Nguyen van ngo 4551 7822

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

--------- oOo --------

NGUYỄN VĂN NGỌ

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG AUTOMATION STUDIO
HỆ THỐNG THUỶ LỰC TRÊN XE CẨU XÚC ĐÀO KGT-V
HÃNG HITACHI CỦA TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG
VẬN TẢI ĐƯỜNG THỦY II

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.Hồ Chí Minh – 08/2020
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

NGUYỄN VĂN NGỌ

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG AUTOMATION STUDIO

HỆ THỐNG THUỶ LỰC TRÊN XE CẨU XÚC ĐÀO KGT-V
HÃNG HITACHI CỦA TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG
VẬN TẢI ĐƯỜNG THỦY II

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
MÃ SỐ: 8520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS LÊ HỮU SƠN

Tp.Hồ Chí Minh – 08/2020
2


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS LÊ HỮU SƠN. Ngoài các nội dung tham khảo trong tài
liệu đã được liệt kê trong phần “Tài liệu tham khảo”, các kết quả là quá trình
nghiên cứu nghiêm túc và trung thực của tơi.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020
Học viên

Nguyễn Văn Ngọ

3


LỜI CÁM ƠN
Trong q trình hồn thành xây dựng luận văn thạc sỹ học viên đã nhận

được sự giúp đỡ rất nhiều từ q thầy cơ, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Đặc
biệt là PGS.TS LÊ HỮU SƠN, người ln tận tình hướng dẫn về phương pháp
nghiên cứu và tư liệu trong quá trình thực hiện luận văn. Em xin gửi lời cám ơn
chân thành và sâu sắc nhất.
Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cám ơn đến Viện Hàng Hải, Viện Sau đại
học Trường Đại học Giao thơng vận tải Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Tuy đã có nhiều cố gắng song do thời gian có hạn, kiến thức và kinh nghiệm
cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được
sự góp ý của quý thầy cô, chuyên gia, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cám ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020
Học viên

Nguyễn Văn Ngọ

4


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ................................................................................... 8
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................... 12
1.

Tính bức thiết của đề tài ................................................................. 12

2.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................... 12

3.

Mục đích và ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................ 12

4.

Giới hạn đề tài ................................................................................ 12

5.

Bố cục đề tài ................................................................................... 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI........................................................ 14
1.1 Tổng quan về đề tài ........................................................................ 14
1.2 Tổng quan về truyền động thủy lực. ............................................... 14
Những ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống thủy lực ............ 14
Các cơ sở lý thuyết cơ bản trong truyền động thủy lực ............ 16
Các tổn thất thường gặp trong hệ thống thủy lực ..................... 20
1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ cơ cấu chấp hành .... ............... 22
Điều chỉnh bằng phương pháp tiết lưu dịng cơng chất ............ 22
Đặt van tiết lưu ở lối vào động cơ thủy lực .............................. 23
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN XE CẨU XÚC
ĐÀO KGT-V HÃNG HITACHI .......................................................................... 28
2.1 . Tổng quan xe cẩu xúc đào KGT-V hãng Hitachi. ......................... 28
Kích thước xe .......................................................................... 29
Đặc điểm chung của máy......................................................... 30
Điều kiện xe đi trên đường bộ ................................................. 31
5

Di chuyển trên đường sắt . ....................................................... 32
Khả năng làm việc của bánh lốp .............................................. 33
Khả năng làm việc bánh sắt ..................................................... 35
Giới thiệu động cơ Deutz trên xe ............................................ 37
Mạch tổng quát trên xe đa năng loại KGT-V hãng Hitachi ...... 38
Hệ thống điều khiển thủy lực xe ............................................ 39
2.2 Xây dựng mơ hình và phương pháp tính chọn các chi tiết của .…...41
Xây dựng sơ đồ điều khiển nâng hạ cần bằng thủy lực ............ 41
Sơ đồ điều khiển cần thứ hai và quay toa bằng thủy lực .......... 44
Sơ đồ điều khiển xy lanh công tác ........................................... 46
2.3 Kết luận .......................................................................................... 48
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA XE CẨU XÚC
ĐÀO KGT-V HÃNG HITACHI .....................................................................

49

3.1 Giới thiệu về phần mềm Automation Studio ................................... 49
Giới thiệu phần mềm Automation Studio . .............................. 49
Mô tả phần mềm Automation Studio ....................................... 50
Giao diện thư viện chính.......................................................... 51
Giao diện tra cứu ý nghĩa các ký hiệu trong thư viện. .............. 52
Giao diện thiết kế chính của các phần tử. ................................. 52
3.2 Nhóm phần tử thủy lực của xe trên phần mền Automation Studio .. 54
Nhóm phần tử điều khiển bằng thuỷ lực. ................................. 54
Nhóm điều khiển điện, điện - thuỷ lực. .................................... 57
Nhóm động cơ ......................................................................... 58

6

3.3 .

Tính chọn phần tử mơ phỏng bơm và xy lanh trong phần mềm

Automation Studio ........................................................................................... 59
Tính tốn lựa chọn bơm chính . ............................................... 59
Tính chọn xy lanh thủy lực ...................................................... 69
Xây dựng mơ hình hệ thống .................................................... 72
Phân tích kết quả . ................................................................... 77
KẾT LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 81
1.

Kết luận .......................................................................................... 81

2.

Kiến nghị ........................................................................................ 81

7


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1 Bảng giới hạn tải chạy trên bánh lốp ........................................... 34
Bảng 2-2 Giới hạn làm việc trên bánh sắt thẳng ......................................... 35
Bảng 2-3 Giới hạn tải bánh sắt trên đường nghiêng 50 ............................... 36

8

DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1 Hình vẽ mơ tả áp suất thủy tĩnh ................................................... 16
Hình 1-2 Hình biểu diễn dịng chảy liên tục của chất lỏng ......................... 17
Hình 1-3 Hình mơ tả phương trình Bernoulli ............................................. 19
Hình 1-4 Hệ thống có đặt tiết lưu ở lối vào động cơ thủy lực ............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 1-5 Hệ thống có đặt tiết lưu ở lối ra động cơ thủy lực........................ 24
Hình 1-6 Hệ thống có đặt tiết lưu song song với động cơ thủy lực ............. 25
Hình 1-7 Lắp đặt bộ ổn áp trên đường ra của cơ cấu truyền động thủy lực . 26
Hình 1-8 Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách chỉnh lưu lượng bơm ........... 27
Hình 2-1 Tổng quan xe cẩu xúc đào KGT-V ............................................. 28
Hình 2-2 Cấu tạo chi tiết xe cẩu xúc đào KGT-V hãng Hitachi ................. 28
Hình 2-3 Thơng số xe cẩu xúc đào KGT-V hãng Hitachi ........................... 30
Hình 2-4 Bố trí xe trên đường bộ . ............................................................. 31
Hình 2-5 Xe KGT-V hãng Hitachi vận hành trên đường ray . .................... 32
Hình 2-6 Tầm với làm việc của xe với bánh lốp ......................................... 33
Hình 2-7 Tầm với làm việc của xe với bộ với gầu đào. .............................. 33
Hình 2-8 Xe lắp giới hạn tải chạy trên bánh lốp ........................................ 34
Hình 2-9 Giới hạn tải trên đường sắt thẳng. .............................................. 35
Hình 2-10 Giới hạn tải bánh sắt trên đường nghiêng 50 .............................. 36
Hình 2-11 Cấu tạo đơng cơ Deutz .............................................................. 37
Hình 2-12 Mạch tổng qt trên xe đa năng loại KGT-V hãng Hitachi ........ 38
Hình 2-13 Sơ đồ mạch thủy lực bộ cơng tác chính xe đa năng loai KGT-V
hãng Hitachi. ........................................................................................................ 40
9


Hình 2-14 Sơ đồ tay điều khiển nâng hạ cần bằng thủy lực ........................ 41
Hình 2-15 Sơ đồ điều khiển nâng hạ cần xe .............................................. 43

Hình 2-16 Tay điều khiển cần ................................................................... 44
Hình 2-17 Sơ đồ điều khiển cần thứ hai và quay toa .................................. 45
Hình 2-18 Sơ đồ tay trang điều khiển ......................................................... 46
Hình 2-19 Mạch thủy lực điều khiển xy lanh cơng tác. .............................. 47
Hình 3-1 Sơ đồ tóm tắt một q trình sản xuất kết hợp mơ phỏng. ............. 49
Hình 3-2 Giao diện chính của Automation Studio ... .................................. 50
Hình 3-3 Giao diện của thư viện chính. ...................................................... 51
Hình 3-4 Giao diện tra cứu ý nghĩa ký hiệu bơm thủy lực. ......................... 52
Hình 3-5 Giao diện thiết kế van điều khiển.. .............................................. 53
Hình 3-6 Giao diện lựa chọn các đường dẫn dầu trong van điều khiển. ...... 53
Hình 3-7 Nhóm van áp suất được mơ phỏng trong Automation Studio . .... 54
Hình 3-8 Nhóm van đảo chiều được mơ phỏng trong Automation Studio. . 55
Hình 3-9 Nhóm van tiết lưu được mô phỏng trong Automation Studio .. ... 55
Hình 3-10 Nhóm van chặn được mơ phỏng trong Automation Studio .. ..... 56
Hình 3-11 Nhóm xilanh được mơ phỏng trong Automation Studio . .......... 56
Hình 3-12 Van áp suất điện từ.................................................................... 57
Hình 3-13 Nhóm bơm và động cơ được mơ phỏng trong Automation Studio
............................................................................................................................. 58
Hình 3-14 Nhóm thùng chứa dầu được mơ phỏng trong Automation Studio .
............................................................................................................................. 59
Hình 3-15 Nhóm lọc dầu được mơ phỏng trong Automation Studio . ........ 59
Hình 3-16 Bơm piston-roto hướng trục ...................................................... 60
10


Hình 3-17 Sơ đồ nguyên lý chuyển động của bơm piston-roto hướng trục .60
Hình 3-18 Sơ đồ lực tác dụng trong xy lanh thủy lực ................................. 69
Hình 3-19 Mơ hình sơ đồ thuỷ lực điều khiển nâng hạ cần thứ nhất và đoạn
kéo dài trong phần mềm Automation Studio . ...................................................... 73
Hình 3-20 Mơ hình sơ đồ thuỷ lực điều khiển cần thứ hai và động cơ quay

toa . ...................................................................................................................... 73
Hình 3-21 Mơ hình sơ đồ thuỷ lực điều khiển xy lanh cơng tác . ............... 74
Hình 3-22 Mơ phỏng quá trình làm việc nâng hạ cần thứ nhất và đoạn kéo
dài. ....................................................................................................................... 74
Hình 3-23 Mơ phỏng q trình làm việc nâng hạ cần thứ hai và động cơ
quay toa ............................................................................................................... 75
Hình 3-24 Mơ phỏng q trình làm việc việc xy lanh cơng tác .................. 76
Hình 3-25 Đồ thị đặc tính của xylanh nâng cần. ......................................... 77
Hình 3-26 Đồ thị đặc tính của mơ tơ quay toa ........................................... 78
Hình 3-27 Đồ thị đặc tính van an tồn. ...................................................... 79

11


MỞ ĐẦU
1.

Tính bức thiết của đề tài
Để phát triển đất nước càng ngày càng giàu mạnh, xây dựng các công trình

cảng ngày càng chất lượng, nhanh hơn và to hơn thì các thiết bị cơ giới ngày càng
được đầu tư để phát triển, ngày càng hiện đại hơn. Trước nhu cầu phát triển các
trang thiết bị máy móc để giảm sức lao động thì xe cẩu xúc đào KGT-V hãng
Hitachi đang được rất ưa chuộng trong sử dụng cho các cơng trình nhỏ vì tính đa
năng nó.
Bên cạnh đó Trường Cao đẳng Giao thông vận tải Đường thủy II đang đào
tạo về xe đa năng này. Thông qua nguyên lý hoạt động, vận hành các hệ thống
điều khiển của xe đa năng loại KGT-V của hãng Hitachi, tôi chọn đề tài này nhằm
nghiên cứu, mô phỏng hoạt động làm việc của xe, làm tài liệu nghiên cứu và giảng
dạy cho sinh viên, học viên.

2.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Xe cẩu xúc đào KGT-V của Hitachi
- Các chương trình mơ phỏng, lập trình.

3.

Mục đích và ý nghĩa khoa học của đề tài
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình điều khiển hệ thống thủy lực. Dựa vào

các đặc tính motor, dải cơng suất, dao động của hệ thống và mơ hình hóa q trình
làm việc của hệ thống thủy lực giúp ta hiểu và phân tích hiệu suất và q trình làm
việc hệ thống một cách chính xác và nhanh chóng.
Làm tài liệu cho sinh viên, học viên học tập và nghiên cứu.
4.

Giới hạn đề tài
Quá trình làm việc và hệ thống thủy lực của xe cẩu xúc đào KGT-V của

hãng Hitachi

12


5.

Bố cục đề tài
Luận văn bao gồm các nội dung sau:
Mở đầu

1

Tính bức thiết của đề tài

2

Mục đích nghiên cứu của đề tài

3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5

Cấu trúc của luận văn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Chương 2. KHẢO SÁT HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN XE CẨU XÚC
ĐÀO KGT-V HÃNG HITACHI
Chương 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
THỦY LỰC XE CẨU XÚC ĐÀO KGT-V HÃNG HITACHI

13


CHƯƠNG 1:

1.1

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Tổng quan về đề tài
Trước nhu cầu phát triển các trang thiết bị máy móc để giảm sức lạo động

thì xe cẩu xúc đào KGT-V hãng Hitachi đang rất được ưa chuộng trong sử dụng
cho các cơng trình vì tính đa năng của nó..
Tìm hiểu chung về các hệ thống thủy lực, động cơ đốt trong của dòng xe cẩu
xúc đào KGT-V của hãng Hitachi
Thời đại công nghệ thông tin, khoa học áp dụng nên tôi muốn nghiên cứu
tìm hiều phần mềm mơ phỏng Automation Studio để mơ phỏng q trình hoạt
động của xe nhằm áp dụng khoa học vào thực tiễn.
Đặc biệt thông qua nguyên lý hoạt động, vận hành của thiết bị xe cơ giới
này, các đặc tính của bơm, các trang thiết bị thủy lực, hệ thống thủy lực và các
cảm biến xe cẩu xúc đào KGT-V của hãng Hitachi.
1.2

Tổng quan về truyền động thủy lực.
Ngành Kỹ thuật thủy khí nói chung và Máy & Tự động thủy khí nói riêng đã

phát triển mạnh mẽ và đạt được những thành tựu to lớn trong nhiều lĩnh vực của
khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong các ngành cơng nghiệp, quốc phịng, giao
thơng vận tải và du hành vũ trụ.
Những ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống thủy lực
Ưu điểm của hệ thống thủy lực
Về tính khơng chịu nén của thủy lực và ngày càng phát triển hiện đại nên
càng ngày hệ thống thủy lực của chúng ta ngày càng tạo ra lực lớn và cơng suất
cao.

Dễ dàng lập trình hoạt động theo các phần mềm lập trình sẵn, cũng như tăng
độ chính xác làm việc của hệ thống.
Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn khơng lệ thuộc nhau.
14


Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
Dễ chuyển đổi cũng như thay đổi tính đáp ứng của hệ thống.
Dễ đề phịng quá tải nhờ van an toàn.
Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.
Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần
tử tiêu chuẩn hố.
Nhờ q trình chuẩn hóa các trang thiết bị cũng như tính đồng nhất, hệ
thống có thể được xây dựng trên các modul. Nhờ vậy quá trình sản xuất chế tạo và
mơ hình hóa trang thiết bị được thống nhất và sản xuất hàng loạt nhằm giảm giá
thành.
Khuyết điểm của hệ thống thủy lực
Do là chất lỏng là thủy lực, nên quá trình hoạt động các phần tử chất lỏng
dễ bị rò rỉ, mất mát làm giảm hiệu suất làm việc của hệ thống.
Do các hệ thống đường ống và bình chứa áp có khả năng đàn hồi cao nên
q trình thay đổi phụ tải của hệ thống thường đáp ứng có độ trễ.
Bên cạnh đó các tổn thất quan trọng trong thủy lực như: cột áp, va đạp thủy
lực và đặc biệt là xâm thực ảnh hưởng đến việc truyền động cho hệ thống, làm
giảm hiệu suất cho hệ thống truyền động thủy lực.
Độ nhớt của thủy lực làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ, môi trường nên cũng
ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của hệ thống.
Hiện nay thiết bị hoạt động trên nguyên lý truyền động thuỷ lực tuy có nhiều
ưu điểm và khuyết điểm nhưng thực tế các trang thiết bị càng ngày càng được sử
dụng nhiều. Để tối ưu hóa ưu điểm và khắc phục các khuyết điểm, dựa vào công
nghệ, khoa học ngày nay người ta thường tận dụng, kết hợp các loại với nhau như

truyền động thuỷ - cơ, điện- thuỷ- cơ, thuỷ- khí- cơ…. Từ đó nâng cao được cơng
suất cũng như hiệu quả kinh tế.
15


Các cơ sở lý thuyết cơ bản trong truyền động thủy lực
Áp suất thủy tĩnh
Thủy tĩnh học là lĩnh vực nghiên cứu các trạng thái chất lỏng, bao gồm trọng
lực, ngoại lực, áp suất của chất lỏng trong trạng thái tĩnh của mọi phần tử chất
lỏng.
Hình a

`

Hình b

PL

A

F

Hình c

F1
A1
l1

h

PF
Ps

PF

l2
A2

F2
Hình 1-1 Hình vẽ mơ tả áp suất thủy tĩnh
Ta có:
Hình a: Ps = h.g.𝜌 + Pl
Hình b: Pf =
Hình c:

𝐹1
𝐴1

𝐹
𝐴

= Pf =

𝐹2
𝐴2

và

𝐼1
𝐼2

=

𝐴2
𝐴1

=

𝐹1
𝐹2

Trong đó:
𝜌 − là khối lượng riêng của chất lỏng.
h − Chiều cao cột áp
g − là gia tốc trọng trường của chất lỏng
Ps − là áp suất do trọng lực tác động vào phần tử
PL − là áp suất của khí quyển
PF là áp suất do trọng tải ngồi tác động
16


Phương trình dịng chảy liên tục của chất lỏng
Ta có lưu lượng công chất thủy lực (Q) chảy trong ống cho là không đổi.
Lưu lượng công chất thủy lực Q trong toàn ống (điều kiện liên tục) đi qua
mặt cắt A là bằng nha.
Ta có cơng thức phương trình dịng chảy liên tục như sau:
Q = A.v = hằng số (const)

(1.1)

Với v là vận tốc dòng chảy chất lỏng trung bình qua mặt cắt A.
Nếu tiết diện chảy qua ống là hình trịn, ta có:
Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2
𝑑22 .𝜋
4

𝑣2 =

2
𝑑1.𝜋

4

(1.2)

. 𝑣1

(1.3)

Ta có Phương trình dịng chảy liên tục tại vị trí thứ 2:

𝑣2=

𝑑12
𝑑22

. 𝑣1

(1.4)

Hình 1-2 Hình biểu diễn dòng chảy liên tụccủa chất lỏng
17


Trong đó:
Q1[m3/s] là lưu lượng dịng chảy của chất lỏng
v1[m/s] là vận tốc dòng chảy,
Tiết diện dòng chảy và A1[m2],
Đường kính ống tại vị trí 1 d1[m];
Q2[m3/s] là lưu lượng dòng chảy của chất lỏng
V2[m/s] là vận tốc dòng chảy,
Tiết diện dịng chảy và A2[m2],
Đường kính ống tại vị trí 2 d2[m];
Phương trình truyền dẫn chất lỏng Bernoulli cho điều kiện chất lỏng
lý tưởng
Để đi sâu nghiên cứu phương trình chuyển dẫn chất lỏng bằng phương trình
Bernoulli, ở đây cho chất lỏng truyền dẫn chất lỏng được đặt ở một góc nghiêng β
và truyền dẫn chất lỏng qua ống có tiết diện thay đổi được.
Chọn 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 trên đoạn ống. cho lưu lượng chất lỏng đi qua
ống có lưu lượng Q, sử dụng áp kế để đo áp suất dòng chất lỏng tại 2 mặt cắt của
ống. Di chuyển áp kế tới từng mặt cắt sẽ thu được đường áp kế.
Sử dụng ống Pito để làm thí nghiệm. Khi đó với chất lỏng lý tưởng ta sẽ có
được chiều cao cột chất lỏng như nhau tại mọi ví trí mặt cắt so với mặt phẳng gốc
được tạo ra.
Như vậy: Đường thẳng nối lại với nhau của chiều cao ống Pito khi di
chuyển ống này trên các mặt cắt của dịng chảy thì ta đường thể hiện mức năng
lượng tồn phần của dịng chảy.

18

Hình 1-3 Hình mơ tả phương trình Bernoulli
Phương trình thể hiện dòng chảy Bernoulli tại mặt cắt 1-1 và 2-2.
𝑧+

𝑃
𝜌𝑔

+

𝑣12
2𝑔

=𝑧+

𝑃
𝜌𝑔

+

𝑣22
2𝑔

= 𝐻 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

(1.5)

Phương trình thể hiện dịng chảy Bernoulli tại mặt cắt bất kỳ:
𝑧+

𝑃
𝜌𝑔

+

𝑣2
2𝑔

= 𝐻 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

(1.6)

Ta có năng lượng chúng ta có thể hiểu:
Z – năng lượng riêng thế năng
P/ρg – năng lượng riêng áp suất
V2/2g – năng lượng riêng động năng
Trong phương trình trên cột áp H là mét: [H] = m.
Từ đó có thêm các tên gọi: Z – chiều cao cột áp hình học,
P/ρg – chiều cao cột áp áp suất, V2/2g – chiều cao cột áp vận tốc.
Phương trình Bernoulli đối với chất lỏng lý tưởng có thể được phát biểu là:
tổng chiều cao cột áp hình học, áp suất, và vận tốc là một hằng số.
19


Các tổn thất thường gặp trong hệ thống thủy lực
Tổn thất thể tích:
Tổn thất thể tích là tổn thất do các phần tử thủy lực đi qua các kẻ hở của
thiết bị hệ thống.
Tổn thất này càng được lưu ý khi hệ thống làm việc có áp suất càng lớn,
Nếu áp suất làm việc càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì

tổn thất thể tích càng lớn.
Tổn thất thường được tìm thấy và tổn thất lớn nhất được tìm thấy ở các thiết
bị đổi năng lượng được kể đến như là: bơm dầu, động cơ dầu, xi lanh dầu truyền
lực.
Hiệu suất tổn thất thể tích đối với bơm dầu:
Ŋtb = Q/Qo

(1.7)

Trong đó:
Q- lưu lượng thực tế của bơm dầu
Qo- lưu lượng danh nghĩa của bơm dầu
Hiệu suất thể tích thực tế được tính như sau nếu khơng tính các tổn thất ở
các mối nối.
ηt = ηtb . ηt

(1.9)

Tổn thất cơ khí:
Tổn thất cơ khí là tổn thất do quá trình hoạt động của thiết bị tạo ra các ma
sát giữa các bộ phận chuyển động của thiết bị, các chuyển động tương đối ở bơm
dầu và động cơ dầu gây ra
Hiệu suất của tổn thất cơ khí của thiết bị được mơ tả:
ηtck = N0/N

(1.10)

20

No- công suất danh nghĩa là công suất cần thiết để đảm bảo lưu lượng Q và
áp suất p của dầu, do đó:
No =p.Q/60000 (kW)

(1.11)

N- Cơng suất thực tế đo được trên trục bơm
Đối với dầu: Nod = p.Qd/60000

(1.12)

Do đó ηck = Nd/Nod

(1.13)

Ta có:tổn thất cơ khí của hệ bơm trong hệ thống thủy lực là:
ηcđ = ηcb .ηcđ

(1.14)

Tổn thất áp suất
Định nghĩa: Tổn thất áp suất là sự mất áp suất do lực các lực cản trên quá
trình chuyển động của chất lỏng từ động cơ thủy lực đến các cơ cấu chấp hành của
hệ thống như: động cơ dầu, xilanh truyền lực, van điều khiển,….
Tổn thất áp suất phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Chiều dài ống dẫn
- Độ nhẵn thành ống
- Độ lớn tiết diện ống dẫn
- Tốc độ chảy
- Sự thay đổi tiết diện

- Sự thay đổi hướng chuyển động
- Trọng lượng riêng, độ nhớt.
Nếu P0 là áp suất của hệ thống, P1 là áp suất ra, thì tổn thất được biểu thị
bằng hiệu suất:

ηt =

P0−P1
P0

=

∆P

(1.15)

P0

Hiệu áp ∆p là trị số tổn thất áp suất.
Tổn thất áp suất do lực cản cục bộ gây nên được tính theo cơng thức sau:
21


∆p =10 ξ

ρ
2g

l

N

d

m2

. v2 . [

] = 10-4 ξ

ρ
2g

l

. v2 . [bar]
d

(1.16)

Trong đó:
ρ- khối lượng riêng của dầu (914kg/m3);
g- gia tốc trọng trường (9,81m/s2);
v- vận tốc trung bình của dầu (m/s);
ξ- hệ số tổn thất cục bộ;
l- chiều dài ống dẫn;
d- đường kính ống.
1.3

Các phương pháp điều khiển tốc độ cơ cấu chấp hành trong hệ thống

thủy lực
Để điều khiển vận tốc của các cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực ta
có hai phương pháp sau:
Một là: Thay đổi sức cản trên đường dẫn dầu bằng van tiết lưu. Phương
pháp điều chỉnh này gọi là điều chỉnh bằng tiết lưu.
Hai là: Thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu, tức là điều chỉnh lưu lượng
của bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực. Phương pháp điều chỉnh này gọi là điều
chỉnh bằng thể tích.
Điều chỉnh bằng phương pháp tiết lưu dịng cơng chất
Phương pháp tiết lưu dịng công chất là phương pháp được sử dụng phổ biến
nhất trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động thủy lực
chuyển động tịnh tiến hoặc quay đều vì phương pháp này vơ cùng đơn giản
Ta có Q = µ. Ax . c. √∆p

(1.17)

Khi ta thay đổi tiết diện của dịng chảy thì Ax thay đổi => √∆p của dòng
chất lỏng thay đổi Q => thay đổi tốc độ của dòng chất lỏng.
22


Đây là phương pháp không kinh tế bằng phương pháp thể tích vì phải mất
một phần năng lượng do bơm tạo ra để khắc phục sức cản của tiết lưu và thải qua
van an toàn.
Tuy nhiên đây là phương pháp đơn giản nhất, có độ tin cậy cao. Chúng được
sử dụng trong trường hợp cần phải điều chỉnh độ nhạy, vơ cấp và chính xác vận
tốc của bộ phận chấp hành.
Có ba cách đặt van tiết lưu trong hệ thống thủy lực:
Đặt van tiết lưu ở lối vào động cơ thủy lực

Hình 1-4 Hệ thống có đặt tiết lưu
ở lối vào động cơ thủy lực
Là phương pháp đặt van tiết lưu ở đường dầu vào bơm thủy lực. khi này lưu
lượng chất lỏng vào động cơ thủy lực phụ thuộc vào hiệu áp suất và diện tích lưu
thơng trong tiết lưu (5). Nhờ có van tràn (3) nên áp suất trước van tiết lưu là không
đổi, áp suất sau van tiết lưu phụ thuộc vào phụ tải.
23


Nhược điểm của việc đặt tiết lưu ở đường vào hệ thống là khi đi qua tiết
lưu, chất lỏng bị nóng lên làm tăng rị rỉ chất lỏng, giảm hiệu suất của hệ thống.
Đặt van tiết lưu ở lối ra động cơ thủy lực
Van tràn (3) sẽ giúp cho hệ thống duy trì được áp suất cố định được cài đặt
từ trước của hệ thống.
Áp suất chất lỏng từ cơ cấu chấp hành về két chứa (6) sẽ đi qua van tiết lưu
(5). Áp suất này phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên cơ cấu chấp hành.

Hình 1-5 Hệ thống có đặt tiết lưu ở lối ra động cơ thủy lực
1. Bơm biến lượng
2. động cơ

4. Van phân phối
5. VTL

3. Van tràn 1 chiều

6. két chứa

Việc đặt van tiết lưu ở lối ra của cơ cấu chấp hành sẽ tạo thành đệm giảm

chấn làm cho chuyển động của cơ cấu chấp hành sẽ êm hơn.
24


Mặc khác, chất lỏng đi qua van tiết lưu sẽ nóng lên nhưng khơng làm ảnh
hưởng đến chế độ làm việc của hệ thống do chất lỏng đã kịp thời làm mát trong két
chứa trước khi tiếp tục làm việc.
Đặt tiết lưu song song với động cơ thủy lực
Tốc độ động cơ (2) phụ thuộc vào quá trình tiết lưu lưu lượng của van tiết
lưu. Khi tiết lưu đóng hồn toàn, toàn bộ chất lỏng từ bơm (1) sẽ chảy vào cơ cấu
chấp hành thông qua cơ cấu phân phối. Khi đó tốc độ của động cơ là lớn nhất.
Khi mở van tiết lưu, chất lỏng từ bơm không chảy hết vào cơ cấu chấp hành
mà một phần theo van tiết lưu chảy về két chứa. Điều chỉnh độ mở của van tiết lưu
sẽ điều chỉnh được vận tốc của cơ cấu chấp hành.

Hình 1-6 Hệ thống có đặt tiết lưu
song song với động cơ thủy lực
25