Bài Tập Lớn Kỹ Thuật Thuỷ Lực Thiết Kế Mạch Thủy Lực Cho Cơ Cấu Di Chuyển.pdf

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

<b>BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG </b>

<b>BÀI TẬP LỚN</b>

<b>MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC</b>

<b>Tên đề tàiPhương án </b>

<b>: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển: D16</b>

<b>Họ và tên sinh viên : Lê Thái Hoàng</b>

<b>MSSV: 0240066</b>

<b>Thầy hướng dẫn: Ts. Cao Thành Dũng</b>

<b>Hà Nội, 12/2023</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

<b>BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG</b>

<b>BÀI TẬP LỚN</b>

<b>MÔN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC</b>

<b>Tên đề tàiPhương án </b>

<b>: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển</b>

<b>: D16Họ và tên sinh viên</b>

<b>: Lê Thái HoàngLớp: 66MEC1MSSV: 0240066Thầy hướng </b>

<b>: Ts. Cao Thành Dũng</b>

<b>Hà Nội, 12/2023</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

<b>BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG</b>

<b>NHIỆM VỤ TÍNH TỐN BÀI TẬP LỚN</b>

<b>MƠN HỌC: KỸ THUẬT THUỶ LỰC</b>

<b>1. Thơng tin sinh viên</b>

Họ và tên: Lê Thái Hồng Lớp: 66MEC1 MSSV: 0240066

<b>2. Nhiệm vụ tính tốn</b>

a) Tên đề tài: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyểnb) Phương án thiết kế: D16

c) Các số liệu cho trước:

- Mô men cần thiết môtơ, M: 6 KNm- Tốc độ quay, n: 16 v/ph

Yêu cầu thiết kế:

Sử dụng hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau.

Mô tơ quay hai chiều, sử dụng phanh điều khiển liên động cùng với dịng áp lực cấp cho mơ tơ, điều khiển mơ tơ trực tiếp bằng tay, bỏ qua việc tính tốn xilanh thủy lực phanh.

Đảm bảo an toàn theo hai chiều chuyển động, có hãm khi dừng chuyển động.

Van phân phối mắc giảm tải cho bơm.

3. Ngày giao: 21/11/2023 4. Ngày hoàn thành: 09/12/20235. Thầy hướng dẫn: Ts. Cao Thành Dũng

Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2023 Sinh viên thực hiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>MỤC LỤC</b>

<b>1. Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp </b>

<b>1.1. Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành………...….2</b>

<b>1.2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc………3</b>

<b>2. Tính tốn và xác định các thơng số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ thống</b>……….………...…………..<b>5</b>

<b>2.1. Tính tốn các thơng số của mơ tơ thủy lực……….5</b>

<b>2.2. Tính tốn tuy ơ thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)………...6</b>

<b>2.3. Tính tốn các thơng số cơ bản van phân phối……….5</b>

<b>2.4. Tính tốn các thơng số cơ bản van giới hạn áp………...7</b>

<b>2.5. Tính tốn các tham số cơ bản của van điều chỉnh dịng………..8</b>

2.6. Tính tốn các tham số cơ bản van điều chỉnh dịng – van hai chiều có điều <b>khiển………...9</b>

<b>3. Tính tốn bộ nguồn thủy lực……….10</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>MỞ ĐẦU</b>

Thủy lực ngày càng được con người tin tưởng sử dụng trong các máy móc, dâychuyền sản xuất từ ngành cơng nghiệp nhẹ cho đến cơng nghiệp nặng, khai khốngvà cả lĩnh vực đời sống. Chắc chắn những nguyên lý cơ bản, những đại lượng củathủy lực và ưu nhược điểm hệ thống này là điều mà hầu hết mọi người còn cảmthấy băn khoăn.

Trong một hệ thống thủy lực, dầu đóng vai trị quan trọng khi vừa là môi chất đểtruyền lực đi, vừa là chất bôi trơn bề mặt tiếp xúc chấp hành, cơ cấu. Dầu thủy lựcdi chuyển trong mạch có tính chất kín và tuần hoàn, nhờ vào bơm thủy lực cùng vớicác thiết bị cơ cấu điều khiển.

Hệ thống mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển phục vụ rất nhiều trong đời sống,cho nên em nghiên cứu và tìm hiểu để đưa ra những giải pháp hữu ích phục vụ conngười trong sinh hoạt.

<small>1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>1.Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp hành</b>

<b>1.1. Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành</b>

Yêu cầu thiết kế: Thiết kế mạch thủy lực cho cơ cấu di chuyển. Sử dụng hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau. Mô tơ quay hai chiều, sử dụng phanh điều khiển liên động cùng với dòng áp lực cấp cho mô tơ, điều khiển mô tơ trực tiếp bằng tay, bỏ qua việc tính tốn xilanh thủy lực phanh. Đảm bảo an tồn theo hai chiều chuyển động, có hãm khi dừng chuyển động. Van phân phối mắc giảm tải chobơm.

<b>Momen cần thiếtmô tơ M (KNm)</b>

<b>Tốc độ quayn (v/ph)</b>

Từ các yêu cầu và số liệu trên ta chọn những phần tử thủy lực chính sau: 1. Xy lanh thủy lực kích đẩy.

2. Van phân phối 4/3 điều khiển bằng tay.

3. Van giới hạn áp đảm bảo an toàn cho mạch chính.4. Van điều chỉnh dịng.

5. Van một chiều kép có điều khiển. Bảng thống kê các phần tử thủy lực:

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>Sơ đồ mạch thủy lực</b>

<b>Giải thích phần tử thủy lực</b>

0. Thùng chứa dầu1. Mơ tơ quay hai chiều 2. Xilanh điều khiển tốc độ mô tơ3. Van hai chiều chuyển động4. Van phân phối 3/2 5. Van phân phối 2/2 6. Van giới hạn áp lực 7. Van hai chiều8. Xilanh thủy lực

<small>3</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

9. Van phân phối 3/2 điều khiển bằng tay10. Van phân phối 6/3

11. Van tiết lưu 1 chiều12. Van giới hạn áp lực

Đặc điểm làm việc của cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển có nhiệm vụ tiếp nhận và truyền toàn bộ trọng lượng của máy xuống nền và tạo cho máy chuyển động theo hướng mong muốn trong quá trình làm việc. Theo đặc điểm của đường và bộ phận di chuyển có thể phân ra cơ cấu di chuyển trên ray, cơ cấu di chuyển bánh lốp, cơ cấu di chuyển bằng bánh xích và một số dạng đặc biệt khác như cơ cấu di chuyển tự bước.

<b>Nguyên lí làm việc của mạch thủy lực:</b>

Mạch thủy lực gồm cơ cấu di chuyển và cơ cấu điều khiển- Cơ cấu di chuyển:

Ở chế độ làm việc 0: Dầu được bơm vào van phân phối quay ngược trở lại thùng dầu, xylanh kích đẩy khơng làm việc.

Ở chế độ làm việc 1: Dầu được bơm xuống dưới của mạch, đi qua hai van phân phối 6/3 giảm tải cho mạch chính. Khi đi qua van phân phối dầu tiếp tục được đưa đi qua van phân phối 3/2 để điều khiển xilanh.

Ở chế độ làm việc 2: Dầu được quay về thùng khi xilanh thụt vào đi qua van phân phối 3/2 giảm tải cho mạch dầu bơm lên xilanh rồi qua van phân phối 6/3 quay về thùng.

<b>- Cơ cấu điều khiển: </b>

Ở chế độ làm việc 0: Dầu không được bơm qua van phân phối, cơ cấu di chuyển chưa hoạt động.

Ở chế độ làm việc 1: Dầu được bơm lên từ nguồn điều khiển tốc độ mô tơ đi qua van phân phối 3/2 rồi qua van hai chiều để đi đến xilanh điều khiển tốc độ quay củamô tơ. Mạch có hai cụm di chuyển ở hai bên tương tự nhau chỉ khác mỗi di chuyển bên trái và di chuyển bên phải còn về nguyên lý hoạt động thì tương tự nhau.

<small>4</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>2.Tính tốn và xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ thống</b>

<b>2.1. Tính tốn các thông số của mô tơ thủy lực </b>

Dựa vào giá trị momen xoắn đã cho M và tần số quay (tốc độ quay) n ta xác định nhóm motor thủy lực cần tìm: Nếu M/n>10 ( trường hợp mômen lớn), M/n<10(trường hợp mômen nhỏ). Dựa vào đặc tính kỹ thuật của các dịng motor thủy lực được sản xuất công nghiệp với các giá trị M và n cho trước, từ đó lựa chọn mẫu motor thủy lực có kích thước tương tự (gần giống) nhất thích hợp qua các tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất motor.

Xác định hệ số chọn loại mô tơ thủy lực: <small>M</small>

<small>n</small>⁼<small>61 6</small>^{=0 , 375}Ta chọn mô tơ thủy lực tốc độ thấp Mô-men xoắn cao

<b>Thông số</b>

<b>Momen tối đa (KNm)</b> 25

<b>Tốc độ quay tối đa (v/ph)</b> 650

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>2.2. Tính tốn tuy ơ thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)</b>

Ta chọn ống thủy lực loại mềm GATES EFG5K – SAE100R13

Diện tích mặt cắt ướt ống: <small>A</small>_mc<small>=</small>^π.

(

<small>D</small>_ngoài<small>2− D</small>_trong<small>2</small>

)

<small>4</small> ⁼

<small>−</small>(<small>19. 10−3</small>)<small>2</small>

]

<small>4</small> ^{=5,2. 10}

<small>−4</small>(<small>m2</small>) Chiều dày thành ống:

<small>s=</small>^D<small>ngoài−D</small>_trong<small>2</small> ⁼

<small>32 19−</small>

<small>2</small> ^=6,5(mm)

Từ trên ta chọn được vỏ tóp GS/GSP mã hiệu 8GS1F-4 và các loại khớp 8GS

+ Loại khớp nối dùng cho bơm và động cơ GS/GSP mặt bích Code 61

+ Loại khớp nối dùng cho mơi trường thủy lực áp suất thấp đến cao GS/GSP Ren Din 24

+ Loại khớp nối dùng trong môi trường thủy lực chống rị rỉ GS/GSP Ren ORFS

<b>2.3. Tính tốn các thông số cơ bản van phân phối</b>

Van phân phối 3/2 là một loại van mà chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp tại các hệthống dầu, nhớt quy mô lớn nhỏ khác nhau.

Nếu van ở vị trí 1 thì dầu sẽ được cung cấp ở khoang trái của xi lanh. Thôngthường, người ta lắp loại van phân phối thủy lực này cho xi lanh 1 chiều. Có nghĩalà xi lanh được bơm dầu, hồi vị trí với 1 lần sinh công duy nhất.

Khi ở trạng thái 1, chất lỏng thủy lực sẽ được dẫn vào khoang bên trái và đếnxilanh bên trái. Khoang bên phải sẽ khơng chứa chất lỏng thủy lực, đồng thời cũngkhơng có hiện tượng hồi dầu về thùng từ khoang phải. Với nguyên lý như vậyxilanh chỉ cần 1 lần sinh công duy nhất.

<b>Bán kính ngồiD<small>ngồi</small> (mm)</b>

<b>Bán kính trongD<small>trong</small> (mm)</b>

<b>Áp suất địnhmức p (bar)<small>dm</small></b>

<b>Áp suất giới hạnp<small>ph</small> (bar)</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Van phân phối 3/2 thích hợp để sử dụng cho hệ thống xilanh 1 chiều. Ký hiệucủa nó như hình bên dưới.

Ta chọn van phân phối Yuken DSG 01:

<b>Thông số</b>

<b>Lưu lượng tối đa (L/phút)</b> 60

<b>Áp suất tối thiểu (Bar)</b> 110

<b>Áp suất tối đa (Bar)</b> 320

<b>2.4. Tính tốn các thơng số cơ bản van giới hạn áp</b>

Trong mạch thủy lực có van điều khiển áp xuất chỉ có chức năng là đảm bảo antồn cho mạch thủy lực, loại có điều khiển (điều khiển bằng dòng dầu thủy lực).

Ta chọn van an tồn (có điều chỉnh) điều khiển bằng tay dạng ống RV

+ Lưu lượng tối đa: <small>Q</small>_max<small>=300¿</small>)

<small>7</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

+ Áp suất tối đa: <small>P</small>_max<small>=200¿</small>

+ Van an toàn cho cả mạch chọn van RV-10T

+ Van an toàn cho xylanh chọn van RV-6T

<b>STTChức năng van^{Lưu lượng tối}đa Q (l/phut)<small>max</small></b>

<b>Áp suất mởvan P (bar)</b>

<b>Khoảng điều chỉnháp suất (loại có điều</b>

1 ^{Đảm bảo an tồn}_{cho mạch chính} 300 65,2 70-2102 ^{Đảm bảo an tồn}_{cho xylanh} 180 31,3 35-140

<b>2.5. Tính toán các tham số cơ bản của van điều chỉnh dòng </b>

Van tiết lưu thủy lực 1 chiều là loại linh kiện được dùng để điều chỉnh lưu lượngchất lỏng trong một bộ phận hoặc tồn bộ hệ thống thủy lực và từ đó có thể điềuchỉnh được được vận tốc cơ cấu chấp hành động cơ thủy lực. Tùy vào thương hiệusản xuất và các model khác nhau nên loại van này có mẫu mã, kích thước và màusắc khác nhau.

Cấu tạo van tiết lưu thủy lực 1 chiều gồm các bộ phận như sau ống đàn hồi,càng đàn hồi 2 cuộn dây, cánh chạm, nam châm vĩnh cửu và miệng phun dầu.

<b>Kích thước cổng(mm)</b>

<b>Áp xuất làm việc</b>

<b>(bar)^{Nhiệt độ}</b>

<small>8</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>2.6. Tính tốn các tham số cơ bản van điều chỉnh dòng – van hai chiều có điều khiển</b>

Van 2 chiều hay van nước 2 chiều còn được gọi là van chặn, van khóa. Là một loại van cơng nghiệp cho phép dịng chảy đi qua theo 2 chiều ngược nhau. Van 2 chiều có rất nhiều loại, có thể là van cổng, van bướm hoặc van bi. Những loại van cho phép dòng chảy của lưu chất đi qua ở cả hai chiều và dĩ nhiên là nó cũng có thể ngăn dịng chảy đi qua.

Do cách gọi và ngôn ngữ của nhiều nơi, nên việc gọi van 2 chiều cho nhiều loạivan khiến chúng ta kho xác định chính xác đó là loại van gì. Thường thì các hệthống hiện nay, khi cần sử dụng tới van 2 chiều thì đó thường là van cổng hoặc vanbướm.

<b>Kích thước cổng(mm)</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>3.1. Bơm thủy lực</b>

Ta chọn bơm theo áp suất làm việc và lưu lượng làm việc của mạch thủy lực

+ Áp suất

<small>P</small>_{bơ mmax}<small>=P</small>_max<small>+</small>

∑

<small>∆p</small>_i

<small>Pmax</small>- áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống cung cấp cho động cơ thủy lực

∑

<small>∆p</small>_i- tổng tổn thất áp suất qua các phần tử và đường ống

∑

<small>∆Q</small> - Tổng tổn thất lưu lượng qua các phần tử và đường ống (được tính gần đúng là

∑

<small>∆Q= (10% → 15 %).Q</small>_dc)

Ta có tổng lưu lượng của van là:<small>Qvan=60</small> (l/ph)<small>→Q</small>_bơmmax<small>=60 0,1.60 66+=</small> (l/ph)

Từ những thông số trên ta chọn được loại bơm sau:Bơm Piston Bosch Rexroth loại A10VSO

<small>10</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Loại bơm ^{Lưu lượng}riêng q<small>b</small>

Tốc độ quaytrung bình(vịng/phút)

Áp suất làmviệc p<small>bommax</small>

Khoảng điềuchỉnh lưu

lượng(l/phút)Piston 0,018 1500 350 27-70

<b>3.2. Thùng dầu </b>

Trong các trạm nguồn hay hệ thống thủy lực, nếu chúng ta quan sát kỹ sẽ thấy 1thiết bị dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước lớn. Đó chính là thùng dầu thủy lực.Thiết bị được làm hoàn toàn bằng kim loại, được gia cơng tỉ mỉ nhằm đảm bảo độkín khít. Màu sắc có thể là xanh, đen, xám hoặc bạc…

Chức năng chính của thùng dầu thủy lực đó là chứa lượng dầu đủ để cung cấp cho hệ thống hoạt động. Song song với đó, nó cịn có nhiều chức năng khác như:

Là nơi giúp giải nhiệt dầu thủy lực khi dầu bị nóng lên sau kết thúc 1 chu trình làm việc.

Thùng dầu cịn giúp phân tách khơng khí có trong dầu nhằm đảm bảo chất lượng dầu cao nhất cho các thiết bị làm việc.

Thùng dầu có cịn là nơi chứa những tạp chất có trong dầu và được lắng đọngchúng xuống đáy như: Hạt kim loại, đất cát, sợi ni lông, ba vía sắt…

Đối với trạm nguồn tì thùng dầu thủy lực là nơi để gá, gắn các thiết bị khác lên trên như: Bơm dầu, động cơ thủy lực, các loại van dầu điều khiển, đồng hồ đo áp suất… sao cho vừa nhỏ gọn, đơn giản và khoa học.

Dung tích của thùng dầu: <small>V</small>_n<small>=k.Q</small>_t

<small>Q</small>_t- Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm l/ph - Hệ số tỷ lệ

Chọn k = 4 <small>→Vn=6.66 396=</small> (l/ph)Dự định kết cấu thùng dầu:

Thùng dầu phải có vách ngăn cửa hút và cửa hồi, trên vách ngăn này có rãnh lưuthơng dầu. Khoảng cách từ cửa hút và cửa hồi càng xa càng tốt nhằm làm nguội dầu và không tạo song trong thùng, đặt bộ lọc khí để tránh bụi bẩn dầu. Các ống ra

<small>11</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

vào được làm kín (ngăn được sự tạo xốy tại cửa hút, khơng lọt bụi vào đầu nối, khả năng vệ sinh tốt, tỏa nhiệt tốt).

Từ thông số trên ta chọn thùng dầu có dung tích 400 lít

<b>Kết luận</b>

Ưu điểm của hệ thống thủy lực:

Truyền động được mức công suất và áp lực lớn, nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản.

Điều chỉnh được vận tốc, đảo chiều cũng dễ dàng.

Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ thủy lực nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà người dùng không sợ bị va đập mạnh giống như cơ khí và điện.

Dễ biến đổi chuyển động quay của moto thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.

Nhược điểm của hệ thống thủy lực:

Sau một thời gian sử dụng thì ma sát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử sẽ làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống, đồng thời làm hạnchế phạm vi sử dụng.

Do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn mà hệ thống sẽ khó giữ được vận tốc không đổi trong trường hợp phụ tải thay đổi.

Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống sẽ không ổn định, vận tốc làm việcthay đổi do độ nhớt của chất lỏng đã thay đổi.

Cơ cấu di chuyển có những yêu cầu và đặc điểm làm việc cơ bản riêng như sau:Sử dụng moto thủy lực quay hai chiều

<small>12</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Làm việc với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào vị trí và yêu cầu làm việc của máy.

Mơmen cản khi khởi động và mơmen qn tính khi phanh dừng lớn.Hệ thống phanh thường mở và được điều khiển độc lập với động cơ.Với máy có cơ cấu di chuyển được dẫn động bằng nhiều động cơ các moto được điều khiểnđộc lập để có thể quay trong q trình di chuyển.

Ngồi hệ thống phanh trong mạch cịn có phần tử đảm bảo an tồn cho hệ thống trong trường hợp bục, đứt đường ống, phanh bị hỏng.

<b>Tài liệu tham khảo</b>

1. Bài giảng trên lớp và sơ đồ thủy lực một số máy Máy xây dựng

2. Truyền động thủy khí, PGS. TS. Đỗ Xuân Đinh, Trường ĐH XD,2012

3. 4. Catalog các hãng, ví dụ tìm tại:

raulic_equipment_catalogue_en.pdf

<small>13</small>

</div>