CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN BƠM VÀ CÁC PHẦN TỬ BƠM THỦY LỰC
5.1. Các phương án lựa chọn bơm
*Bơm bánh răng -Ưu điểm:
Kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, đơn giản, dễ chế tạo và thay thế. Trọng lưọng trên đơn vị công suất bé, phạm vi thay đổi áp suất lớn, sử dụng tin cậy.
-Nhược điểm:
Hiệu suất của bơm bánh răng thấp, Tạo áp suất chất lỏng làm việc không cao và không thay đổi được lưu lượng.
*Bơm cánh gạt -Ưu điểm:
Có kết cấu đơn giản, làm việc ít ồn, có khả năng điều chỉnh lưu lượng.
-Nhược điểm:
Chế tạo phức tạp hơn bơm bánh răng. Loại máy này nhạy với chất lỏng bẩn so với máy bánh răng nên yêu cầu việc lọc chất lỏng khắt khe hơn, hiệu suất bơm không cao,
*Bơm piston hướng trục -Ưu điểm:
Công suất trên đơn vị trọng lượng là lớn, kích thước nhỏ gọn, khối lượng quán tính phần quay là nhỏ, số vòng quay cao, hiệu suất cao.
-Nhược điểm:
Yêu cầu mặt phân chia của bộ phân phối phải rất chính xác và làm việc trong điều kiện chịu nhiệt, chịu mài mòn. Do đó đòi hỏi về vật liệu là những vật liệu tốt và công nghệ gia công cao.
Kết luận
Qua phân tích 3 loại bơm thủy lực trên, xét trong điều kiện hoàn cảnh cụ thể : Bơm trong hệ thống thủy lực vừa làm việc hiệu quả độ tin cậy cao, công suất lớn.Chỉ có bơm hướng trục đáp ứng được các yêu cầu trên. Vì thế ta chọn bơm hướng trục cho hệ thống. Khi đã lựa chọn bơm hướng trục ta đi tính lưu lượng bơm:
Kết cấu đơn giản của cơ cấu nâng có thể sơ đồ hoá như hình vẽ:
46
Vh
Vpt
Hình 5.1. Sơ đồ đơ giản hoá của cơ cấu nâng.
Các ký hiệu:
+Vh: Vận tốc nâng của hàng.
+Vpt: Vận tốc của đầu cần piston.
5.2. Tính bơm
5.2.1. Lựa chọn một số thông số của bơm
Chọn số vòng quay của bơm là 2200 (vòng/phút) Nb=1800 (vòng/phút)
Lưu lượng riêng của bơm q=90 (cm3/vòng)
=>Lưu lượng của bơm:
Q = q * nb
= 90 * 2200 = 198000 (cm3/phút)
Theo Bastor thì số xy lanh bơm (z) được chọn như sau:
q < 100 (cm3/vòng ) => z = 7 q =100 ÷ 250 (cm3/vòng ) => z = 9 q > 100 (cm3/vòng ) => z = 11 Với q = 90 (cm3/vòng ) < 100
=> z=7
Chọn tỉ số giữa hành trình lớn nhất của piston với đường kính : λ = S/d = 1÷ 1,8
Với S : Hành trình của piston d : Đường kính của piston Lấy λ = 1,5
Chọn góc nghiêng của đĩa nghiêng γmax =25o 5.2.2. Chọn đường kính piston
Từ công thức : q = π*S*z/4
47
=>d =3
*
*
* 4
λ π z
q =3
5 , 1
* 7
* 14 , 3
90
*
4 =2,22 (cm)
Lấy theo tiêu chuẩn d= 30 (mm)
=>Hành trình piston S = d* λ =30*1,5 =45 (mm)
5.2.3. Đường kính của đĩa nghiêng dẫn động bơm D = S /sinγ và D phải thỏa mãn điều kiện D >3*d Với D : Đường kính đĩa nghiêng
Thay số ta có :
D = 45/sin25o = 106,4(mm)
Với d = 30 (mm) => 3*d =90 (mm) < D = 106,4 (mm)
=>Thỏa mãn điều kiện.
5.2.4. Xác định đường kính vòng tâm xy lanh
Để giảm ảnh hưởng của góc nghiêng giữa thanh truyền và xy lanh thì theo Bastor xác định :
Dxl =D*(1+ cosγ )/2
Với Dxl :Đường kính vòng tâm xy lanh
Mặt khác Dxl phải đảm bảo chiều dày tối ưu 0,2*d của các tường ngăn cách giữa các xy lanh, mục đích là để đảm bảo độ cứng vững của khối xy lanh bơm.
Dxl = (0,35 ÷ 0,4)*d*z = (0,35 ÷ 0,4)*30*7 = 73,5 ÷ 84
Ta chon Dxl = 80 (mm), thỏa mãn điều kiện cứng vững của vách ngăn.
5.2.5. Xác định đường kính ngoài của khối bloc xy lanh Dng = Dxl +1,6*d
Với Dng: Đường kính ngoài của khối bloc xy lanh
48
Thay số : Dng = 80 + 1,6*30 = 128 (mm) Theo tiêu chuẩn lấy Dng =130 (mm)
5.2.6. Góc giữa piston αp
Góc giữa piston được xác định : αp = 360/z =360/7 =51o25’42’’
5.2.7. Thông số của bơm
-Đường kính piston : d = 30 (mm) -Hành trình làm việc : S = 45 (mm)
-Đường kính vòng tâm các xy lanh : Dxl = 80 (mm) -Đường kính đĩa nghiêng : D = 106,4 (mm)
-Đường kính ngoài bloc : Dng = 130 (mm) -Góc giữa piston : αp = 51o25’42’’
Thiết kế chọn bơm theo chủng loại có sẵn trên thị trường để thuận lợi cho sửa chữa, thay thế. Vì thế ta lấy bơm loại bơm có lưu lượng riêng là q=90(cm3/vòng). Có ký hiệu bơm như sau: SAR-90 .
Sau khi đã lựa chọn bơm thuỷ lực ta đi phân tích một số yêu cầu của các thiết bị thuỷ lực khác:
5.3. Cơ cấu điều chỉnh áp lực
Không chỉ dùng để hạn chế áp lực lớn nhất do bơm tạo ra trong hệ thống mà còn dùng để hạn chế áp lực do ngoại lực tác dụng ở bất kỳ điểm nào của hệ thống gây nên. Chúng bao gồm các van giảm áp và van an toàn.
5.3.1. Van an toàn
Dùng để bảo vệ các cơ cấu và các thành phần dẫn động thuỷ lựccủa máy nâng không bị quá tải, hạn chế áp lực chất lỏng trong hệ thống ở 1 giới hạn cho phép. Được phân làm mấy loại sau:
+ Van an toàn tác dụng trực tiếp + Van an toàn tác dụng gián tiếp.
5.3.2. Van kháng đỡ:
Loại van chỉ mở khi hệ thống quá tải, độ cứng của lò xo van lớn để chịu được áp suất cao.
49
5.3.3. Van tràn
Thường dùng để đảm bảo áp suất bơm ổn định, khi áp suất lớn thì van lập tức mở ra tháo một phần chất lỏng về bình chứa, làm áp suất trong hệ thống giảm bằng mức cho phép. Loại van này thường xuyên hoạt động nên độ cứng bé.
Trong tính toán thiết kế ta chọn van kháng đỡ loại tác dụng trực tiếp cho hệ thống thuỷ lực nhằm đề phòng trường hợp quá tải.
5.4. Cơ cấu phân phối Bao gồm 3 loại sau:
+Con trượt phân phối.
+Khoá phân phối.
+Van phân phối.
Cơ cấu phân phối có tác dụng thay đổi nhanh dòng chất lỏng từ bơm đến các cơ cấu chấp hành để thay đổi hướng chuyển động và quy luật chuyển động của cơ cấu làm việc. Trong thực tế cơ cấu phân phối dạng con trượt được sử dụng phổ biến vì có ưu điểm là cấu tạo dạng piston bậc nên dễ gia công.
5.5. Cơ cấu tiết lưu
Có tác dụng làm hạn chế hoặc thay đổi lưu lượng của cơ cấu chấp hành.
Điều đó có nghĩa là hạn chế hoặc thay đổi tốc độ của cơ cấu chấp hành bằng cách gây ra sức cản đối với chất lỏng làm việc. Tiết lưu có 2 loại :
+ Loại điều chỉnh được .
+ Loại không điều chỉnh được.
Tuy rằng loại tiết lưu không điều chỉnh được có ưu điểm là không có sự dao động áp suất chất lỏng so với loại tiết lưu điều chỉnh được. Nhưng trong thực tế loại tiết lưu điều chỉnh lại được sử dụng rộng rãi hơn do nó có thể đáp ứng được đa dạng các chế độ làm việc phù hợp với yêu cầu công việc.
5.6. Bình chứa chất lỏng
Dùng để cung cấp chất lỏng công tác cũng như dùng để điều hoà sự chênh lệch dung tích của các khoang trong xi lanh lực, bổ sung chất lỏng đã bị chảy ra ngoài và làm mát chất lỏng công tác. Bình chứa phải thoả mãn yêu cầu sau:
Dung tích nhỏ nhất của bình không nhỏ hơn 1,5% lần thể tích của phần dẫn đọng thuỷ lực còn lại, thể tích lớn nhất được giới hạn bằng lưu lượng trong 1 phút của bơm.. Để dẫn nhiệt tốt sử dụng bình có hình dáng phẳng, đôi khi có gân ở trên bề mặt . Ngoài ra thùng chứa chất lỏng phải thoả mãn yêu cầu sau: Đảm bảo dầu sạch và làm nguội dầu tốt.
5.7. Bộ lọc dầu
Bao gồm 2 loại : Lọc tinh và lọc thô.
Lọc thô : Thành phần lọc là lưới kim loại lắp trên miệng của hệ thống thuỷ lực của máy nâng, chất lỏng công tác chảy qua lưới này. Phải cần thiết đặt các bộ lọc dầu trong hệ thống thuỷ lực để đảm bảo cho hệ thống làm việc bình thường. Tuỳ điều kiiện thực tế có thể sử dụng các loại lọc như lọc tấm. lọc thấm, hoặc lọc lưới. Trong thực tế người ta thường lắp bộ lọc trên đường tháo còn lắp trên đường hút tuy bảo vệ được bơm nhạy cảm với chất bẩn song nó lại làm giảm khả năng cung cấp chất lỏng của bơm, điều đó làm cho hiện tượng xâm thực xảy ra. Trong hệ thống còn sử dụng bộ lọc tinh để đảm bảo yêu cầu về độ sạch của chất lỏng.
50
5.8.Bộ phận lót kín
Bộ phận lót kín sẽ tránh cho hệ thống khỏi rò rỉ qua các khe hở giữa các chi tiết cố định hoặc dịch chuyển.Khi áp suất làm việc càng lớn thì yêu cầu làm kín càng cao.
Khi làm kín các chi tiết không chuyển động thường dùng tiết diện tròn. Các chi tiết chuyển động tịnh tiến : Thường dùng đệm chắn dầu. Nguyên lý làm kín dựa trên cơ sở sử dụng lực đàn hồi của mép vát. Khi lắp có lực đàn hồi ban đầu , khi tăng áp suất lực này càng tăng.
5.9.Ống dẫn
Đa số hệ thống thiết bị dẫn động thuỷ lực liên hệ với nhau bằng các ống dẫn và chất lỏng công tác chảy trong ống dẫn đó. Người ta sủ dụng các ống dẫn kim loại cứng được chế tạo bằng ống kéo liền, ống dẫn mềm chịu áp lực cao và ống cao su dùng cho đường áp lực thấp. Tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc mà ta có thể sử dụng một trong các loại đường ống trên. Tuy nhiên các ống làm việc áp suất cao đều phải chịu được áp suất lớn các đầu nối phải đảm bảo độ kín khít và sức bền. Trong khi lắp ráp các ống có áp suất cao tránh lắp quá căng gây ra ứng suất trước trong thành ống để tránh nứt hoặc vỡ ống.
Sau đây ta đi tính toán cho một chi tiết hay dùng trong các sơ đồ thuỷ lực:
5.10.Tính toán cho van an toàn
*Đường kính lỗ làm việc: Được xác định theo công thức:
d=
u Q
*
* 4 π . Trong đó:
u: Vận tốc chất lỏng đi qua van, được xác định như sau:
+ p = 5 12(KG/cm3) thì u = 6 12(m/s).
+ p > 12(KG/cm2) thì u = 12(m/s)
Khi thiết kế ta chọn áp suất trong hệ thống p =130(KG/cm2). Vậy u =12(m/s).
Q: Lưu lượng chảy qua van Q=19800(cm3/phút) = 3300 (cm3/s).
Thay số vào công thức trên : d= 3,14*1200
3300
*
4 =1,87 (cm).=> Lấy d=1,85(cm).
*Lực nén ban đấu của lò xo:
Plx=
4
*
* d2 Plx π =
4 85 , 1
* 14 , 3
*
130 2
=3737,7 (KG).
*Tính lò xo :
a. Đường kính dây lò xo:
dlx=0,6*
Plx =0,6* 3737,7=36,68(mm)
Lấy dlx=36,5(mm).
b. Đường kính trung bình của lò xo:
Dtb=(4 7)dlx=(146 255,5)mm Chọn Dtb=210mm.
c. Bước lò xo:
51
t=(2 2,5)*dlx = (73 91,25)mm.
Chọn t=85mm.
Số vòng làm việc và không làm việc:
Chọn số vòng làm việc n = 4 vòng.
Chọn số vòng không làm việc n = 2,5 vòng.
Độ cứng của lò xo:
c= 3
4
*
* 8
*
tb lx
D n
d
G .
Với G: Mô đun đàn hồi của thép lò xo G=2,2*104(KG/mm2) dlx: Đường kính dây lò xo d=36,5(mm).
n: Số vòng làm việc của lò xo n=4(vòng).
Dtb: Đường kính trung bình của lò xo Dtb=210(mm).
Thay số vào công thức ta có :
c= 4 3 4
210
* 4
* 8
5 , 36
* 10
* 2 ,
2 =131,76(KG/mm).
* Kết luận: Sau khi tính toán lựa chọn các phần tử thuỷ lực ta đi kiểm nghiệm và nhận thấy chúng đều đảm bảo đủ điều kiện bền. Các phần tử thuỷ lực lựa chọn dựa vào thực tế các xe đã được sử dụng trên thị trường.
52