CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU NÂNG HẠ CỦA BỬNG NÂNG 37 3.1. Tìm hiểu về thiết bị nâng hạ (bửng nâng)
3.1.2. Cấu tạo chi tiết của bửng nâng
3.1.2.1. Xilanh thuỷ lực:
Khái niệm: Xi lanh thủy lực là một trong những bộ phận chính của máy móc, thiết bị sử dụng hệ thống truyền động và tự động thủy lực. Thiết bị này giữ vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ học. Nói cách khác thì xi lanh thủy lực là một động cơ thủy lực tuyến tính có vai trò quan trọng trong việc chấp hành quan trọng trong hệ thống thủy lực.
Nó được dùng để chuyển đổi nguồn năng lượng của dầu hay chất lỏng thủy lực khác thành động năng để tạo ra lực ở đầu cần. Sau đó, tác động vào để thực hiện các nhiệm vị như: kéo, đẩy, nén hay nghiền,...
Nó được sử dụng phổ biến trong cơ cấu chấp hành của hệ thống truyền động thủy lực. Đối với thùng xe tải ta dùng xi lanh thủy lực để nâng cánh hông thuận tiện cho việc bốc dỡ hàng hóa.
Thực chất xi lanh thủy lực được chia làm 2 loại:
- Xi lanh lực - Xi lanh momen
Trong xi lanh lực chuyển động tương đối của piston và xi lanh là chuyển động tịnh tiến. Còn đối với xi lanh moomen thì chuyển động tương đối giữa piton và xi lanh là chuyển động quay.
Trong xi lanh thủy lực người ta chia làm 2 loại: là là loại tác dụng một chiều và loại tác dụng 2 chiều.
a) Cấu tạo xilanh thuỷ lực:
Hình 3. 7 Bản vẽ cấu tạo xilanh thuỷ lực v Ống xilanh:
- Ống xilanh của xilanh thuỷ lực là một bộ phận có hình trụ tròn liền mạch. Ngoài tên gọi là ống xilanh thì nó còn có tên gọi là thùng xilanh. Chức năng chính của ống xilanh là chứa đựng và giữ áp suất của xilanh.
- Ngoài ra thì ống xilanh cũng chính là nơi chứa piston. Ống được thiết kế mài nhẵn, mịn nhằm tạo bề mặt có thể đạt độ hoàn thiện rơi vào khoảng 4 đến 15 microinch.
v Đế xilanh (nắp hình trụ):
- Phần đế của xilanh thuỷ lực có nhiệm vụ đi kèm với buồng áp suất ở một đầu.
Đế xilanh được thiết kế nối liền với thân xilanh bằng cách gắn bulong, thanh tie hoặc hàn xì. Phần đế (nắp) xilanh và ống xilanh được nối bằng seal tĩnh. Chúng ta có thể dựa vào thông số của ứng suất uốn để xác định kích thước của nắp xilanh.
v Đầu xilanh:
- Đầu xilanh thuỷ lực hay Cylinder head đảm nhận chức năng đi kèm với buồng áp suất ở phía đầu còn lại. Đầu xilanh được nối thông qua các bulong hoặc thanh tie.
- Ở giữa đầu xilanh và ống xilanh có lắp o-ring. Tuỳ thuộc vào loại xilanh thuỷ lực mà trên đầu xilanh có thể chứa niêm phong que thích hợp hoặc một tuyến niêm phong.
v Piston:
- Piston là chi tiết vô cùng quan trọng trong hệ thống xilanh thuỷ lực. Nhiệm vụ chính của piston là thực hiện phân tách các vùng áp lực bên trong ống xilanh.
Thông thường các nhà sản xuất sẽ tiến hành gia công piston sao cho phù hợp với các phốt, seal, kim loại đàn hồi. Theo đó, tuỳ theo thiết kế mà con dấu (seal) có thể ở dạng đơn hoặc kép.
- Các piston của xilanh đều được gắn với thanh piston thông qua bulong. Đặc biệt chúng ta cần lưu ý rằng: Sự chênh lệch về áp suất ở hai bên thân piston sẽ khiến cho ống xilanh giãn ra và rút lại.
v Thanh piston:
- Thanh piston hay còn gọi là piston rod. Thanh piston xilanh thuỷ lực thường có cấu tạo bằng thép hoặc thép mạ crom, nhằm đảm bảo có độ cứng cao, cùng với khả năng chống ăn mòn tốt nhất.
- Nhiệm vụ của thanh piston là kết nối thiết bị truyền động với thành phần của máy móc để thực hiện công việc theo yêu cầu. các thanh piston đều được gia công đánh bóng, nhẵn mịn, đính kèm các seal (con dấu) nhằm hạn chế và ngăn chặn sự rò rỉ.
- Đối với xilanh 2 đầu thì bên trong các ống xilanh các thanh piston sẽ kéo dài từ phía piston đến hai đầu ống.
v Con dấu (seal):
- Con dấu của xilanh thuỷ lực còn có cách gọi phổ thông là seal. Để chế tạo ra một con dấu phù hợp với xilanh người ta cần phải dựa vào các thông số như nhiệt độ môi trường, nhiệt độ của dầu, ứng dụng của xi lanh sau khi được chế tạo và áp suất làm việc.
Hình 3. 8 Con dấu của xilanh thuỷ lực.
- Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại con dấu khác nhau như: con dấu Elastomer (chịu nhiệt thấp), con dấu Fluorocarbon viton (chịu nhiệt cao)… Khả năng chịu nhiệt của các con dấu phụ thuộc vào chất liệu tạo nên nó.
- Ví dụ như con dấu Elastomer được chế tạo từ Poly và cao su Nitrile nên nó chỉ phù hợp với những xilanh thuỷ lực có môi trường làm việc bình thường, áp suất và nhiệt độ không cao.
Ngoài những bộ phận nêu trên thì cấu tạo xilanh thuỷ lực còn có một số các chi tiết khác như: Bu lông kết nối, vít khoá, bạc đạn, bích. Tất cả các chi tiết và bộ phận được nêu ở trên đều được lắp ráp, kết nối với nhau tạo thành một ben thuỷ lực hoàn chỉnh.
b) Nguyên lý hoạt động của xilanh thuỷ lực:
Trên thực tế nguyên lý hoạt động xilanh thuỷ lực vô cùng đơn giản. Lực được áp dụng tại một thời điểm sẽ được chuyển đến một địa điểm khác nhờ vào việc sử dụng một chất lỏng không nén được. Tất cả lực mà xilanh tạo ra được đều là nhờ vào chất lỏng thuỷ lực, chất lỏng này thông thường sẽ là dầu nhớt…
Ngoài ra thì khi xilanh được lắp vào hệ thống thuỷ lực khác nhau sẽ có những điểm khác nhau trong nguyên lý hoạt động. Cụ thể như sau:
Hình 3. 9. nguyên lý hoạt động của xilanh thuỷ lực
v Trong hệ thống thuỷ lực 1 xilanh
Trong hệ thống thuỷ lực 1 xilanh, bơm thuỷ lực sẽ thực hiện bơm dầu vào trong van phân phối để chuyển vào trong xilanh. Nhờ có áp suất của dầu mà piston xilanh thuỷ lực có thể di chuyển và thực hiện biến chuyển năng thanh động năng để thực hiện các công tác.
v Trong hệ thống thuỷ lực 2 xilanh:
Hai piston của hai xilanh sẽ được kết nối với nhau thông qua một ống dẫn dầu thuỷ lực. Dầu sẽ được cung cấp đầy ống xilanh để phục vụ cho xialnh hoạt động.
Khi có lực tác động lên piston thứ nhất thì lực đồng thời cũng sẽ được truyền đến piston thứ hai. Do dầu không nén được nên có khả năng truyền lực vô cùng tốt đồng thời có thể tạo ra lực ở piston thứ hai lớn nhất, tác động ra bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ (nhiệm vụ này tuỳ thuộc vào hệ thống thuỷ lực được ứng dụng trong thiết bị nào).
Lưu ý:
- Khi tiến hành thay đổi kích thước của xilanh và piston sẽ đồng nghĩa với việc thay đổi công suất của hệ thống thuỷ lực.
- Tốc độ tiến lùi của xilanh trong hệ thống thuỷ lực có thể điều chỉnh theo ý muốn thông qua van dầu điện tử hoặc van dầu gạt tay.
c) Các loại xilanh thuỷ lực:
Việc phân loại xilanh thuỷ lực dựa trên nhiều yếu tố khác nhau. Để nắm rõ cách phân loại, giúp người dùng lựa chọn đúng loại xilanh phù hợp với hệ thống thuỷ lực của máy móc của mình thì mời mọi người cùng tìm hiểu thêm các nội dung sau đây.
Hình 3. 10. Xilanh thuỷ lực một chiều dùng cho bàn nâng v Phân loại xilanh thuỷ lực theo trọng lượng:
- Xilanh thuỷ lực 5 tấn: Trọng lượng của loại kích này thường chỉ từ 3 – 5 kg, được sử dụng để nâng hạ những vật có tải trọng tối đa là 5 tấn. hành trình nâng của xilanh thuỷ lực 5 tấn này thường là 115 mm.
- Xilanh thuỷ lực 20 tấn: Tải trọng tối đa của loại xilanh này là 20 tấn, hành trình nâng từ 500mm – 200mm (tuỳ thuộc hãng sản xuất, yêu cầu sử dụng của từng công việc khác nhau).
- Xilanh thuỷ lực 50 tấn: Thiết bị có khả năng nâng được các vật nặng có tải trọng lớn tối đa 50 tấn. hành trình nâng sẽ phụ thuộc vào nhu cầu công việc cụ thể của từng đơn vị.
Hình 3. 11. Xilanh thuỷ lực 50 tấn v Phân loại xilanh thuỷ lực theo chiều tác động:
Dựa trên chiều tác động lực chúng ta có hai loại xilanh đó là xilanh thuỷ lực một chiều và xilanh thuỷ lực hai chiều:
- Xilanh thuỷ lực 1 chiều:
Đây là loại ben thuỷ lực có lực tác động duy nhất từ một phía. Chúng ta có thể dễ dàng nhận biết chúng thông qua lỗ cấp dầu duy nhất trên thân của xilanh. Xilanh thuỷ lực 1 chiều được chia ra làm hai loại là xilanh có piston tự hồi về vị trí dựa vào lò xo bên trong và loại hồi về vị trí dựa vào lực.
- Xilanh thuỷ lực 2 chiều:
Đây là loại xilanh thông dụng nhất trên thị trường hiện nay. Cấu tạo xilanh thuỷ lực 2 chiều phức tạp hơn so với loại 1 chiều với hai lỗ cấp dầu cho xilanh. Để sử dụng chúng ta cần phải có van phân phối đảo chiều. Xilanh thuỷ lực 2 chiều được chia ra làm 2 loại đó là loại mini và loại cỡ lớn.
v Phân loại xilanh thuỷ lực theo tầng:
- Xilanh thuỷ lực 2 tầng:
Loại xilanh này có cấu tạo gọn gàng, là sự kết hợp của 2 xilanh xếp tiếp nối với nhau gồm có 2 piston riêng biệt nhưng chung một trục piston. Xilanh thuỷ lực 2 tầng được sử dụng tại những vị trí phức tạp, hạn chế bởi không gian nhưng yêu cầu xilanh có lực tác động lớn.
- Xilanh thuỷ lực 3 tầng:
Xilanh thuỷ lực 3 tầng gồm 1 vỏ và nhiều ống xếp lồng với nhau. Nhờ kết cấu đặc biệt này mà xilanh có thể duỗi dài hành trình hơn so với kích thước cơ sở ban đầu. Điều này giúp tạo ra khả năng thiết kế các chi tiết, cho kết cấu máy trở nên gọn gàng hơn.
Hình 3. 12. Xilanh thuỷ lực 3 tầng 3.1.2.2. Bộ nguồn thuỷ lực:
Hình 3. 13 Bơm thuỷ lực
Cấu tạo chi tiết bộ nguồn thuỷ lực mini Winner:
+ Động cơ: Sử dụng động cơ điện 1 chiều 24V, công suất 3 kw làm motor hoạt động giúp cấp dầu cho hệ thống làm việc.
+ Rơ le đóng ngắt các hoạt động điện.
+ Hệ thống van thủy lực: Được lắp trên bộ nguồn thủy lực với nhiều nhiệm vụ khác nhau giúp hệ thống hoạt động. Một số loại van thủy lực được lắp đặt trên bộ nguồn như: Van 1 chiều, van an toàn, van Solenoid, van tiết lưu.
+ Bơm thủy lực: Bộ phận dùng để lắp đặt với động cơ điện dùng để hút dầu vào máy bơm và đẩy ra làm chuyển đổi các năng lượng. Một số loại phổ biến được lắp đặt như bơm Piston, bơm cánh quạt, bơm bánh răng.
+ Nắp thùng dầu đậy thùng dầu.
+ Thùng dầu: Có dung tích từ 6 lít, cung cấp dầu cho hệ thống, chúng khá quan trọng vì cung cấp nhiên liệu cho hệ thống làm việc.
Hình 3. 14 Cấu tạo chung bộ nguồn thuỷ lực