CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.6. TÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG
3.6.2. Tính chọn các van trong hệ thống thủy lực
3.6.2.1.Van phân phối
Độ sụt áp qua van sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diện tích R: [6]
pv pp – p1 = (p2 – pr pp).R2 (17)
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 Qcc – Lưu lượng ra buồng có cần R – Hệ số diện tích, R = 1
2
A A
Các đại lượng trong phương trình (17):
A B
2
3
1 1 - Bánh răng chủ động
2 - Bánh răng bị động 3 - Vỏ bơm
A - Buồng hút
pv pp – áp suất dầu vào van p1 – áp suất dầu vào xi lanh lực p2 – áp suất dầu ra xi lanh lực pr pp – áp suất dầu ra van phân phối
Với: A1 = 0,00126m2
A2 = 0,000176m2
p1 = 31,8at; p2 =5 at; chọn pr pp = 4at
pv pp = 41,2 at
Lưu lượng qua van phân phối cũng chính là lưu lượng vào xy lanh thủy lực:
Qpp = 4. QDC = 30,24 (l/ph)
Vậy các thông số của van phân phối:
Áp suất vào van phân phối: pv pp = 41,2 at Lưu lượng qua van: Qpp = 30,24 (l/ph) 3.6.2.2. Van tiết lưu
Hình 3.28. Sơ đồ tính toán van tiết lưu
Khi tính toán thiết kế van tiết lưu các thông số ta cần quan tâm: lưu lượng dầu ra của van tiết lưu Qtl , chênh áp vào, ra tại van p và diện tích tiết diện chảy.
Lưu lượng dầu qua khe hở của van tiết lưu được xác định theo công thức:
tl x
Q . 2.g tl
A p
Trong đó:
- Hệ số lưu lượng; Ax - diện tích mặt cắt của khe hở ptl
- Tổn thất áp suất tại van tiết lưu
- Khối lượng riêng của dầu kg/m3
p1 = pvtl: áp suất vào van tiết lưu
Ax 2. . . .sin r ht Mà rt = .sin
2 os r h c
Ax . . 2. .sinh r h.sin2. osc
Bỏ qua đại lượng vô cùng bé .h2.sin2. osc , do đó: Ax 2. . . .sin r h
=>Qtl .2. . . .sin . 2.g tl
r h p
Tổn thất áp suất qua van tiết lưu (tổn thất cục bộ tại tiết lưu) được xác định:
2
. .2
tl
p v
g
Trong đó:
- hệ số tổn thất cục bộ tại van, chọn = 4
- trọng lượng riêng của dầu; chọn dầu có 9000[N m/ 3]=9000.10 [-6 N cm/ 3] v - vận tốc dòng chảy dầu, v = 0,5 m/s = 50 cm/s
g – gia tốc trọng trường, lấy g = 10 m/s2 = 1000 cm/s2
ptl= 0, 45 at
Lưu lượng qua van tiết lưu cũng là lưu lượng vào van phân phối Qtl = Qvpp = 38,24 (l/ph) =637 cm3/s, = 0,6, r = 0,75 cm, = 300 Với các số liệu trên ta xác định được:
637 =0,6. 2.3,14. 0,75. h. sin(300) .
Vậy độ hở của van: h = 0,45 cm = 4,5 mm Áp suất vào van tiết lưu: pv tl = pv pp ptl pp ptl Với:
pv pp - áp suất vào van phân phối, pv pp= 41,2 at
ptl pp – tổn thất áp suất từ van tiết lưu đến van phân phối (tổn thất dọc
đường: do độ không đồng đều của tiết diện chảy, các ống nối thẳng, các đầu nối với góc ngoặc 900 gây ra). Sau khi tính toán ta được ptl pp = 0,98536221 at
pv tl = 40,2 + 0,45 + 0,98536221 = 41,6 at Vậy các thông số của tiết lưu nhánh nâng:
Áp suất vào tiết lưu: pv tl = 41,6 at
Lưu lượng qua tiết lưu: Qtl = 30,24 l/ph 3.6.2.3. Van tổ hợp bi piston:
Hình 3.29. Sơ đồ kết cấu van tràn + Van tổ hợp bi piston có tác dụng là van tràn
Gọi d là đường kính trung bình của lỗ tiết lưu A2, lưu lượng qua van bi trụ (qua lỗ tiết lưu) được xác định theo biểu thức sau:
(18)
Nếu bỏ qua ma sát giữa van bi và vỏ van thì phương trình cân bằng lực của bi cầu:
Trong đó:
d – đường kính của lổ tiết lưu
D – đường kính lớn nhất của bi trụ
Flx 2 – lực lò xo 2
A1
p1 = pv_b-p: áp suất vào van bi- piston
p2 = pr_ bc: áp suất ra ở buồng bi cầu p3 = pr_ bt: áp suất ra ở buồng bi trụ
Từ 2 phương trình (17) và (18), ta thấy rằng: để giữ cho áp suất vào van tràn không đổi thì ta phải thay đổi lực Flx1 tương thích với từng giá trị của Ql tl .
Trong đó:
= 0,6 - hệ số lưu lượng
= 900.10-6 kg/cm3 - khối lượng riêng của dầu [kg/m3]
d = (0,8 – 1,5) mm, chọn d = 1,5 mm = 0,15 cm.
Lưu lượng dầu dư qua van tràn tính ở nhánh nâng là:
Ql = Qb– Qmax ht= 53 –51,5 = 1,5 (l/ph) = 25 cm3/s
= 5,63 at
Chọn: = 48 at = –5,63 = 42,37 at
Trong đó:
d1 – đường kính tiết diện chảy của van bi, chọn d1 = 3 mm =0,3cm
p2 thông với bể dưới tác dụng của áp suất dầu p3 làm cho bi cầu mở ra với độ mở là x11, ta có lưu lượng qua van bi là:
x1 – độ mở van bi
= 0,0445 cm = 0,445 mm
Khi đó lò xo C1 sẽ cân bằng với áp lực do p3 tạo ra, do đó:
Flx1 = p3. 4 .d12
= 3,13474 ( kG)
Lực lò xo Flx2 được xác định khi p1> 48 at thì lò xo C2 sẽ bị ép lại và con trượt sẽ đi lên để cho dầu về bể.
Gọi:
x0 - chiều dài bị nén ban đầu của lò xo C2 khi con trượt đóng.
C2 - độ cứng lò xo 2
Bỏ qua ma sát giữa vỏ van và con trượt, ta có phương trình cân bằng lực tại con trượt:
x0.C2 = (19)
= 17,67 kG
Với D – đường kính lớn nhất của bi trụ, lấy D = 2 cm
Khi áp suất vào van p1 tăng đột ngột và dưới một áp lực dầu cần thiết p1 thì con trượt mở ra với độ mở là x21 và mở thông qua cửa 3. Khi đó lưu lượng qua cửa 3 về bể là:
p2 = 0 vì thông với bể
Trong đó:
d2 – đường kính con trượt ở tiết diện A1, chọn d2 = 1cm; pmax = 50 at Qmax = Qb – Q1= 53 – 1.5 = 51.5 (l/ph) = 858,3 cm3/s
xmax = 0,432 cm = 4,32 mm
Tức khi pmax = 50 at thì con trượt dịch chuyển 1 đoạn x2max = 4,32 mm
Giả sử bỏ qua lực ma sát thủy động thì phương trình cân bằng lực tại con trượt khi đạt độ mở lớn nhất là:
(x0 + x1 + xmax). C2 = . 2
4
d
.( pmax - p3 ) (20) = (50- 40,37) = 30,238 kG
Từ 2 phương trình (19) và (20) suy ra: C2 = 19,74 kG/cm ; x0 = 0,89cm Vậy áp suất cần thiết để mở van là:
p* = (x0 + C2 . 2 .
4
D + p3= 48,2 at
Vậy khi áp suất của hệ thống thủy lực ở đường ra của bơm đạt 1 áp suất cần thiết p* = 48,2 at, khi đó van an toàn làm việc đưa dầu về bể dầu. Khi áp suất p1< p*
thì lúc đó chỉ có van tràn làm việc.
3.6.2.4. Van cản
Van cản phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dễ dàng, ít tổn thất. Vì vậy lực lò xo phải thắng lực ma sát giữa con trượt và vỏ van. Ta chọn kích thước của van cản như sau: d = 12 mm; D = 18 mm; = 900; = 450
Hình 3.30. Sơ đồ tính toán van cản Xác định áp suất về bể dầu:
Như ta đã chọn áp suất ra khỏi van phân phối là pr pp = 4 at và ta chọn tổn thất áp suất tại van cản là pc= 2 at.
Xác định độ mở của van:
Ta có lưu lượng qua van được xác định như sau:
Qvc = . 2.g c
F p
(21)
Trong đó:
= 0,6 - hệ số lưu lượng
F =
sin2 .
.
dh - diện tích mặt cắt ngang của khe hở thông h – độ mở của van theo hướng trục
lưu lượng qua van cản: Qvc = 2 = 15,12 Do đó ta có:
h d D
h = vc pc d g
Q
. 2 sin 2 . .
= 1.05cm=10,5mm
Xác định lực lò xo:
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 pc= 2 at.
Bỏ qua ma sát thì phương trình cân bằng lực tại nút van khi đóng là:
F0 = h0.C =pc. 4 .d 2
=
314.1, 22
2. 4 = 2,2608 kG
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 . 4 .d 2
= 4.
4 2 , 1 . 314 2
= 4,5216 kG.