Thiết kế bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong trên tàu biển đông sử dụng làm mô hình học tập
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (18.54 MB, 116 trang )
i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên SV: LÊ TRƯỜNG PHONG Lớp: 49ĐLTT Khóa:49
MSSV: 4913094015 Ngành: Động lực tàu thủy Mã ngành:
Tên đề tài: “Thiết kế bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong
trên tàu Biển Đông sử dụng làm mô hình học tập”
Số trang: Số chương: Số tài liệu tham khảo:
Hiện vật:……………………………………………………………………………
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Kết luận:…………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
Nha Trang, ngày……tháng……năm 2011.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th.S. Nguyễn Thái Vũ
ii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV: LÊ TRƯỜNG PHONG Lớp: 49ĐLTT Khóa: 49
MSSV: 4913094015 Ngành: Động lực tàu thủy Mã ngành:
Tên đề tài: “Thiết kế bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong
trên tàu Biển Đông sử dụng làm mô hình học tập”.
Số trang: Số chương: Số tài liệu tham khảo:
Hiện vật:……………………………………………………………………………
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày……tháng……năm 2011.
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
1
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các
thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở
hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển,
máy dập, máy xây dựng, máy ép xung, máy bay, tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền
chế biến thực phẩm,… do những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu,
đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở
những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ
khí hay điện.
Hiện nay, khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy đã tiếp nhận một số máy móc, thiết bị
mặt boong của tàu Biển Đông để phục vụ công tác dạy và học. Trong đó có một số
thiết bị mặt boong cần được thiết kế và bố trí hệ thống thủy lực một cách hợp lý để
đưa vào phòng thực hành sử dụng làm mô hình học tập.
Được sự đồng ý của nhà trường và khoa, tôi quyết định chọn đề tài: “Thiết
kế bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong trên tàu Biển
Đông sử dụng làm mô hình học tập” làm đồ án kết thúc khóa học.
Qua thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài, với sự hướng dẫn tận tình của
thầy Nguyễn Thái Vũ, tôi đã hoàn thành đề tài của mình. Qua đây tôi xin chân thành
cảm ơn thầy Nguyễn Thái Vũ, các thầy trong khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy và các bạn
đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài này. Tôi hi vọng đề tài của mình sẽ sớm đi vào
thực tế để đóng góp một phần nhỏ vào công tác đào tạo của Nhà trường nói chung
và khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy nói riêng.
Trong quá trình thực hiện đề tài này, không thể tránh khỏi những thiếu sót vì
vậy mong quý thầy cô giáo cùng các bạn đóng góp ý kiến, chỉ dẫn để kiến thức của
tôi ngày càng hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn.
Nha Trang, tháng 6 năm 2011.
Sinh viên thực hiện:
LÊ TRƯỜNG PHONG
2
MỤC LỤC
Lời nói đầu 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC BẢNG 4
DANH MỤC CÁC HÌNH 5
Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ 8
1.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 8
1.1.1 Đối tượng nghiên cứu: 8
1.1.2. Phạm vi nghiên cứu: 8
1.1.3. Mục tiêu nghiên cứu: 8
1.2.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM 8
1.3. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC 10
1.3.1. Lịch sử phát triển và ưu-nhược điểm của hệ thống thủy lực 10
1.3.2. Đơn vị đo các đại lượng cơ bản (hệ mét). 11
1.3.3. Tổn thất trong hệ thống thủy lực 12
1.3.4. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực. 13
1.3.4.1. Độ nhớt 13
1.3.4.2. Yêu cầu chất lỏng làm việc trong hệ thống thủy lực 14
1.4. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 15
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI. 15
1.5.1. Nội dung nghiên cứu: 15
1.5.2. Giới hạn đề tài 15
Chương II: NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 18
2.1. NHIỆM VỤ 18
2.2 YÊU CẦU 18
2.2.1. Yêu cầu về kinh tế: 18
2.2.2. Yêu cầu về kỹ thuật: 18
2.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 19
2.3.1 . Các phương án thiết kế 19
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế 20
Chương III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC PHỤC VỤ
MỘT SỐ THIẾT BỊ MẶT BOONG TRÊN TÀU BIỂN ĐÔNG SỬ DỤNG
LÀM MÔ HÌNH HỌC TẬP 22
3.1. Giới thiệu chung về một số thiết bị mặt boong (trên tàu Biển Đông) lựa
chọn thiết kế hệ thống thủy lực. 22
3.1.1. Tời neo 22
3.1.2. Tời kéo 25
3.1.3. Tời cẩu 26
3
3.2. Các thông số động cơ thủy lực 28
3.2.1 Động cơ thủy lực Bauer Hydraulic HMB 7-9592-1 29
3.2.2 Động cơ thủy lực Bauer Hydraulic HMB 5 33
3.3. Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực: 33
3.3.1. Sơ đồ hệ thống thủy lực: 33
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực: 35
3.4 Thiết kế sơ bộ sơ đồ bố trí hệ thống thủy lực: 35
3.5. Tính chọn đường ống dẫn dầu 39
3.6. Tính thuỷ lực đường ống và chọn bơm. 42
3.6.1. Tổn thất dọc đường. 44
3.6.2. Tổn thất cục bộ. 46
3.7. Tính chọn bơm thủy lực 47
3.8. Tính chọn động cơ điện lai bơm thủy lực 51
3.9. Chọn két chứa dầu thuỷ lực 54
3.10. Chọn bộ lọc dầu thủy lực. 57
3.11. Chọn bộ làm mát dầu thủy lực: 59
3.12. Chọn van điều khiển: 61
3.13. Chọn van an toàn 64
3.14. Chọn van ba ngã 66
3.15. Chọn van chặn 67
3.16. Chọn van một chiều 68
3.17. Tính chọn mối nối ống 70
3.18. Bảng kê danh mục trang thiết bị hệ thống 73
3.19. Thiết kế sơ đồ lắp ráp - bản vẽ thi công 74
Chương IV. THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 78
4.1. Thảo luận kết quả 78
4.2. Đề xuất ý kiến 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81
PHỤ LỤC 83
4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Các thông số cơ bản của động cơ HMB7 29
Bảng 3.2: Các chi tiết của động cơ thủy lực HMB7 31
Bảng 3.3: Các thông số cơ bản của động cơ HMB5 33
Bảng 3.4: Quy phạm ống dầu thủy lực 41
Bảng 3.5: Các thông số của ống dầu thủy lực 42
Bảng 3.6: Bảng tính R
e
và
45
Bảng 3.7: Bảng tính tổn thất dọc đường h
d
45
Bảng 3.8: Bảng thông số bơm piston hướng trục REXROTH A4VSG 49
Bảng 3.9:Bảng đặc tính kỹ thuật của động cơ điệnkhông đồng bộ 3 pha, roto lồng
xóc 50Hz 52
Bảng 3.10: Bảng kích thước lắp đặt và kích thước chiếm chỗ 53
Bảng 3.11: Bảng các kích thước cơ bản của bộ lọc dầu 58
Bảng 3.12: Bảng kê danh mục trang thiết bị của hệ thống 73
5
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1: Tời neo tàu Biển Đông 22
Hình 3.2: Cấu tạo xích neo 23
Bản vẽ tời neo A3 24
Hình 3.3: Tời kéo thủy lực tàu Biển Đông 25
Hình 3.4: Tời cẩu thủy lực tàu Biển Đông 26
Hình 3.5: Mô phỏng tời cẩu thủy lực 26
Bản vẽ tời cẩu A3 27
Hình 3.6: Động cơ thủy lực Bauer Hydraulic HMB 28
Hình 3.7: Cấu tạo chung động cơ HMB 28
Hình 3.8: Các kích thước cơ bản của động cơ HMB7 29
Hình 3.9: Cấu tạo động cơ thủy lực HMB7 32
Hình 3.10: Các kích thước cơ bản của động cơ HMB5 33
Hình 3.11: Bố trí hệ thống thủy lực 36
Hình 3.12: Hình chiếu bằng của hệ thống 37
Hình 3.13: Mặt trước hệ thống 38
Hình 3.14: Mặt sau hệ thống 38
Hình 3.15: Mặt phải hệ thống 38
Hình 3.16: Mặt trái hệ thống 38
Hình 3.17: Bơm piston dọc trục……………………………………………………48
Hình 3.18: Cấu tạo bơm piston dọc trục REXROTH 48
Hình:3.19 Kích thước cơ bản của bơm thủy lực 50
Hình 3.20: Động cơ điện ba pha 51
Hình 3.21: Kết cấu thùng dầu 55
Hình 3.22: Các kích thước cơ bản của thùng dầu 56
Hình 3.23: Bộ lọc FRA5D 57
Hình 3.24: Cấu tạo bộ lọc dầu 57
Hình 3.25: Bộ làm mát FG140 59
Hình 3.26: Cấu tạo bộ làm mát dầu thủy lực FG140 59
Hình 3.27: Các kích thước cơ bản của bộ làm mát 60
Hình 3.28: Van điều khiển 5STB 61
Hình 3.29: Cấu tạo van điều khiển 62
Hình 3.30: Kích thước cơ bản của van điều khiển 63
Hình 3.31: Van an toàn CS-H10………………………………………………………….64
Hình 3.32: Các bộ phận chính của van an toàn…………………………… 64
Hình 3.33:Cấu tạo và kích thước cơ bản của van an toàn…………………………65
Hình 3.34:Van ba ngã…………………………………………………………… 66
Hình 3.35: Kích thước cơ bản van ba ngã …………………………………………66
Hình 3.36: Cấu tạo và kích thước cơ bản của van chặn……………………………67
Hình 3.37: Van một chiều không tải……………………………………………….68
Hình 3.38: Cấu tạo van một chiều không tải………………………………………68
Hình 3.39: Van một chiều MIVAL……………………………………………… 69
Hình 3.40: Cấu tạo van một chiều có tải Mival……………………………………69
6
Hình 3.41: Cách đặt van………………………………………………………… 69
Hình 3.42:Kết cấu bích nối ống - ống 70
Hình 3.43: Kết cấu bích nối đường ống – van chặn 70
Hình 3.44: Mối nối ống (nén) góc 90
0
71
Hình 3.45: Mối nối ống (nén) 3 ngã 71
Hình 3.46: Mối nối ống (nén) thẳng 71
Hình 3.47: Bản vẽ mối nối ống xả 72
Hình 3.48:
Bơm thủy lực REXROTH 74
Hình 3.49: Động cơ điện ba pha 74
Hình 3.50: Thùng dầu thủy lực 74
Hình 3.51: Bộ lọc dầu UFI 74
Hình 3.52: Van 1 chiều có tải MIVAL 74
Hình 3.53: Van 1 chiều không tải TULSA 74
Hình 3.54: Van 3 ngã APOLLO 75
Hình 3.55: Van trượt điều khiển Hydranor 75
Hình 3.56: Van chặn MEKEI 75
Hình 3.57: Van an toàn Vickers 75
Hình 3.58: Bộ làm mát dầu Bowman 75
Hình 3.59: Một số hình ảnh về hệ thống thủy lực thiết kế 76
Các bản vẽ kèm theo:
+Bản vẽ tời kéo A1
+Bản vẽ bố trí hệ thống thủy lực A0
7
CHƯƠNG I:
ĐẶT VẤN ĐỀ
8
Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ
Tên đề tài: : “Thiết kế bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt
boong trên tàu Biển Đông sử dụng làm mô hình học tập”.
Sinh viên thực hiện: LÊ TRƯỜNG PHONG
MSSV: 4913094015
Lớp: 49ĐLTT
Cán bộ hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thái Vũ
Khoa: Kỹ Thuật Tàu Thủy
Chuyên ngành: Động lực tàu thủy
Trường: Đại Học Nha Trang
1.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.1.1 Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong trên tàu Biển Đông.
1.1.2. Phạm vi nghiên cứu:
Thiết kế bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong (1 tời neo
mũi, 2 tời kéo, 1 tời cẩu) trên tàu Biển Đông sử dụng làm mô hinh học tập.
1.1.3. Mục tiêu nghiên cứu:
Tính toán, thiết kế bố trí hệ thống thủy lực của một số thiết bị mặt boong
(trên tàu Biển Đông) một cách hợp lý, đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật và tính kinh
tế, sử dụng làm mô hình học tập.
1.2.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM
Với một quốc gia có trên 3000km bờ biển ôm dọc theo chiều dài của Tổ
Quốc, hàng ngàn đảo lớn, nhỏ và hệ thống sông ngòi phong phú, nguồn lao động
dồi dào rất phù hợp cho việc phát triển kinh tế biển đặc biệt là cảng biển và công
nghiệp tàu biển.
Nắm bắt được ưu thế này Việt Nam những năm gần đây đã tập trung đầu tư
vào ngành công nghiệp tàu thủy với những chiến lược, kế hoạch quy mô lớn, tập
trung vào hai lĩnh vực đóng mới, sửa chữa và hoán cải tàu biển có tải trọng lớn.
9
Qua những con số thống kê cho thấy công nghiệp tàu thủy đã có những bước
phát triển đột phá. Với hơn 60 nhà máy lớn nhỏ trực thuộc các bộ, hàng chục nhà
máy tư nhân rải khắp suốt từ Bắc vào Nam. Trong đó có tổng công ty công nghiệp
tàu thủy Việt Nam VINASIN là một trong 17 công ty lớn nhất của nhà nước, được
thành lập ngày 31-1-1996, có hơn 40 đơn vị thành viên, gồm 29 đơn vị hạch toán
độc lập, 7 đơn vị hạch toán phụ thuộc, 4 đơn vị liên doanh, gần 14000 cán bộ công
nhân viên. Trong 4 đơn vị liên doanh có liên doanh HUYNDAI–VINASIN là lớn
nhất với vốn đầu tư gần 160 triệu USD, có năng lực vào ụ sửa chữa cho các loại tàu
đến 400000 DWT và là nhà máy sửa chữa tàu biển lớn nhất Đông Nam Á.
Trải qua 14 năm xây dựng và phát triển ngành công nghiệp tàu thủy đã đạt
được những thành tựu to lớn góp phần vào phát triển kinh tế cho đất nước. Cụ thể:
+ Về năng lực sản xuất: ngành công nghiệp tàu thủy của nước ta đã đóng và
sữa chữa các loại tàu có sức chở tới 56000DWT cho các chủ tàu Anh, Đức, Hàn
Quốc, Đan Mạch, Nga. Các loại tàu có tính năng phức tạp như: tàu container
1700TEU (tương đương sức chở 22000DWT), tàu chở khí hóa lỏng 6500 tấn, tàu
chở etylen 4500m
3
, tàu hút bùn 2800m
3
, tàu chở ôtô 49000 xe, kho nổi chứa dầu
150000 tấn, đặc biệt mới đây công ty công nghiệp tàu thủy Dung Quất đã bàn giao
thành công tàu chở dầu 104000DWT và đang đóng con tàu chở dầu 105000DWT
cho các chủ tàu trong nước và quốc tế.
+ Về trình độ quản lý: Trình độ khoa học, công nghệ và tay nghề công nhân
được khẳng định thông qua nhiều dự án đóng tàu lớn, đóng tàu xuất khẩu. Đội ngũ
cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật thường xuyên được đào tạo và đào tạo lại thông qua
các chương trình đào tạo ngắn hạn, dài hạn trong và ngoài nước. Số lượng công
nhân kỹ thuật được cấp chứng chỉ của các tổ chức Đăng Kiểm Quốc Tế
(DNV,NK,NK,ABS ) ngày càng tăng.
+ Về thiết kế: Năm 2005, phần lớn thiết kế kỹ thuật, thiết kế công nghệ của
các sản phẩm đều phải mua, thuê nước ngoài, thì đến nay hầu hết các nhà máy đóng
tàu đã thực hiện được phần thiết kế công nghệ, kể cả đối với các sản phẩm xuất
khẩu. Cụ thể là tập đoàn vinashin đã và đang thiết kế kỹ thuật các sản phẩm tàu
10
hàng 58000dwt, tàu hàng 54000dwt, tàu chở dầu 115.000dwt… cho các chủ tàu
trong nước và nước ngoài.
Mặc dù, trong những năm gần đây do sự khủng hoảng tài chính và suy giảm
kinh tế toàn cầu cũng như sự sai lệch trong cơ cấu tổ chức đã làm ảnh hưởng không
nhỏ tới sự phát triển của ngành công nghiệp tàu thủy trong nước. Nhưng nhìn
chung, doanh thu ngành công nghiệp tàu thủy vẫn đạt mức tăng trưởng mạnh mẽ.
Theo báo cáo của Tập Đoàn Công Nghiệp Tàu Thủy, doanh thu 6 tháng đầu năm
2008 tăng 100.30%, giá trị tăng 86.5% so với cùng kỳ năm 2007. Dự kiến cho tới
năm 2010 ngành công nghiệp tàu thủy có thể xuất khẩu đạt kim ngạch 1,7 tỷ USD.
Với xu hướng thế giới hiện nay đang chuyển dịch công nghiệp đóng tàu từ
Châu Âu - Mỹ sang Châu Á. Đây là cơ hội thuận lợi cho ngành biển và cảng biển
phát triển tại nước ta. Qua hợp tác liên doanh, các chuyên gia, chủ tàu nước ngoài
đánh giá cao những thành tựu mà nước ta đã đạt được trong những năm vừa qua và
mở ra một tiềm năng phát trển công nghiệp mới trong tương lai.
1.3. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC.
1.3.1. Lịch sử phát triển và ưu-nhược điểm của hệ thống thủy lực.
Năm 1920 hệ thống thủy lực đã được ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ.
Năm 1925 hệ thống thủy lực được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác
như: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng
không Năm 1960 cho đến nay, hệ thống thủy lực được ứng dụng phổ biến trong tự
động hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả năng điều khiển
bằng máy tính, công suất lớn
*Ưu-nhược điểm của hệ thống thủy lực:
-Ưu điểm:
+Truyền động được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn
giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc và bảo dưỡng.
+Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hóa
theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn.
+Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.
11
+Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
+Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu
nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh.
+Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến
hoặc chuyển động quay của cơ cấu chấp hành.
+Dễ đề phòng 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 hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần
tử tiêu chuẩn hóa.
-Nhược điểm:
+Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu
suất và hạn chế phạm vi sử dụng.
+Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của
chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.
+Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định làm cho vận tốc
làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
1.3.2. Đơn vị đo các đại lượng cơ bản (hệ mét).
-Áp suất (p):
Theo đơn vị đo lường SI là pascal (Pa)
1Pa
= 1N/m
2
= 1m
-1
kgs
-2
= 1kg/ms
2
1kg/cm
2
= 0,1N/mm
2
= 10N/cm
2
= 10
5
N/m
2
Ngoài ra ta còn dùng: 1bar =10
5
N/m
2
= 1kg/cm
2
, 1at = 9,81.10
4
N/m
2
-Vận tốc (v):
Đơn vị vận tốc là m/s, cm/s.
-Thể tích và lưu lượng:
+Thể tích (V): m
3
hoặc lít (l)
+Lưu lượng (Q): m
3
/phút hoặc l/phút
Trong các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm thủy lực, động cơ thủy lực) cũng có thể
dùng đơn vị là: m
3
/vòng hoặc l/vòng
12
-Lực (F):
Đơn vị là Newton (N) 1N = 1kg.m/s
-Công suất (N):
Đơn vị là Watt (W) 1W = 1Nm/s = 1m
2
.kg/s
3
-Độ nhớt:
+Độ nhớt động lực: kí hiệu
, đơn vị: Pa.s
+Độ nhớt động học: (kí hiệu
), đơn vi (Stokes [St] hoặc centiStokes [cSt])
: Độ nhớt động lực (Pa.s)
: Khối lượng riêng (kg/m
3
)
: Độ nhớt động (m
2
/s)
1.3.3. Tổn thất trong hệ thống thủy lực.
Trong hệ thống thủy lực có các loại tổn thất sau:
-Tổn thất thể tích:
Loại tổn thất này do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của
hệ thống gây nên.
Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể
tích càng lớn.
Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm thủy
lực, động cơ thủy lực, xy lanh thủy lực).
+Đối với bơm thủy lực: tổn thất được thể hiện bằng hiệu suất
0b
b
tb
Q
Q
Q
b
: Lưu lượng thực tế của bơm thủy lực
Q
0b
: Lưu lượng danh nghĩa của bơm thủy lực
+Đối với động cơ thủy lực: Tổn thất được thể hiện bằng hiệu suất
0đ
đ
tđ
Q
Q
Q
đ
: Lưu lượng thực tế của động cơ thủy lực
Q
0đ
: Lưu lượng danh nghĩa của động cơ thủy lực
13
-Tổn thất cơ khí:
Tổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối ở
trong bơm thủy lực, động cơ thủy lực gây nên.
+Tổn thất cơ khí của bơm thủy lực được biểu thị bằng hiệu suất cơ khí:
0b
b
cb
N
N
N
b0
- Công suất cần thiết để quay bơm (công suất danh nghĩa)
N
b
- Công suất thực tế đo được trên trục bơm (do momen xoắn trên trục)
+Tổn thất cơ khí của động cơ thủy lực được biểu thị bằng hiệu suất cơ khí:
0đ
đ
cđ
N
N
N
đ0
-Công suất cần thiết để quay động cơ thuy lực (công suất danh nghĩa)
N
đ
-Công suất thực tế đo được trên trục động cơ (do momen xoắn trên trục)
-Tổn thất áp suất
Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường truyền động của dầu
từ bơm thủy lực đến cơ cấu chấp hành (động cơ thủy lực, xilanh truyền lực).
Tổn thất này phụ thuộc vào những yếu tố sau:
+ Chiều dài ống dẫn
+ Sự thay đổi tiết diện
+ Trọng lượng riêng và độ nhớt.
+ Độ nhẵn thành ống
+ Độ lớn tiết diện ống dẫn
+ Tốc độ chảy
+ Sự thay đổi hướng chuyển động
1.3.4. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực.
1.3.4.1. Độ nhớt
Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng. Độ nhớt
xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng
trượt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng. Có 2 loại độ nhớt:
14
-Độ nhớt động lực
:
Độ nhớt động lực
là lực ma sát tính bằng 1N tác động trên một đơn vị diện tích
bề mặt 1 m
2
của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau
1m và có vận tốc 1m/s.
Độ nhớt động lực
được tính bằng (Pa.s). Ngoài ra người ta còng dùng đơn vị
poazơ (Poiseuille) viết tắt là P.
1P = 0,1 N.s/m
2
= 0,010193 kG.s/m2, 1P = 100cP (centipoiseuilles)
-Độ nhớt động
:
Độ nhớt động là tỉ số giữa hệ số nhớt động lực
với khối lượng riêng
của chất
lỏng:
Đơn vị độ nhớt động là (m/s
2
). Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị Stốc (Stoke), viết
tắt là St hoặc centistockes (cSt)
1St = 1cm
2
/s = 10
-4
m
2
/s
1cSt = 10
-2
St = 1mm
2
/s.
1.3.4.2. Yêu cầu chất lỏng làm việc trong hệ thống thủy lực
Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả
năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hóa học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính
ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ
đông đặc.
Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất.
+ Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ.
+ Có tính trung hòa (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế khả năng xâm
nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra.
+ Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết
di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất.
+ Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hòa tan trong nước và không
khí, dẫn nhiệt tốt, có môdun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ.
15
1.4. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Truyền động thủy lực được áp dụng phổ biến trong ngành công nghiệp nói
chung và công nghiệp tàu thủy nói riêng. Nhiều máy móc, thiết bị trên tàu được
điều khiển và hoạt động thông qua hệ thống thủy lực. Truyền động thủy lực trong
máy công cụ, thiết bị thuộc lĩnh vực kỹ thuật tiên tiến trong cơ khí hóa và tự động
hóa công nghiệp.
Hiểu được tầm quan trọng, ưu nhược điểm và nguyên lý hoạt động của hệ
thống thủy lực chúng ta có thể ứng dụng vào các thiết bị, máy móc nhằm nâng cao
tính kỹ thuật và kinh tế.
Hiện nay, khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy đã tiếp nhận một số máy móc và thiết bị
của tàu Biển Đông để phục vụ đào tạo. Trong đó có một số thiết bị mặt boong (1 tời
neo, 2 tời kéo, 1 tời cẩu) cần được thiết kế và bố trí hệ thống thủy lực một cách hợp
lý để đưa vào phòng thực hành sử dụng làm mô hình học tập.
Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào công tác đào tạo của nhà trường
và của khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy, tôi quyết định chọn đề tài: “Thiết kế bố trí hệ
thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong trên tàu Biển Đông sử dụng
làm mô hình học tập” làm đồ án kết thúc khóa học.
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.
1.5.1. Nội dung nghiên cứu:
Đồ án bao gồm 4 phần sau:
*Đặt vấn đề
*Nhiệm vụ, yêu cầu, phương án thiết kế
*Thiết kế bố trí hệ thống truyền động thủy lực phục vụ đào tạo
*Thảo luận kết quả.
1.5.2. Giới hạn đề tài
Thiết kế và bố trí hệ thống thủy lực phục vụ một số thiết bị mặt boong : 1 tời
neo, 2 tời kéo, 1 tời cẩu. Nhiệm vụ của tôi là: từ các thông số ban đầu của động cơ
thủy lực trên các thiết bị mặt boong (đã nêu trên) ta tiến hành tính toán thiết kế, bố
16
trí hệ thống thủy lực của các thiết bị trên. Công tác thiết kế và bố trí hệ thống thủy
lực phục vụ các thiết bị mặt boong bao gồm:
*Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực:
-Sơ đồ thủy lực của hệ thống
-Sơ đồ bố trí vào phòng thí nghiệm (phác thảo sơ bộ)
*Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực
*Tính toán và lựa chọn các phần tử hệ thống thủy lực
*Lập bảng kê danh mục trang thiết bị của hệ thống
*Phác thảo sơ đồ lắp ráp và bản vẽ thi công
17
CHƯƠNG II:
NHIỆM VỤ, YÊU CẦU,
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
18
Chương II: NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. NHIỆM VỤ
-Thiết kế hệ thống thủy lực của các thiết bị một cách hợp lý, đảm bảo các yêu
cầu về kinh tế, kỹ thuật.
-Bố trí hệ thống vào phòng thí nghiệm sao cho gọn gàng, dễ dàng thao tác, điều
khiển, đảm bảo các yêu cầu chung.
-Tính toán và lựa chọn các phần tử của hệ thống thủy lực một cách chính xác
nhằm đạt hiệu quả cao.
2.2 YÊU CẦU
Thiết kế hệ thống thủy lực phải đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.
2.2.1. Yêu cầu về kinh tế:
Hệ thống thủy lực phải đạt được những yêu cầu chung về kinh tế sau:
- Hệ thống thiết kế phải đơn giản.
- Hệ thống hoạt động tốt, đủ công suất, an toàn.
- Thiết kế bố trí các hệ thống hợp lý sao cho dễ dàng thi công, thuận tiện khi
sử dụng.
- Chi phí sản xuất thấp nhất.
- Năng suất lao động cao nhất.
- Thời gian thi công cũng như vận hành hệ thống là ngắn nhất.
- Giá thành sản phẩm rẻ nhất .
Để đạt được những yêu cầu kinh tế nói trên đòi hỏi người thiết kế phải kết hợp
chặt chẽ giữa lý luận chuyên môn cũng như phải có kiến thức về thực tế thị trường.
2.2.2. Yêu cầu về kỹ thuật:
Hệ thống thủy lực làm việc với công suất cao, tải trọng lớn, cần có tính chính
xác và an toàn cho nên đòi hỏi những tính năng kỹ thuật tương đối khắt khe, không
19
những tuân thủ theo yêu cầu quy phạm mà còn phải tuân theo những yêu cầu thực tế
sử dụng.
a. Tính chính xác.
Kích thước chi tiết, vị trí tương đối giữa các chi tiết khi thi công lắp ráp cần
đảm bảo độ chính xác cần thiết: các mối ghép phải chính xác để giảm thiểu tối đa
hiện tượng rò gỉ dầu, các chi tiết van phải lắp đúng vị trí…vv. Khe hở, mối nối, mối
hàn phải theo tiêu chuẩn. Chi tiết, thiết bị đảm bảo khoảng cách đúng theo bản vẽ
thiết kế và quy phạm.
b. Độ tin cậy và tuổi thọ của sản phẩm.
Trong quá trình làm việc thực tế, hệ thống thủy lực phục vụ các thiết bị phải
đảm bảo được độ tin cậy và tuổi thọ cao, theo các tiêu chuẩn hiện hành.
c. Tính an toàn.
Hệ thống thủy lực phải làm việc êm, không gây rung động mạnh, tuân thủ đầy
đủ những yêu cầu quy định chung của an toàn đề ra.
d. Tính thẩm mỹ.
Hệ thống có kết cấu gọn, đẹp, đơn giản, dễ dàng thao tác và sử dụng.
2.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.3.1 . Các phương án thiết kế
Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đều có những yêu cầu kỹ thuật
nhất định. Những yêu cầu đó chỉ có thể được thõa mãn, nếu như các thông số cơ
bản của các bộ phận ấy được lựa chọn thích hợp.
Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và điều
chỉnh, cũng như phần lớn các thiết bị phụ khác trong hệ thống thủy lực đều được
tiêu chuẩn hóa.
Do đó, việc thiết kế hệ thống thủy lực thông thường là việc tính toán lựa
chọn thích hợp các cơ cấu trên.
20
Trong tính toán thiết kế hiện nay có rất nhiều phương án, tuy nhiên có bốn
phương án chủ yếu mang lại tính hiệu quả kinh tế, độ chính xác kỹ thuật và độ tin
cậy cao đó là:
- Phương pháp thiết kế theo mẫu
- Phương pháp thiết kế theo số liệu thống kê
- Phương pháp thiết kế theo quy phạm
- Phương pháp thiết kế theo tính toán lý thuyết
Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Là một
người thiết kế cần phải nắm vững được tất cả những vấn đề đó để có thể thiết kế nên
một sản phẩm tốt nhất, hoàn hảo nhất.
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế
Trong các phương pháp thiết kế được giới thiệu tôi thấy phương pháp thiết
kế theo tính toán lý thuyết phổ biến và cho ta kết quả chính xác nhất. Tuy nhiên,
tính toán theo phương pháp này đòi hỏi người thiết kế phải lý luận chặt chẽ, có cơ
sở khoa học theo các tiêu chuẩn đã được công nhận và thử nghiệm thành công. Nếu
không người thiết kế sẽ dễ rơi vào bế tắc, sản phẩm làm ra không ứng dụng được
vào thực tế vì những lỗi kỹ thuật trong vận hành hệ thống và lỗi do lắp ráp mà
người thiết kế không tính đến.
Dựa vào yêu cầu của đồ án thiết kế đó là thiết kế hệ thống thủy lực phục vụ
một số thiết bị mặt boong trên tàu Biển Đông sử dụng làm mô hình học tập. Đặc
điểm yêu cầu của hệ thống thủy lực phải có tính chính xác, độ tin cậy cao. Do đó tôi
quyết định lựa chọn phương pháp thiết kế tính toán thiết kế theo lý thuyết kết hợp
với sự kiểm nghiệm thực tế để kiểm tra độ chính xác của phép tính.
21
CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
THỦY LỰC PHỤC VỤ MỘT SỐ THIẾT
BỊ
MẶT BOONG TRÊN TÀU BIỂN ĐÔNG
SỬ DỤNG LÀM MÔ HÌNH HỌC TẬP
22
Chương III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC
PHỤC VỤ MỘT SỐ THIẾT BỊ MẶT BOONG TRÊN TÀU BIỂN
ĐÔNG SỬ DỤNG LÀM MÔ HÌNH HỌC TẬP
3.1. Giới thiệu chung về một số thiết bị mặt boong (trên tàu Biển Đông) lựa
chọn thiết kế hệ thống thủy lực.
Để sử dụng làm mô hình học tập ta chọn một số thiết bị sau: 2 tời kéo, 1 tời
cẩu, 1 tời neo.
3.1.1. Tời neo
Đây là tời neo thủy lực nằm ở phía mũi. Trên các đội tàu vận tải hiện tại tời
neo có truyền động thủy lực ngày càng sử dụng rộng rãi có những ưu điểm sau: điều
chỉnh tốc độ rất êm, độ tin cậy khi làm việc của tời neo và hệ điều khiển cao, trọng
lượng và kích thước nhỏ gọn.
Hình 3.1: Tời neo tàu Biển Đông
23
-Các thông số kỹ thuật:
- Các kích thước cơ bản của tời neo được thể hiện trên bản vẽ kỹ thuật.
- Số lượng: 1
- Cỡ xích neo (xích đúc có thanh ngáng): d=40(mm).
- Chiều sâu thả neo: 440(m).
- Lực kéo trên đĩa xích (kN):
+ Định mức: 68(kN).
+ Lớn nhất: 402(kN).
- Tốc độ kéo xích neo (m/ph):
+ Định mức: 9(m/s).
- Lực kéo tại tời kéo (kN):
+ Định mức: 68(kN).
+ Lớn nhất: 402(kN).
- Động cơ thủy lực:
HMB 7-9592-1 Bauer Hydraulic
+ Lưu lượng: Q=170 l/phút
+ Áp suất làm việc: 156,9 bar
+ Công suất: N=52,19 kW
+ Số vòng quay: n=37 vòng/phút
+ Momen: M=9806 Nm
- Bản vẽ tời neo:
Hình 3.2: Cấu tạo xích neo
