cản (van một chiều)Van một chiều có tác dụng giữ cho chất lỏng đi theo một chiều nhất định. Van một chiều có ba bộ phận: vỏ van, nắp van, lò xo giữ nắp van. Khi mở van 1 chiều phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dễ dàng ít tổn thất năng lượng. Vì vậy lò xo giữ van phải thật nhỏ đủ để ép sát nắp van vào đế van và thắng lực ma sát giữa piston và vỏ van. Nếu chất lỏng đi theo chiều ngược lại thì chính áp lực chất sẽ ép chặt nắp van vào đế van ngăn không cho chất lỏng đi theo chiều ngược lại.8Hình 9: Sơ đồ kết cấu van cản ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCI.2.6. Bơm Như đã nói ở trên bơm có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành áp năng. Trong các hệ thống thủy lực thường dùng bơm thể tích tức thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc. Khi thể tích buồng làm việc tăng thì bơm thực hiện việc hút, khi thể tích buồng làm việc giảm thì bơm thực hiện việc nén và đẩy dầu.Bơm được sử dụng trong hệ thống trên là bơm bánh răng. Là loại bơm được dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V. Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì dễ chế tạo, tuy nhiên loại ăn khớp trong kích thước nhỏ gọn hơn.II.Tính Toán Các Phần Tử Thủy Lực Trong Hệ ThốngHệ thống thủy lực trên gồm 2 nhánh: nâng và đẩy, 2 nhánh thực hiện độc lập nhau và phụ tải trên nhánh đẩy nhỏ hơn phụ tải trên nhánh nâng vì phụ tải nhánh đẩy là lực ma sát do tải trọng nâng tạo ra. Do đó, khi nhánh đẩy làm việc có phụ tải tương ứng với tải trọng nâng là 1 trường hợp nhánh nâng làm việc có phụ tải nâng bằng phụ tải đẩy ở trên. Nên ta chỉ tính toán và chọn các phần tử ở nhánh nâng, các phần tử ở nhánh đẩy chọn lấy giống nhánh nâng.9Hình 10: Kết cấu bơm bánh răng ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰCII.1. Xi lanh thủy lựcKhi nâng hàng, có 2 xi lanh lực thực hiện việc nâng kết cấu hoàn toàn giống nhau, do đó các bước tính toán thiết kế được thực hiệ trên 1 xi lanh. Tải trọng nâng lớn nhất 1 tấnII.1.1. Tính toán các thông số của xi lanh thủy lựcTrường hợp bỏ qua rò rỉ ở xi lanh lực, dầu vào xi lanh lực áp suất p1 tạo ra công suất phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, công suất tổn hao do ma sát và công suất của lực quán tính. Từ đó, ta có phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình công tác:p1.A1 – p2.A2 – Fms – FN– Fqt = 0 . (1)Trong đó : Fms = Fmsp - Fmsc p1 là áp suất dầu ở buồng công tác. p2 là áp suất dầu ở buồng chạy không. A1: diện tích piston ở buồng công tác.421DA×=π A2: diện tích piston ở buồng chạy không.4)(222dDA−×=π FN : tải trọng công tác, FN = 1 tấn = 10000 N = 10 kN, lấy g = 10 m/s210FmspFqtFNQ2Q1FmscA2A1 p1 p2 d DHình 11: Sơ đồ tính toán xilanhFN - Tải trọng nângFmsc- Lực ma sát cần pistonA1- diện tích piston ở buồng công tácA2- diện tích piston ở buồng chạy khôngD - đường kính trong xilanhd - đường kính cần pistonp1- áp suất ở buông công tácp2- áp suất ở buồng raQ1- lưu lương vào xianh [...]... suất làm việc của động cơ thủy lực thì suất của bơm cần phải tạo pb > p1 = 25,6758 bar ra là : Trong đó: p1 - áp suất vào của động cơ thủy lực Do đặc điểm của hệ thống thủy lực (áp suất nhỏ và lưu lượng lớn) và điển kiện thực tế, ta chọn bơm sử dụng cho hệ thống là bơm bánh răng vì loại bơm này có kết cấu đơn, dễ chế tạo và giá thành rẽ B 1 2 3 1 - Bánh răng chủ động 2 - Bánh răng bị động 3 - Vỏ bơm... 2 = 2 4 314.1, 22 = 2,2608 kG 4 Trong đó: h0 - độ nén ban đầu của lò xo; C – độ cứng lò xo [kg/cm] Khi bỏ qua lực ma sát thủy động thì phương trình áp suất taị nút van khi mở là: F = (h + h0).C = pr_pp π d 4 2 = 4 314.1,2 2 = 4,5216 kG 4 22 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PGS TS TRẦN XUÂN TÙY, THS TRẦN NGỌC HẢI, Giáo trình hệ thống truyền động thủy khí, trường đai học Bách Khoa...ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Fmsp : lực ma sát của piston và xi lanh Fmsc : lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít Fqt = m dvct dt lực quán tính sinh ra ở giai đoạn piston bắt đầu chuyển động Lực ma sát của piston và xi lanh: Fmsp = µ × N Trong đó: µ - hệ số ma sát Đối với vật liệu làm xi lanh là thép vòng găng bằng gang thì µ = (0,09 -0,15), chọn µ = 0,1 N - lực của vòng găng... mm II.5.2 Van tổ hợp bi piston có tác dụng là an toàn Khi hệ thống quá tải áp suất hệ thống tăng lên pmax thì độ mở con trượt đạt max cho toàn bộ lượng dầu về bể để hệ thống giảm tải: 2 Qmax = µ.π d 2 x max1 2.g ( pmax − pr _ bt ) , pr bt = 0 vì thông với bể ρ Q max ⇒ x2max = µ π d 2 2.g p max ρ Trong đó: 19 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC d2 – đường kính con trượt ở tiết diện A1, chọn d2 = 1cm;... (4) Trong đó : Q1 max- lưu lượng vào xi lanh lực Vmax- vận tốc công tác max Với Vmax = 0,5 m/s thì lưu lượng lớn nhất cung cấp cho mỗi xilanh là : Q1max = Vmax A1 = 0,5.0, 005024 = 0, 002512(m3 / s) Hay: Q1max = 150, 72(l / ph) 12 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC II.1.4 Kết cấu của xilanh nâng và thông số kỹ thuật Đường kính trong của xilanh D 80 mm Đường kính cần piston d 40 mm Hành trình nâng. .. HOÀNG, Hệ thống điều khiển bằng thủy lực, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2000 6 TS TRẦN XUÂN TÙY, Hệ thống điều khiển tự động bằng thủy lực, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002 7 PGS TS TẠ DUY LIÊM, Kỹ thuật điều khiển chỉnh và lập trình khai thác máy công cụ, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuẩttường Đại Học Bách Khoa Hà Nội – Chương trình hợp tác đào tạo quốc tế - ITP, 2005 8 TS NGUYỄN NGOCH PHƯƠNG, Hệ thống. .. qua van sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diên tích R: pv pp – p1 = (p2 – pr pp).R2 (5) Đối với các xi lanh không đối xứng thì lưu lượng vào, ra van không bằng nhau và quan hệ với nhau theo biểu thức sau: Qkc = Qcc.R Trong đó: Qkc – Lưu lượng vào buồng không cần 14 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Qcc – Lưu lượng ra buồng có cần R – Hệ số diện tích, R = A1 A2 Các đại trong phương trình (5): pv pp –... Đà Nẵng, 2005 2 TRẦN SĨ PHIỆT, VŨ DUY QUANG, Thủy khí động lực kỹ thuật, Nhà xuất bản đại và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1979 3 NGÔ VĨ CHÂU, NGUYỄN PHƯỚC HOÀNG, VŨ DUY QUANG, VÕ SĨ HUỲNH, LÊ DOANH LIÊM, ĐẶNG HUY CHI, Thủy lực và máy thủy lực, Nhà xuất bản đại và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1972 4 TS NGUYỄN NGỌC CẨN, Giáo trình truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại, trường Đạ Học Bách Khoa... 1000 cm/ s2 ; Q1max - lưu lượng vao xi lanh lực; Q2 max lưu lượng ra xi lanh lực Do đó ta có: h= Qvc π d µ sin α 2 ρ ∆p c = 0,790569415cm = 7,90569415 mm 2.g Xác định lực lò xo: 21 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Để đảm bảo độ kín khít ta tính lực lò xo cho độ chênh áp giữa cửa vào và cửa ra của van cản là ∆p c = 2 bar Bỏ qua ma sát thì phương trình cân bằng lực tại nút van khi đóng là: F0 = h0.C =... tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p2 = 5 bar 11 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC 0,15 - hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn ⇒ Fmsc = 0,1.0,15.3,14.4.4.5 = 3,768 kG Hay Fmsc = 3,768.10 = 37,68 N Vậy suy ra: Fms = Fmsp - Fmsc = 52,2496 - 37,68 = 14,5696 N = 0,0145696 kN Trong mỗi lần nâng thì vận tốc xi lanh lực là không đổi, do đó dvct = 0 => Fqt = 0 dt Từ phương trình . Việt ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Thủy Lực Trên Xe Nâng – Đẩy Hàng Hệ thống thủy lực trên xe nâng, đẩy hàng được thực. truyền động thủy khí động lực, nhóm chúng em làm đồ án môn học với đề tài “ Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực trong xe nâng đẩy hàng ”. Được sự giúp đỡ