Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực xe nâng potx

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
- - -    - - -

LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI:
1
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
MỤC LỤC
I. LỜI NÓI ĐẦU 1
I.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực trên 2
I.2. Các phần tử thủy lực trong hệ thống 2
I.2.1. Động cơ thủy lực(xi lanh nâng – đẩy hàng) 2
I.2.2. Van phân phối (van tỷ lệ) 4
I.2.3. Van tiết lưu 6
I.2.4. Van tràn (van tổ hợp bi - piston) 7
I.2.5. Van cản (van một chiều) 8
I.2.6. Bơm 9
II. Tính Toán Các Phần Tử Thủy Lực Trong Hệ Thống 9
II.1. Xi lanh thủy lực 10
II.1.1. Tính toán các thông số của xi lanh thủy lực 10
II.1.2. Tính áp suất chất lỏng làm việc chính xác cho xi lanh 12
II.1.3. Tính lưu lượng cần thiết cung cấp cho xi lanh 12
II.1.4. Kết cấu của xilanh nâng và thông số kỹ thuật 13
II.2. Tính chọn bơm và động cơ điện dẫn động bơm 13
II.2.1. Tính chọn bơm 13
II.2.2. Tính và chọn động cơ điện 14
II.3. Tính chọn van phân phối 14
II.4. Tính chọn van tiết lưu 15
II.5. Tính toán van tổ hợp bi piston 17
II.5.1. Van tổ hợp bi piston có tác dụng là van tràn 17
II.5.2. Van tổ hợp bi piston có tác dụng là an toàn 19

II.6. Tính toán van cản 20
1
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
I. LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khoa học công nghệ của thế giới nói chung và nước ta nói riêng đã và
đang phát triển mạnh; đặc biệt là điều khiển tự động bằng thủy lực, khí nén, điện cũng
như điện tử. Trên các máy công trình ngày nay cũng được hiện đại hóa không chỉ với
hệ điều khiển mà cả hệ truyền lực, hầu như tất cả các chức năng điều khiển và truyền
động đều bằng thủy lực. Sau khi học xong các môn: thủy khí, máy thủy khí, truyền
động thủy khí động lực, nhóm chúng em làm đồ án môn học với đề tài “ Thiết kế hệ
thống truyền động thủy lực trong xe nâng đẩy hàng ”. Được sự giúp đỡ tận tình của
cô giáo hướng dẫn Phạm Thị Kim Loan, quí thầy cô cùng các bạn, chúng em đã
hoàn thành đồ án môn học của mình.Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm chưa nhiều, nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được quí thầy cô đóng góp thêm ý
kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 04 năm 2010
Nhóm sinh viên thực hiện
1
1 – Lưu Văn Thịnh
2 – Võ Hồng Duy
3 – Bùi Văn Việt
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Thủy Lực Trên Xe Nâng – Đẩy Hàng
Hệ thống thủy lực trên xe nâng, đẩy hàng được thực hiện theo sơ đồ sau:
Các số liệu thiết kế:
Tải trọng nâng max (m) 1 tấn
Hành trình nâng và đẩy (L) 3 m
Vận tốc nâng max (v) 0,5 m/s
Các phần tử trong sơ đồ mạch thủy lực trên:
1 – động cơ điện dẫn động

2 – bơm dầu
3 – van tổ hợp bi-piston
4 – van tiết lưu
5 – van phân phối
6 – xi lanh nâng hàng
7 – xi lanh đẩy hàng
8 – van cản (van 1 chiều)
I.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực trên
Động cơ điện 1 dẫn động bơm 2, bơm dầu có áp suất p
b
qua van tràn 3, nhờ van
tràn nên dầu vào hệ thống có áp suất không đổi. Cho nhánh nâng làm việc, dầu
qua van tiết lưu 4, qua van phân phối 5 vào buồng dưới các xi lanh nâng 6, dầu ở
buồng trên của xi lanh lực 6 chảy xuống van phân phối về bể. Sau khi các xi lanh
nâng thực hiện xong hành trình nâng L, cho nhánh đẩy làm việc bằng cách mở van
phân phối ở nhánh đẩy để các xi lanh đẩy thực hiện việc đẩy hàng với hành trình
đẩy L’, sau khi thực hiện xong việc đẩy ta đảo chiều van phân phối ở nhánh đẩy để
lui nhánh đẩy về, tương tự ta hạ nhánh nâng xuống.
I.2. Các phần tử thủy lực trong hệ thống
I.2.1. Động cơ thủy lực(xi lanh nâng – đẩy hàng)
Xi lanh lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi áp năng dầu thành cơ năng,
thực hiện chuyển động thẳng . Dầu có áp suất p
1
vào buồng dưới xi lanh, nếu có kể
đến tổn thất thì phần dầu trong khoang xi lanh tác dụng lên bề mặt làm việc của
piston tạo nên áp lực cân bằng với phụ tải.
2
2
3
4

8

Q
b
1
4
5
7
8
5
6
Hình 1: Sơ đồ mạch thủy lực nâng hàng và đẩy hàng
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Cấu tạo của xi lanh có nhiều loại: xilanh tác dụng kép, tác dụng đơn. Xi lanh
thủy ta dùng trong hệ thống là xi lanh tác dụng kép. Sau đây là cấu tạo một số xi
lanh thông dụng.
3
Hình 2: Xilanh tác dụng hai chiều, không có bộ phận giảm chấn
Hình 3: Xilanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạy
Hình 4: Xylanh tác dụng đơn dùng lò xo
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
I.2.2. Van phân phối (van tỷ lệ)
Cơ cấu phân phối dược dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút của lưới đường
ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định. Nhờ
vậy, ta có thể chiều chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiển nó theo
một puy luật nhất định.
Chất lỏng từ bơm trước khi đến động cơ thủy lực qua cơ cấu phân phối. Cơ cấu
là nơi tập trung các đầu mối lưu thông của chất lỏng. Ở đây,chất lỏng từ đến được
phân phối vào các nhánh khác nhau của lưới đường ống.
Van phân phối được dùng trong hệ thống trên là van tỷ lệ. Cấu tao của van có

ba bộ phận chính: thân van, con trượt và nam châm điện. Để thay đổi tiết diện
chảy của van, tức thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện
4
Hình 5: Sơ đồ kết cấu xi lanh tác dụng kép có cần piston một phía
1 – Thân; 2 – Cần piston; 3,8 – Mặt bích hông
4,12 – Vít cố định mặt bích; 6 – Piston
5,7,10,11 – Vòng chặn dầu; 9 - Ổ trượt
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi
điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là van điều khiển vô cấp.
5
Hình 6: sơ đồ kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ
1,5 – cuộn dây của nam châm điện
11 – con trượt piston; 10,12 – lò xo điều khiển con trượt
2,4 – piston đóng mở đường dầu điều khiển con trượt piston
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Khi con trượt ở vị trí b tức đưa tín hiệu điện vào cuôn dây 1 thì piston 2 sẽ bị
hút về phía cuộn dây 1, cho phép dầu điều khiển vào khoang 13 đẩy con trượt
piston 11 mở cửa thông P – A và B – T. Lúc này dầu vào xi lanh lực qua van phân
phối theo cửa P sang A, dầu ra khỏi xi lanh lực qua van phân phối về bể theo cửa
B sang T.
Khi con trượt ở vị trí a thì dầu qua van theo cửa P sang B vào xi lanh lực, dầu ra
xi lanh qua van về bể theo cửa A sang T.
Khi đồng thời đưa tín điện vào 2 cuôn dây 1, 5 thì con trượt sẽ ở vị trí giữa làm
cho các cửa thông của van đều bị khóa, lúc đó hệ thống không làm việc.
I.2.3. Van tiết lưu
Trong quá trình làm việc thực tế sẽ có sự thay đổi phụ tải, lúc này vận tốc của
cơ cấu chấp hành sẽ thay đổi. Do đó, để điểu chỉnh lại vận tốc cơ cấu chấp hành
người ta dùng phương án tiết lưu, bộ điều tốc đặt vào hệ thống có thể tại vị trí:
đường vào, đường ra hoặc song song với động cơ thủy lực hoặc dùng bơm thay

đổi được lưu lượng. Tùy theo độ mở của van, ta điều chỉnh lưu lượng qua van dẫn
đến điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành. Do đặc điểm của hệ thống ta chọn van
tiết lưu để thay đổi vận tốc cơ cấu chấp hành khi phụ tải thay đổi. Sau đây là một
số van tiết lưu:
6
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
I.2.4. Van tràn (van tổ hợp bi - piston)
Van tràn được chọn trong hệ thống là van điều chỉnh được hai cấp áp suất (van
tổ hợp bi - piston). Trong van này có 2 lò xo với C
2
> C
1
, lò xo 1 (F
lx1
) tác dụng
trực tiếp lên bi cầu và với vít điều chỉnh, ta có thể điều chỉnh áp suẩt cần thiết.

Khi hệ thống làm việc bình thường van này có tác dụng là van tràn để giữ áp
suất hệ thống không đổi, lúc này dưới tác dụng của áp lực bơm chỉ đủ để nâng bi
cầu lên một đoạn x cho qua một lưu lương Q nào đó.
Khi hệ thống quá tải hoặc ở những thời điểm van phân phối không lưu thông thì
áp suất hệ thống tăng lên max, con trượt piston mở ra đưa toàn bộ dầu về bể. Lúc
đó, van này có tác dụng là van an toàn.
Sau đây là một số hình ảnh về van an toàn:
7
1 - Lò xo
2 - Bi cầu
3 - Lò xo
4 - Van piston (con trượt)
5 - Bu lông điều chỉnh

6 – Lổ tiết lưu
f
b
c
a
d
e
p
1
p
2
p
3
1
2
3
4
5
6
Hình 8: Van an toàn tác dụng gián tiếp
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
I.2.5. Van cản (van một chiều)
Van một chiều có tác dụng giữ cho chất lỏng đi theo một chiều nhất định. Van
một chiều có ba bộ phận: vỏ van, nắp van, lò xo giữ nắp van. Khi mở van 1 chiều
phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dễ dàng ít tổn thất năng lượng. Vì
vậy lò xo giữ van phải thật nhỏ đủ để ép sát nắp van vào đế van và thắng lực ma
sát giữa piston và vỏ van. Nếu chất lỏng đi theo chiều ngược lại thì chính áp lực
chất sẽ ép chặt nắp van vào đế van ngăn không cho chất lỏng đi theo chiều ngược
lại.
8

Hình 9: Sơ đồ kết cấu van cản
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
I.2.6. Bơm
Như đã nói ở trên bơm có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành áp năng. Trong các
hệ thống thủy lực thường dùng bơm thể tích tức thực hiện việc biến đổi năng
lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc. Khi thể tích buồng làm việc
tăng thì bơm thực hiện việc hút, khi thể tích buồng làm việc giảm thì bơm thực
hiện việc nén và đẩy dầu.
Bơm được sử dụng trong hệ thống trên là bơm bánh răng. Là loại bơm được
dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Bơm bánh răng gồm có:
loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong có thể là răng thẳng, răng
nghiêng hoặc răng chữ V. Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn
vì dễ chế tạo, tuy nhiên loại ăn khớp trong kích thước nhỏ gọn hơn.
II.Tính Toán Các Phần Tử Thủy Lực Trong Hệ Thống
Hệ thống thủy lực trên gồm 2 nhánh: nâng và đẩy, 2 nhánh thực hiện độc lập
nhau và phụ tải trên nhánh đẩy nhỏ hơn phụ tải trên nhánh nâng vì phụ tải nhánh
đẩy là lực ma sát do tải trọng nâng tạo ra. Do đó, khi nhánh đẩy làm việc có phụ
tải tương ứng với tải trọng nâng là 1 trường hợp nhánh nâng làm việc có phụ tải
nâng bằng phụ tải đẩy ở trên. Nên ta chỉ tính toán và chọn các phần tử ở nhánh
nâng, các phần tử ở nhánh đẩy chọn lấy giống nhánh nâng.
9
Hình 10: Kết cấu bơm bánh răng
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
II.1. Xi lanh thủy lực
Khi nâng hàng, có 2 xi lanh lực thực hiện việc nâng kết cấu hoàn toàn giống
nhau, do đó các bước tính toán thiết kế được thực hiệ trên 1 xi lanh. Tải trọng
nâng lớn nhất 1 tấn
II.1.1. Tính toán các thông số của xi lanh thủy lực
Trường hợp bỏ qua rò rỉ ở xi lanh lực, dầu vào xi lanh lực áp suất p
1

tạo ra công
suất phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, công suất tổn hao do ma sát
và công suất của lực quán tính. Từ đó, ta có phương trình cân bằng lực của cụm
piston xét ở hành trình công tác:
p
1
.A
1
– p
2
.A
2
– F
ms
– F
N
– F
qt
= 0 . (1)
Trong đó : F
ms
= F
msp
- F
msc

p
1
là áp suất dầu ở buồng công tác.
p

2
là áp suất dầu ở buồng chạy không.
A
1
: diện tích piston ở buồng công tác.
4
2
1
D
A
×
=
π
A
2
: diện tích piston ở buồng chạy không.
4
)(
22
2
dD
A
−×
=
π
F
N
: tải trọng công tác, F
N
= 1 tấn = 10000 N = 10 kN, lấy g = 10 m/s

2
10
F
msp
F
qt
F
N
Q
2
Q
1
F
msc
A
2
A
1
p
1
p
2
d
D
Hình 11: Sơ đồ tính toán xilanh
F
N
- Tải trọng nâng
F
msc

- Lực ma sát cần piston
A
1
- diện tích piston ở buồng công tác
A
2
- diện tích piston ở buồng chạy không
D - đường kính trong xilanh
d - đường kính cần piston
p
1
- áp suất ở buông công tác
p
2
- áp suất ở buồng ra
Q
1
- lưu lương vào xianh
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
F
msp
: lực ma sát của piston và xi lanh.
F
msc
: lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít.

t
ct
qt
d

dv
mF =
lực quán tính sinh ra ở giai đoạn piston bắt đầu chuyển
động
Lực ma sát của piston và xi lanh:
NF
msp
×=
µ
Trong đó:
µ
- hệ số ma sát. Đối với vật liệu làm xi lanh là thép vòng găng bằng gang
thì
µ
= (0,09 -0,15), chọn
µ
= 0,1
N - lực của vòng găng tác dụng lên xi lanh và được tính :
N =
π
.D.b.(p
2
+ p
k
) +
π
.D.b(z-1).p
k
(2)
D- là đừờng kính của piston , chọn D = 80 mm = 8 cm

b - là bề rộng của mỗi vòng găng, chọn b = 4 mm = 0,4 cm
p
2
- là áp suất của buồng mang cần piston
chọn p
2
= 5 bar = 5
2
/kG cm
= 500000 N/m
2
Z - là số vòng găng, chọn Z = 2
p
k
- là áp suất ban đầu giữa vòng găng và xilanh, p
k
= (0,07-0,14)
2
/cmkG
chọn p
k
= 0.1
2
/ cmkG

π
.D.b.( p
2
+ p
k

) - lực của vòng găng đầu tiên.

π
.D.b.(z-1).p
k
- lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo.
Thay các giá trị trên vào biểu thức (1) ta được
N = 3,14.8. 0,4.[(5+0,1) + ( 2-1).0,1] = 52,2496 kG
Vậy ta được: F
msp
= 0,1.10. 52,2496 = 52,2496 N
Lực ma sát giữa cần piston và vòng khít:
F
msc
= 0,15.f.
π
.d.b.p
Trong đó :
f- hệ số ma sát giữa cần và vòng chắn, với vật liệu làm bằng cao su thì f =
0,1.
d - đường kính cần piston, chọn d = 0,5D = 4 cm.
b - chiều dài tiếp xúc của vòng chắn, chọn b = d = 4 cm.
p - áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p
2
= 5 bar.
11
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
0,15 - hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn.
⇒ F
msc

= 0,1.0,15.3,14.4.4.5 = 3,768 kG
Hay F
msc
= 3,768.10 = 37,68 N
Vậy suy ra: F
ms
= F
msp
- F
msc
= 52,2496 - 37,68 = 14,5696 N = 0,0145696 kN
Trong mỗi lần nâng thì vận tốc xi lanh lực là không đổi, do đó
0=
t
ct
d
dv
=> F
qt
=
0
Từ phương trình (1) suy ra:
p
1
.A
1
– p
2
.A
2

= 10 + 0,0145696 = 10,0145696 kN (3)
Với: D = 8 cm => A
1
= 0,005024 m
2
d = 4 cm => A
2
= 0,003768

m
2
p
2
= 5 bar
⇒ p
1
= 23,68346 at = 23,68346 bar
II.1.2. Tính áp suất chất lỏng làm việc chính xác cho xi lanh
Trong quá trình làm việc thực tế thì luôn luôn có sự rò rỉ, do đó để chính xác
hơn ta thêm vào hệ số kể đến tổn thất áp suất k, chọn k=1,1.
Viết lại phương trình (3):
p
1
.A
1
– p
2
.A
2
= k*10,0145696 kN.

⇒
2 2
1
1
*10,022765 p .A
A
k
p
+
=
⇒ p
1
= 25,6768 bar
Vậy ta có các thông số sau:
p
1
= 25,6768 bar; D = 80 mm; d = 40 mm
II.1.3. Tính lưu lượng cần thiết cung cấp cho xi lanh
Phưong trình lưu lượng :
1 ax ax 1
.
m m
Q V A=
(4)
Trong đó :
Q
1 max
- lưu lượng vào xi lanh lực
V
max

- vận tốc công tác max
Với V
max
= 0,5 m/s thì lưu lượng lớn nhất cung cấp cho mỗi xilanh là :
3
1max max 1
. 0,5.0,005024 0,002512( / )Q V A m s= = =
Hay:
1max
150,72( / )Q l ph=
12
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
II.1.4. Kết cấu của xilanh nâng và thông số kỹ thuật
Đường kính trong của xilanh D 80 mm
Đường kính cần piston d 40 mm
Hành trình nâng cần lớn nhất L 3000 mm
Vận tốc nâng cực đại v 0,5 m/s
Diện tích bề mặt piston ở buồng công tác
1
A
0,005024 m
2
Diện tích buồng làm việc phía cần piston
2
A
0,003768

m
2
Lưu lượng vào mỗi xi lanh

1max
Q
150,72
l/ph
Áp suất vào xi lanh lực p
1
25,6758 bar
II.2. Tính chọn bơm và động cơ điện dẫn động bơm
II.2.1. Tính chọn bơm
Như đã tính ở trên lưu lượng vào mỗi xi lanh nâng là
1max
150,72( / )Q l ph=
. Do
đó lưu lượng bơm cung cấp phải thõa:
Q
b
>
1max
2Q
= 301,44 l/ph
Để đảm bảo áp suất làm việc của động cơ thủy lực thì suất của bơm cần phải
tạo ra là : p
b
>
1
p
= 25,6758 bar
Trong đó:
1
p

- áp suất vào của động cơ thủy lực
Do đặc điểm của hệ thống thủy lực (áp suất nhỏ và lưu lượng lớn) và điển kiện
thực tế, ta chọn bơm sử dụng cho hệ thống là bơm bánh răng vì loại bơm này có
kết cấu đơn, dễ chế tạo và giá thành rẽ.
13
A
B
2
3
1
1 - Bánh răng chủ động
2 - Bánh răng bị động
3 - Vỏ bơm
A - Buồng hút
B - Buồng đẩy
Hình 12: Sơ đồ kết cấu bơm bánh răng
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Bơm chọn có các thông số sau:
Lưu lượng cung cấp: Q
b
= 310 (l/ph)
Áp suất bơm tạo ra: p
b
= 30 (bar)
Lưu lượng riêng của bơm: q
b
= 0,237548 (l/ph)
Số vòng quay của bơm: n
b
=

b
Q
.
b Q
q
η
= 1450 (v/ph), chọn
Q
η
= 0,9
II.2.2. Tính và chọn động cơ điện
Công suất bơm tao ra : N
b
=
b b
p .Q
612
= 15,19608 kW
Công suất trên trục của bơm: N
tr
=
b
N
15,196
0,9
b
η
=
=16,88453 kW, chọn
b

η
=0,9
Công suất của động cơ điện: N
đ
= N
tr
/η
k
= 16,88453 /1 = 16,88453 kW
Tra bảng chọn loại động cơ điện A02 – 62 – 4 có:
Công suất động cơ: N
đ
= 17 kW
Số vòng quay: n = 1450 v/ph
Hiệu suất: η = 89%
II.3. Tính chọn van phân phối
Độ sụt áp qua van sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diên tích R:
p
v pp
– p
1
= (p
2
– p
r pp
).R
2
(5)
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: Q

kc
= Q
cc
.R
Trong đó:
Q
kc
– Lưu lượng vào buồng không cần
14
1 – động cơ điện
2 – khớp nối đàn hồi
3 – Bơm dầu
Hình 13 : Sơ đồ động cơ
điện
3 2
1
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Q
cc
– Lưu lượng ra buồng có cần
R – Hệ số diện tích, R =
1
2
A
A
Các đại trong phương trình (5):
p
v pp
– áp suất dầu vào van
p

1
– áp suất dầu vào xi lanh lực
p
2
– áp suất dầu ra xi lanh lực
p
r pp
– áp suất dầu ra van phân phối
Với:
2
1
0,005024( )A m=
;
2
2
0,003768( )A m=
⇒ R = 4/3
p
1
= 25,6768 bar; p
2
=5 bar; chọn p
r pp
= 4 bar
⇒ p
v pp
= 27,01014 bar
Lưu lượng qua van phân phối cũng chính là lưu lượng vào động cơ thủy lực:
Q
pp

= 2
1max
Q
301,44( / )l ph=
Vậy các thông số của van phân phối:
Áp suất vào van phân phối: p
v pp
= 27,01014 bar
Lưu lượng qua van: Q
pp
= 301,44 (l/ph)
II.4. Tính chọn 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 Q
tl
, 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
2.
Q .
tl
g
A p
µ
ρ
= ∆
15
p

1
= p
v tl
: áp suất
vào van tiết lưu
p
2
= p
r tl
: áp suất ra
van tiết lưu
Hình 14: Sơ đồ tính toán van tiết lưu
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Trong đó:
µ
- hệ số lưu lượng;
x
A
- diện tích mặt cắt của khe hở
tl
p∆
- tổn thất áp suất tại van tiết lưu
ρ
- khối lượng riêng của dẩu kg/m
3
x
2. . . .sin
t
A r h
π α

=
Mà r
t
=
.sin
os
2
h
r c
α
α
−
⇒
( )
2
x
. . 2. .sin .sin . osA h r h c
π α α α
= −
Bỏ qua đại lượng vô cùng bé
2 2
. .sin . osh c
π α α
, do đó:
x
2. . . .sinA r h
π α
≈
=>
tl

2.
Q .2. . . .sin .
tl
g
r h p
µ π α
ρ
= ∆
Tổn thất áp suất qua van tiết lưu (tổn thất cục bộ tại tiết lưu) được xác định:
2
. .
2
tl
v
p
g
ξ γ
∆ =
Trong đó:
ξ
- hệ số tổn thất cục bộ tại van, chọn
ξ
= 4
γ
- trọng lượng riêng của dầu; chọn dầu có
3 -6 3
9000[ / ]=9000.10 [ / ]N m N cm
γ
=
v

- vận tốc dòng chảy dầu, v = 0,5 m/s = 50 cm/s
g – gia tốc trọng trường, lấy g = 10 m/s
2
= 1000 cm/s
2
⇒
tl
p∆
= 0,0045 bar
Lưu lượng qua van tiết lưu cũng là lưu lượng vào van phân phối Q
tl
= Q
vpp
=
301,44 (l/ph) = 5024 cm
3
/s,
µ
= 0,6, r = 0,75 cm,
α
= 45
0
Với các số liệu trên ta xác định được:
Độ hở của van: h = 25,14157 cm
Áp suất vào van tiết lưu: p
v tl
=
v pp
p
tl pp tl

p p
−
+ ∆ + ∆
Với :
v pp
p
- áp suất vào van phân phối,
v pp
p
= 27,01014 bar
tl pp
p
−
∆
– 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 90
0
gây ra). Sau khi tính toán ta được
tl pp
p
−
∆
= 0,98536221 bar
⇒ p
v tl
= 27,03 + 0,0045 + 0,98536221 = 28 bar
16
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Vậy các thông số của tiết lưu nhánh nâng:

Áp suất vào tiết lưu: p
v tl
= 28 bar
Lưu lượng qua tiết lưu: Q
tl
= 301,44 l/ph
II.5. Tính toán van tổ hợp bi piston
Hình 16: Sơ đồ kết cấu van tràn
II.5.1. Van tổ hợp bi piston có tác dụng là van tràn
Khi áp suất dầu p
v_b-p
tăng đến p
v_b-p 1
tạo áp lực thắng lực lò xo 1 thì bi cầu sẽ
mở ra dầu qua bi trụ lên van chảy dầu về bể. Do sức cản lổ tiết lưu tạo nên sự
chênh lệch áp suất phía trên và phía dưới bi trụ
p∆
= p
d bt
- p
tr bt
, p
v_b-p 1
= p
d bt
⇒
p∆
= p
v_b-p 1
- p

tr bt
Gọi d là đường kính trung bình của lổ tiết lưu A
2
, lưu lượng qua van bi trụ (qua
lổ tiết lưu) được xác định theo biểu thức sau:
Q
l _b-p
=
2
. 2.
. .
4
d g
p
π
µ
ρ
∆
=
( )
2
v_b p 1 tr bt
2.
. p -p
4
d g
π
µ
ρ
−

(6)
Nếu bỏ qua ma sát giữa van bi và vỏ van thì phương trình cân bằng lực của bi
cầu:
( )
2
v_b p 1 tr bt lx 2
p -p . -F 0
4
D
π
−
=
(7)
Trong đó:
17
A
1
p
1
= p
v_b-p
: áp suất
vào van bi-piston
p
2
= p
r_ bc
: áp suất ra
ở buồng bi cầu
p

3
= p
r_ bt
: áp suất ra
ở buồng bi trụ
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
d – đường kính của lổ tiết lưu
D – đường kính lớn nhất của bi trụ
F
lx 2
– lực lò xo 2
Từ 2 phương trình (5) và (6), ta thấy rằng: để giữ cho áp suất vào van tràn
không đổi thì ta phải thay đổi lực F
lx1
tương thích với từng giá trị của Q
l tl
.
⇒
2
1_
v_b p 1 tr bt
2
4.
p -p .
. . 2.
b p
Q
d g
ρ
µ π

−
−
 
=
 ÷
 
Trong đó:
µ
= 0,6 - hệ số lưu lượng
ρ
= 900.10
-6
kg/cm
3
- khối lượng riêng của dầu [kg/m
3
]
d = (0,8 – 1,5) mm, chọn d = 1,5 mm = 0,15 cm.
Lưu lượng dầu qua van tràn tính ở nhánh nâng là:
Q
l_b-p
= Q
b
- Q
1_ht
= 310 – 308 = 2 (l/ph) = 16,66667 cm
3
/s
⇒
v_b p 1 tr bt

p -p
−
= 4,452082 bar
Chọn: p
v_b-p 1
= 26 bar ⇒ p
tr bt
= p
v_b-p 1
– 4,452 = 21,54792 bar
Dưới tác dụng của áp suất dầu p
tr bt
làm cho bi cầu mở ra với độ mở là x
1
1
, ta có
lưu lượng qua van bi là: Q
l_b-p
=
1
1 1 _ _
2.
. . .x . .( )
tr bt r bc
g
d p p
µ π
ρ
−
Trong đó:

d
1
– đường kính tiết diện chảy của van bi, chọn d
1
= 3 mm =0,3cm
p
r_bc
thông với bể nên p
r_bc
= 0
x
1
1
– độ mở van bi
⇒ x
1
1
=
l tl
1 _
Q
2.
. . . .
tr bt
g
d p
µ π
ρ
= 0,008523 cm = 0,08522759 mm
Khi đó lò xo C

1
sẽ cân bằng với áp lực do p
tr bt
tạo ra, do đó:
18
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
F
lx1
= p
tr bt
.
4
.
2
1
d
π
= 1,522360407 kG
Lực lò xo F
lx2
được xác định khi p
v_b-p
> 26 bar thì lò C
2
sẽ bị ép lại và con trượt
sẽ đi lên để cho dầu về bể.
Gọi:
x
2
0

- chiều dài bị nén ban đầu của lò xo C
2
khi con trượt đóng.
C
2
- độ cứng lò xo 2
Bỏ qua ma sát giữa vỏ van và con trượt, ta có phương trình cân bằng lực tai con
trượt: x
2
0.
C
2
= (
v_b p 1 tr bt
p -p
−
).
4
.
2
D
π
=4,452082.
4
2.14,3
2
= 13,97953745 kG
(8)
Với D – đường kính lớn nhất của bi trụ, lấy D =2 cm
Khi áp suất vào van p

v_b-p
tăng đến p
v_b-p 2
thì con trượt mở ra với độ mở là x
2
1
một phần dầu qua cửa 3 của van về bể:
Q
2_b-p
=
2
2 1 _ 2 _
2.
. . .x . .( )
v b p r bt
g
d p p
µ π
ρ
−
−
,
Ta có: Q
2_b-p
= Q
1_ht
- Q
2_ht
; chọn

Q
2_ht
= 303 (l/ph); p
v_b-p 2
= 28,5 bar; p
r_ bt
= 0
Suy ra độ mở của van: x
2
1
= 0,006669648 cm = 0,066696482 mm.
II.5.2. Van tổ hợp bi piston có tác dụng là an toàn
Khi hệ thống quá tải áp suất hệ thống tăng lên p
max
thì độ mở con trượt đạt max
cho toàn bộ lượng dầu về bể để hệ thống giảm tải:
Q
max
=
2
2 max1 max _
2.
. . .x . .( )
r bt
g
d p p
µ π
ρ
−
, p

r bt
= 0 vì thông với bể
⇒ x
2
max
=
max2
max
.
.2

Q
p
g
d
ρ
πµ
Trong đó:
19
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
d
2
– đường kính con trượt ở tiết diện A
1
, chọn d
2
= 1cm; p
max
= 29,5 bar;
Q

max
= Q
b
– Q
1_b-p
= 310 – 2 = 308 (l/ph) = 5133,333333 cm
3
/s
⇒ x
2
max
= 0,336522275 cm = 3,365222753 mm
Tức khi p
max
= 29,5 bar thì con trượt dịch chuyển 1 đoạn x
2
max
= 3,365222753
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:
(x
2
0
+ x
2
1
+x
2
bđm

+ x
2
max
). C
2
=
4
.
2
D
π
.( p
max
- p
tr bt
) =
)548,5060(
4
2.14,3
2
−
= 30 kG (9)
Với x
2
bđm
– là chiều dài bị nén khi con trượt ở vị trí bắt đầu mở, chọn x
2
bđm
= 0,2
Từ 2 phương trình (8) và (9) suy ra: C

2
= 20,2737485 kG/cm; x
2
0
= 0,68953886
cm
Vậy áp suất cần thiết để mở van là:
p* = (x
2
0
+ x
2
bđm
).C
2
.
2
.
4
D
π
+ p
tr bt
= 27,29132156 bar
Vậy khi áp suất của hệ thống thủy lực ở đường ra của bơm đạt 1 áp suất cần
thiết p* = 27,29132156 bar, khi đó van an toàn làm việc đưa dầu về bể dầu. Khi áp
suất p
v_b-p
< p* thì lúc đó van tràn làm việc với hai cửa 2, đều mở.
II.6. Tính toán van cản

Van cản phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dể 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; α = 90
0
; β = 45
0
20
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Xác định áp suất về bể dầu:
Như ta đã chọn áp suất ra khỏi van phân phối là p
r pp
= 4 bar và ta chọn tổn
thất áp suất tại van cản là
c
p∆
= 2 bar.
Xác định độ mở của van:
Ta có lưu lượng qua van được xác định như sau:
Q
vc
=
2.
.
c
g
F p
µ
ρ
∆
Trong đó:

µ
= 0,6 - hệ số lưu lượng
F =
2
sin
α
π
hd
- diện tích mặt cắt ngang của khe hở thông
h – độ mở của van theo hướng trục
lưu lượng qua van cản - Q
vc
=
2max
2Q
= (
1max
2Q
)/R = 226,08 (l/ph) =
3768 cm
3
/s; g = 10 m/s
2
= 1000 cm/ s
2
;
1max
Q
- lưu lượng vao xi lanh lực;
2max

Q
-
lưu lượng ra xi lanh lực.
Do đó ta có:
h =
c
vc
p
g
d
Q
∆
.2
2
sin
ρ
α
µπ
= 0,790569415cm = 7,90569415 mm
Xác định lực lò xo:
21
h
d
D
α
β
Hình 17: Sơ đồ tính toán van cản
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
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

c
p∆
= 2 bar.
Bỏ qua ma sát thì phương trình cân bằng lực tại nút van khi đóng là:
F
0
= h
0
.C =
c
p∆
.
4
.
2
d
π
=
2
314.1,2
2.
4
= 2,2608 kG
Trong đó: h
0
- 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 + h
0

).C = p
r_pp
.
4
.
2
d
π
= 4.
4
2,1.314
2
= 4,5216 kG.
22
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY, THS. TRẦN NGỌC HẢI, Giáo trình hệ
thống truyền động thủy khí, trường đai học Bách Khoa Đà Nẵng, 2005.
2. TRẦN SĨ PHIỆT, VŨ DUY QUANG, Thủy khí động lực kỹ thuật, Nhà
xuất bản đại và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1979.
3. NGÔ VĨ CHÂU, NGUYỄN PHƯỚC HOÀNG, VŨ DUY QUANG, VÕ SĨ
HUỲNH, LÊ DOANH LIÊM, ĐẶNG HUY CHI, Thủy lực và máy thủy
lực, Nhà xuất bản đại và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1972.
4. TS. NGUYỄN NGỌC CẨN, Giáo trình truyền động dầu ép trong máy cắt
kim loại, trường Đạ Học Bách Khoa 1974.
5. TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG, THS. HUỲNH NGUYÊN HOÀNG, Hệ
thống điều khiển bằng thủy lực, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2000.
6. TS. TRẦN XUÂN TÙY, Hệ thống điều khiển tự động bằng thủy lực, Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002.
7. PGS. TS. TẠ DUY LIÊM, Kỹ thuật điều khiển chỉnh và lập trình khai thác

máy công cụ, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuẩttường Đại Học Bách Khoa
Hà Nội – Chương trình hợp tác đào tạo quốc tế - ITP, 2005.
8. TS. NGUYỄN NGOCH PHƯƠNG, Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nhà
xuất bản Giáo Dục, 1999.
9. TS. PHẠM VĂN KHẢO, Truyền động bằng khí nén.
23