CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC XE
3.1. Hướng dẫn tính chọn xy lanh thủy lực
3.1.4. Tính chọn xy lanh chống lật
Xy lanh chống lật khi nâng hạ thùng là sản phẩm được sử dụng trong trường hợp khi xe bắt đầu nâng hạ thùng hàng khi đó chân chống lật sẽ có nhiệm vụ hỗ trợ chân có sẵn giúp thùng xe ben không bị lật, đổ, nghiêng và xe nâng có thể lên thùng rút hàng một cách nhanh chóng.
Hình 3. 14. Xy lanh chống lật trên xe Hooklift FD 140-4WD
Xy lanh chống lật thùng hàng thiết kế chắc chắn và linh động, có thể điều chỉnh độ cao thấp để phù hợp với nhiều phương tiện vận tải có chiều cao khác nhau, đáp ứng từng loại địa hình bùn đất lún bên dưới là hình ảnh xy lanh trên bản vẽ và xy lanh chống lật khi được lắp bố trí trên xe hooklift FD140-4WD.
Hình 3. 15. cơ cấu Xy lanh chống lật trên xe Hooklift FD 140-4WD
Trang 64
Chọn xy lanh (chọn theo tiêu chuẩn)
Số xy lanh n 1
Chọn áp suất làm việc p (MPa) 18
Chọn đường kính bore D (mm) (chọn theo tiêu
chuẩn bảng 2.6) 60
Chọn đường kính rod d (mm) (chọn theo tiêu
chuẩn bảng 2.6) 40
Diện tích mặt piston A₁ =𝜋.𝐷2
4 (mm²) 2827
Diện tích mặt phía cần XL A₂ =𝜋.(𝐷2−𝑑2)
4 (mm²) 1571
Lực đẩy tối đa F₁ = A₁.p.n (N) 50894
Lực kéo tối đa F₂ = A₂.p.n (N) 28274
Chiều dài XL min L₀ (mm) (thông số phòng kết
cấu cung cấp) 405
Chiều dài XL max L₁ (mm) (thông số phòng kết
cấu cung cấp) 535
Hành trình XL S =𝐿1− 𝐿0 (mm) 130
Thể tích dầu XL khi duỗi V₁ = A₁.S.n (l) 0.4 Thể tích dầu XL khi thu V₂ = 𝑉1.1−𝑑2
𝐷2 (l) 0.2
Bảng 3. 8. Bảng công thức tính chọn xy lanh chống lật Tính lưu lượng cần thiết
Chọn thời gian duỗi t₁ (s) (tham khảo thực tế) 5 Thời gian thu t₂ = 𝑡1.1−𝑑2
𝐷2 (s) 3
Vận tốc duỗi v₁ = S/t₁ (mm/s) 26
Trang 65
Vận tốc thu v₂ = S/t₂ (mm/s) 47
Lưu lượng cần thiết Q = A₁.v₁.n (l/p) 4.4
Thời gian vận hành thực tế (sau khi tính chọn bơm ta tính được thời gian vận hành thực tế)
Lưu lượng cung cấp (chọn tại bơm có n=800)
Q(1/p)- (bằng lưu lượng bơm
cung cấp) 27.6
Vận tốc duỗi v₁ = 𝑄
𝑛/𝐴1 (mm/s) 163
Vận tốc thu v₂ = 𝑣1.𝐷2
𝐷2−𝑑2 (mm/s) 293
Thời gian duỗi t₁ = 𝑆
𝑣1 (s) 0.8
Thời gian thu t₂ = 𝑆
𝑣𝟐 (s) 0.4
Bảng 3. 9. Bảng công thức tính chọn xy lanh chống lật sau khi chọn bơm
Sau khi tính toán đã lựa chọn thông số phù hợp, đúng yêu cầu kĩ thuật và lựa chọn theo tiêu chuẩn quốc tế thì dựa vào bảng thông số đã tính được chúng ta cũng vẽ được hình dáng, kích thước xy lanh chống lật khi ben thùng hàng trên bản vẽ cad 2D.
Hình 3. 16. Bản vẽ thiết kế sau khi tính toán chọn xy lanh chống lật
Trang 66
Nguyên lý chung: thực hiện biến đổi cơ năng thành năng lượng thủy lực. Dầu thủy lực trong bể chứa được bơm hút và tải vào buồng nén. Tại đây, dầu thủy lực có áp suất (tích lũy năng lượng áp suất) được truyền tới các phần tử trong hệ thống với vai trò tạo nên các chuyển động tại cơ cấu chấp hành.
Khi bơm làm việc, chất lỏng từ bể hút qua lưới chắn rác theo ống hút đi vào bơm.
Sau khi qua bơm, chất lỏng được bơm cung cấp năng lượng chảy vào ống để đẩy lên bể chứa. Từ bể chứa chất lỏng được phân phối về nơi tiêu thụ. Trong hệ thống truyền động thủy lực, chất lỏng sau khi ra khỏi bơm có áp suất cao, qua bộ phận phân phối đi vào động cơ thủy lực, để thực hiện các chuyển động của cơ cấu làm việc.
(Chọn bơm ben CBT-F563 phù hợp để bơm lưu lượng cần thiết để cung cấp cho hệ thống thủy lực)
Hình 3. 17. Bơm thủy lực trên xe Hooklift FD140-4WD
Hình ảnh được chụp thực tế tại nhà máy THACO, bơm thủy lực được lắp cố định trên xe cùng với bộ điều khiển để bơm hoạt động. Bơm thủy lực trên xe này được nhập khẩu từ Trung quốc với thông số theo tiêu chuẩn đảm bảo đủ khả năng vận hành khi xe làm việc hết công suất.
Trang 67
Bản vẽ cấu tạo được lấy từ tài liệu cung cấp từ nhà máy thể hiện kích thước hình dáng và các thông số cơ bản khi đặt hàng.
Hình 3. 18. Bơm nhập khẩu CBT-F563
Lưu lượng riêng Qr (cc/v) 63
Áp suất làm việc (MPa) 25
Momen xoắn (Kg.m) -
Tốc độ động cơ n (v/p) 800 1000 1200
Tỉ số truyền i 1.735
Tốc độ bơm dầu nb = n/i (v/p) 461 576 692
Hiệu suất thể tích bơm dầu ƞv 0.95
Lưu lượng bơm cung cấp Q = Qr.nb.ƞv (l/p) 27.6 34.5 41.4 Bảng 3. 10. Bảng công tính tính các giá trị của bơm thủy lực
3.3. Thùng dầu, dầu thủy lực 3.3.1. Thùng dầu
Thực hiện nhiều nhiệm vụ chứa dầu thủy lực, tản nhiệt dầu, tách nước và cặn bẩn, tách không khí hòa tan trong dầu, làm bình ổn dòng chất lỏng chảy rối khi về thùng.
Trang 68 Hình 3. 19. Thùng dầu
Thùng dầu được ngăn làm hai ngăn bởi vách ngăn (5). Khi mở động cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào một ngăn khác.
Dầu thường được đổ vào nơi đổ dầu (8) bố trí trên nắp bể lọc và ống xả (9) được đặt vào gần sát bể chứa có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu thông qua mắt dầu (7).
Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch.
Sau một thời gian làm việc định kì thì bộ lọc phải được tháo ra vệ sinh hoặc thay mới.
Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta gắn vào một van tràn điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cung cấp dầu.
Hình 3. 20. Kết cấu và kí hiệu thực tế thùng dầu
Trang 69
Sau khi xác định được nhiệm vụ cụ thể của thùng dầu cũng như xác định chính xác được các kích thước của thùng thì việc cần làm tiếp theo đó là tiến hành thiết kế, gia công thùng dầu. Và khi đó, không thể bỏ qua những lưu ý sau:
• Nếu cùng 1 thể tích dầu chứa, so sánh giữa thùng dầu thấp rộng và thùng dầu thiết kế cao, hẹp thì thùng chứa cao và hẹp có khả năng hạn chế ảnh hưởng đường hút dầu của bơm thủy lực.
• Nắp thùng dầu phải được bố trí thuận tiện, khoa học và hợp lý sao cho việc quan sát dầu ở bên trong và tháo lắp để vệ sinh định kỳ thùng chứa.
• Những loại nắp được sử dụng đó là: nắp có lõi lọc đi kèm. Kích thước của nó phải đủ lớn để giúp lượng khí thoát nhanh hơn, lưới lọc 5 micron giúp loại bỏ được những tạp chất gây hại. Bên cạnh đó phải tính toán đến những phụ kiện đi kèm: thước nhớt, lọc dầu, van tháo cạn…
• Vị trí đặt đường dầu hút từ thùng đến bơm phải đặt trên đáy bơm. Điều này sẽ tránh được việc bơm hút các tạp chất đang lắng đọng ở đáy. Những đường dầu hồi phải được đặt ở đỉnh thùng dầu và ống nối đủ dài để chạm đến mức dầu tối thiểu của thùng để tránh dòng khí ở trong thùng đi ngược ra ngoài.
• Đối với những thùng dầu có kích thước đặc biệt với thể tích lớn thì ngoài thiết kế thông thường còn phải lắp các móc để có thể cẩu khi di chuyển lắp đặt thùng.
Hình 3. 21. Thùng dầu của hệ thống thủy lực trên xe Hooklift FD140-4WD
Trang 70
trong việc thăm dầu cũng như lắp đặt đường ống một cách thuận lợi dễ dàng và trách va đập bỏi các thiết bị khác khi xe vận hành.
Hình 3. 22. Thùng dầu của hệ thống thủy lực trên xe Hooklift
Tổng thể tích dầu XL khi duỗi
V₁
(l)=VXLn+VXLg+VXLk+VXLcl(khi duỗi)
27.7 Tổng thể tích dầu XL khi thu V₂ (l)=
VXLn+VXLg+VXLk+VXLcl(khi thu)
18.8
Thể tích dầu thay đổi V1-V2 (l) 8.9
Thể tích thùng dầu Vtd = 1.5Q (l) 41
Chọn thể tích thùng dầu Vtd (l) 41
Thể tích dầu cần thiết Vct(l)=VT+V2 60
Bảng 3. 11. Bảng tính thể tích thùng dầu thủy lực
➢Đối với thùng dầu di động, lắp trên các xe ô tô, xe tải, ...thì Vtd = 1,5xQbơm thủy lực (Q;
lưu lượng thể tích thùng dầu).
Trang 71
➢Còn đối với thùng dầu cố định, ví dụ như bể dầu trong các nhà máy, dây chuyền:
Vtd = (3 ÷ 5) x Q
→Lưu lượng thể tích thùng dầu ta chọn để sao cho phù hợp nhất, hiệu quả nhất cho bơm thủy lực và hệ thống, tránh được hiện tượng thùng dầu nhỏ quá sẽ gây nên hiện tượng dầu thủy lực nhanh nóng dầu dẫn đến nhanh hỏng bơm thủy lực, hỏng phớt gioăng xi lanh, kẹt van thủy lực ...
3.3.2. Dầu thủy lực
Là môi chất mang năng lượng trong hệ thống thuỷ lực. Kiến thức về loại chất lỏng, về tính chất và về tính chất hoạt động có ý nghĩa rất lớn đối với việc thiết kế và vận hành các thiết bị thủy lực.
⁕ Nhiệm vụ: của chất lỏng thuỷ lực là truyền lực và lưu thông dưới dạng một dòng chất lỏng có áp suất từ bơm thuỷ lực đến động cơ và xy lanh thuỷ lực. Ngoài ra chất lỏng thuỷ còn đảm nhận việc bôi trơn, chống rỉ và làm mát các chi tiết của hệ thống.
⁕ Yêu cầu về chất lỏng thuỷ lực xuất phát từ nhiệm vụ của chúng. Tuy nhiên giữa cỏc thiết bị khỏc nhau cú cỏc dạng yờu cầu khỏc nhau, ủụi khi cũn mõu thuẫn với nhau.
Có thể tham khảo các yêu cầu quan trọng dưới đây:
- Tính chất nhiệt độ - độ nhớt hợp lý, độ nhớt cần thay đổi ít nhất trong khoảng nhiệt độ rộng.
- Tính chất chống mòn và bôi trơn tốt, cần lưu ý là luôn xuất hiện chế độ ma sát hỗn hợp nhất là đối với các máy thuỷ lực pít tông.
- Tính chống rỉ tốt, thích ứng với các phớt làm kín, các phần tử cao su, vật liệu nhân tạo và hợp kim.
- Độ bền lão hoá tốt kể cả trong các điều kiện làm việc nặng nề.
- Khả năng tách bọt khí tốt.
❖ Phân loại: thường dùng hai loại dầu thủy lực sau
⁕ Dầu khoáng là chất lỏng thuỷ lực được sử dụng phổ biến nhất, đây là loại dầu chuyên dùng cho các thiết bị thuỷ lực có pha thêm một số chất phụ gia. Các chất phụ gia dùng để cải thiện các tính chất của dầu thủy lực, ví dụ như chất nhớt-nhiệt độ, tính chất bôi trơn- chống mòn, tính chất chống rỉ hoặc độ bền lão hoá.
Trang 72
độ nhớt động học trung bình tại nhiệt độ chuẩn 40°C (bảng 3.8). để thiết bị thủy lực hoạt động tốt cần giữ một độ nhớt giới hạn xác định, giới hạn đó được các nhà sản xuất dầu thủy lực quy định dưới đây là một số giá trị kinh nghiệm có thể tham khảo:
+ vmax (khởi hành lạnh) 50 … 1000 mm2/s (cSt);
+ vhđ (hoạt động lâu dài) 15 ... 80 mm2/s (cSt);
+ vmin (hoạt động ngắn hạn) 10mm2/s (cSt).
Theo quy định của ISO VG, số VG càng cao thì đồng nghĩa với việc chất lỏng càng nhớt. Điều này cho bạn biết dầu thủy lực nào dày hơn.
Loại độ nhớt độ nhớt động học trung bình ở 40°C (mm2/s - cSt)
ISOVG 10 10
ISOVG 22 22
ISOVG 32 32
ISOVG 46 46
ISOVG 68 68
ISOVG 100 100
Bảng 3. 12. Phân loại độ nhớt ISO đối với dầu thuỷ lực theo DIN E51524 (Đơn vị Centistokes (cSt) dành cho độ nhớt động học)
Bảng 3. 13. Bảng phân tích các loại dầu thủy lực theo tiêu chuẩn ISO VG
➢ Dầu thủy lực ISO VG 32 là giải pháp lý tưởng cho các công cụ máy móc chạy bằng điện cao.
Trang 73
➢ Dầu thủy lực ISO VG 46 được yêu cầu cho các nhà máy công nghiệp làm việc dưới áp suất cao.
➢ Dầu thủy lực ISO VG 68 được thiết kế để phục vụ hệ thống đòi hỏi khả năng chịu tải lớn.
⁕ Chất lỏng thuỷ lực khó cháy: có nhiệt độ bắt cháy cao hơn hẳn dầu khoáng, thường được sử dụng trên các thiết bị có nguy cơ cháy nổ. Có hai loại chất lỏng thủy lực khó cháy đó là chất lỏng có nước nguồn gốc từ dầu mỏ và chất lỏng không chứa nước trên cơ sở vật liệu tổng hợp.
→ Chọn dầu thủy lực phù hợp với hệ thống thủy lực trên xe Hooklift FD140-4WD thường dùng là dầu khoáng ISOVG 46 bởi vì độ nhớt phù hợp với hệ thống,làm việc với áp suất cao, làm việc phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam(nói về mối quan hệ giữa độ nhớt của dầu thủy lực và nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng lên, độ nhớt của dầu sẽ giảm xuống, ngược lại, khi nhiệt độ giảm dầu thủy lực sẽ nhớt hơn),giá thành hợp lí,dễ mua.
3.4. Ống thủy lực
Để nối liền các phần tử điều khiển (các loại van) với các cơ cấu chấp hành, với các hệ thống biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu), người ta dùng các ống dẫn, ống nối hoặc các tấm nối, có hai loại ống dẫn thường dùng là:
⁕Ống cứng:(vật liệu ống bằng đồng hoặc thép) các đường ống thuỷ lực được chế tạo bằng thép chính xác, trơn nhẵn theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế. Thí dụ theo DIN 2391/C ống cứng được chế tạo bằng thép St35.4 với chế độ tôi ủ đặc biệt. Ống có đường kính trên 6 mm được thấm phốt pho và thấm dầu. Tốt nhất nên lựa chọn ống cứng theo các bảng do các nhà sản xuất cung cấp, trên đó có cả thông tin về đường kính trong, đường kính ngoài, chiều dày thành ống và áp suất cho phép. Giới thiệu áp suất cho phép đối với các cấp đường kính và chiều dày thành ống, do hãng sản xuất cung cấp.
Phụ kiện kèm theo để nối ống cứng và ống mềm có rất nhiều dạng cấu trúc như đầu nối cong, đầu nối góc, nối chữ T.
⁕Ống mềm: để nối dẫn giữa một vị trí đầu nối cố định với một thiết bị thuỷ lực chuyển động, thí dụ xi lanh lắc điều khiển gầu xúc, người ta sử dụng các ống mềm.
Chúng cũng thường được sử dụng ở những nơi hay thay thế thiết bị, thí dụ nối dòng giữa các “ổ cắm thủy lực” trên máy kéo nông nghiệp và các thiết bị thuỷ lực treo.
Trang 74
nhiều lớp bố sợi vải hay lưới thép có thể làm việc ở nhiệt độ 135oC. Theo cấu trúc và số lớp bố, có thể phân loại các ống mềm như sau.
+ Ống mềm áp suất thấp đến 30 bar;
+ Ống mềm áp suất cao đến 200 bar;
+ Ống mềm áp suất cực cao đến 700 bar;
Ống mềm có ưu điểm là dễ tháo lắp, ngoài ra do khả năng giãn nở nó có thể làm giảm dao động và đỉnh áp suất. để thực hiện nhiệm vụ này ống mềm được chế tạo đặc biệt, rất đàn hồi nhờ cấu trúc bố sợi vải được gọi là các ống giãn nở. Mặt khác tính giãn nở, có nghĩa là khả năng tiếp nhận tức thời một thể tích dầu lớn hơn thể tích dầu tương ứng với chiều dài và đường kính tĩnh của ống mềm, cần được tính đến khi sử dụng ống mềm, bởi vì tính giãn nở có thể dẫn đến xuất hiện dao động áp suất không mong muốn trong thiết bị trong các trường hợp đã cho. Khả năng giãn nở làm tăng thể tích trước hết là do giãn hướng kính, rất ít giãn theo chiều dài (giãn dài chỉ chiếm khoảng +2 ÷ -4%).
Hình 3. 23. Kết cấu các loại ống mềm
Trang 75
Ống thủy lực lắp đặt trên xe hooklift FD140-4WD được các kĩ sư đã nghiên cứu vị trí lắp đặt một cách chính xác, thuận tiện trong quá trình làm việc cũng như tiện lợi trong quá trình kiểm tra bảo dưỡng, sữa chữa thay thế khi gặp hỏng hóc sự cố.
Hình 3. 24. Các mối nối ống dầu thủy lực trên xe Hooklift FD140-4WD
Các ống dầu thủy lực lắp trên xe này thường là dùng ống mềm để nối với các đầu nối và co thủy lực được cố định chắc chắn bằng các pát đỡ được bắt chặt cố định trên thân xe trách ống thủy lực bị di chuyển rung lắc trong suốt quá trình làm việc của xe đồng thời thiết kế phải tối ưu, tiện lợi và có thẩm mỹ nhất có thể.
Hình 3. 25. Ống dầu mềm thủy lực trên xe Hooklift FD140-4WD
Trang 76
Ống thủy lực Đơn vị tính Ống hút Ống xả Ống nén (10- 20MPa) Vận tốc thuận
lợi v (m/s) 1 2 5
Chọn kích thước ống
ID (inch) 1 3/4 1/2
ID (mm) 25.4 19.05 12.7
Lưu lượng phù
hợp Q = (πID²/4). V (l/p) 30.4 34.2 38.0
Vận tốc thực tế (m/s) 1.1 2.0 4.5
Bảng 3. 14. Tính chọn ống thủy lực
→ Vận tốc thuận lợi nhất của dòng dầu nằm trong một khoảng giới hạn rất hẹp, có thể tham khảo các giá trị kinh nghiệm sau đây:(tham khảo sách truyền động thủy lực và khí nén-PGS.TS Bùi Hải Triều)
➢ Đường ống nén có áp suất dưới 10 bar :3,0 m/s 10-50 bar :4 m/s 50-100 bar :4,5 m/s 100-150 bar :5 m/s 150-200 bar :5,5 m/s 200-300 bar :6 m/s Trên 300 bar:7 m/s
➢Đường ống dầu trả về: 2,0-3,0 m/s
➢Đường ống nạp :0,5-1,5 m/s
❖ Nối ống cứng và ống mềm
Trong hệ thống thủy lực ống nối có yêu cầu tương đối cao về độ bền và độ kín và tùy theo điều kiện sử dụng mà có thể tháo được hoặc không tháo được.
Trang 77
Hình 3. 26. a) Ống nối vặn ren; b) Ống nối siết chặt bằng đai ốc
- Nối ống cứng: trên các hệ thống thuỷ lực thường sử dụng các dạng nối ống tháo được:
đường kính ngoài nhỏ hơn 42 mm được nối ren, nếu đường kính ống lớn hơn được nối bằng mặt bích.
Thường gặp nhất là nối vòng ren, được cấu tạo từ đầu nối ren 1 (hình 3.27), đai ốc bao 2 và vành 3 lắp bao lấy ống 4. Khi vặn đai ốc 2, phần cạnh sắc của vành 3 sẽ ép chặt vào ống. Dạng nối ống này đảm bảo đặc biệt an toàn chống tự tháo khi có dao động.
Hình 3. 27. Nối vành ren (Ermeto)