ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
MỤC LỤC........................................................................................................................ 1

1. TỔNG QUAN VỀ MÁY MẪU: HITACHI SCX300
1.1. Giới thiệu chung về cần trục bánh xích:
Cần trục bánh xích gồm những bộ phận sau:
Cơ cấu nâng: Giúp cần lồng có thể nâng hạ hàng theo phương thẳng đứng.
Cơ cấu thay đổi tầm với: Để lấy hàng ở vị trí xa hoặc gần theo phương nằm ngang.
Cơ cấu quay: Để có thể đưa hàng tới những vị trí có cùng vị trí tầm với nhưng ở các
phương khác nhau.
Cơ cấu di chuyển: Giúp xe có thể di chuyển theo vị trí làm việc.
Hệ thống điều khiển: Bao gồm người điều khiển cho tới các hệ thống tác dụng lên cơ
cấu.
1.2.Các thông số tính toán:
Áp suất làm việc của dầu: p = 14 MPa
Tải trọng hàng nâng:

G = 20 Tấn

Sơ đồ tổng thể xe cần trục bánh xích HITACHI SCX300


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC

R3

0
50

3950

900

3100
1620

3710

760

4490

350

890

1495

3005

3175
995

4715

940

330

2640
3300

Thông số kỹ thuật của xe cần trục bánh xích HITACHI SCX300
Mã hiệu
Động Cơ

Cơ cấu quay

Bộ di chuyển

Cần nâng
Móc

Hino H06C-T

Hãng sản xuất

HITACHI SUMITOMO

Công suất, kW

110 kW

Momen xoắn cực đại

530 Nm

Tốc độ quay

4 Vòng/phút

Tốc độ di chuyển

1.8 km/h

Khả năng leo dốc

21.8 Độ

Áp suất tác dụng lên đất

0.55 kN/m2

Chiều dài dải xích

4490 mm

Chiều rộng dải xích

3300 mm

Chiều rộng guốc xích

760 mm

Chiều dài cơ sở

10000 mm

Chiều dài lớn nhất

34000 mm

Tốc độ nâng

70 m/phút

Khả năng nâng

2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

30 Tấn


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
2.1. Sơ đồ mạch thủy lực thiết kế
16

14

15a

15b

17a

17b

13b

13a

19

18
12a

12b
11a

11b

10

11c

21

20

22

23

9

I II

I II III

6
8a

III

I II

III

7c

7a
4a
1

M

5a
2a

5b
3

M

4b

7b 8b

2b

Hình 2.1. Sơ đồ mạch thủy lực thiết kế.
Chú thích:
1- Thùng dầu. 2- Lọc dầu. 3- Bộ làm mát dầu. 4- Động cơ dẫn động bơm. 5- Bơm piston
roto hướng trục. 6,22- Bộ ổn định vận tốc. 7- Khóa. 8- Đồng hồ đo áp suất. 9,23- Van an
toàn - tràn. 10,20,21- Van phân phối 4/3 điều khiển bằng điện. 11- Van tác dụng khóa lẫn.
12- Van một chiều. 13- Bộ chia lưu lượng kiểu van con trượt. 14- Cặp piston, xilanh nâng
hạ cần lồng. 15- Cặp piston, xilanh điều khiển cơ cấu 17 bằng lực của người điều khiển.
16- Bình tích năng. 17- Cặp piston, xilanh mở phanh cho động cơ thủy lực. 18- Động cơ
thủy lực kéo tời kiểu piston roto hướng trục. 19- Động cơ thủy lực quay toa kiểu piston
roto hướng trục.

2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Động cơ quay sẽ dẫn động bơm quay theo. Bơm 5a cung cấp dòng dầu làm việc có
áp suất cao cho piston thủy lực 14 để nâng hạ cần lồng, bơm 5b cung cấp dòng dầu làm
việc cho động cơ thủy lực quay toa 19 và động cơ thủy lực kéo tời nâng hàng 18. Van an
toàn kiểu tràn 9,23 luôn luôn có chất lỏng qua van để duy trì áp suất trong hệ thống luôn ở
giá trị không đổi. Các bộ ổn định vận tốc được đặt ở cửa ra nhằm đảm bảo vận tốc của
piston nâng hạ cần lồng, các động cơ thủy lực luôn được ổn định.
Điều khiển động cơ thủy lực nâng hạ hàng:
15a

17a
18

20

11b
23

I

22

II III

M

5b
2b

4b

3

Hình 2.2. Sơ đồ điểu khiển động cơ thủy lực nâng hạ hàng.
+ Động cơ thủy lực kéo tời nâng hàng 18 được điều khiển nhờ van phân phối 20,
cùng với sự tác động của người lái vào bàn đạp 15a để điều khiển cơ cấu phanh 17a cho
động cơ thủy lực kéo tời nâng hàng hoạt động.
+ Hạ hàng: được thực hiện khi con trượt của cơ cấu phân phối 20 ở vị trí I và mở cơ
cấu phanh 17a nhờ tác động của người lái. Dầu được đẩy từ bơm 5b đến vị trí I của cơ cấu
phân phối qua van tác dụng khóa lẫn 11b, qua động cơ thủy lực kéo tời 18, rồi từ động cơ
thủy lực kéo tời về van tác dụng khóa lẫn, qua cơ cấu phân phối, qua bộ ổn định vận tốc
22, qua bộ làm mát dầu 3 rồi trở về thùng chứa dầu 1.
+ Nâng hàng: Khi con trượt của cơ cấu phân phối ở vị trí III, hành trình ngược lại so
với vị trí I.

+ Khi con trượt của cơ cấu phân phối ở vị trí II động cơ thủy lực kéo tời không làm
việc, dầu từ bơm 5b sẽ qua van tràn 23 và trở về thùng chứa dầu.


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
+ Van tác dụng khóa lẫn 11b được bố trí để khắc phục sự tụt hàng van phân phối ở vị
trí III.
Điều khiển piston 14 nâng hạ cần lồng như sau:
14

13a
12a

12b

11a

9

13b

10
I

II III
6

4a

M

3

5a
2a

Hình 2.3. Sơ đồ điểu khiển nâng hạ cần lồng.
+ Thực hiện hạ cần lồng: đẩy con trượt của van phân phối 10 sang vị trí I: dầu từ
bơm 5a theo đường ống đến vị trí I của van phân phối, qua van tác dụng khóa lẫn 11a, qua
van chia dạng con trượt 13a đến khoang dưới của xilanh 14. Dầu từ khoang trên của xilanh
14 được đẩy qua van một chiều 12b, qua van tác dụng khóa lẫn 11a đến van phân phối 10
qua bộ ổn định vận tốc 6, qua bộ làm mát dầu 3 rồi trở về thùng chứa dầu.
+ Đẩy con trượt sang vị trí III: Thực hiện hành trình ngược lại so với vị trí I. Lúc này
cặp piston xilanh thực hiện nâng cần lồng.
+ Đẩy con trượt ở vị trí II: Piston xilanh nâng hạ cần lồng không làm việc. Dầu từ
bơm 5a qua van tràn 9 trở về thùng chứa.
+ Bộ chia lưu lượng kiểu van con trượt 13 được bố trí trên các đường ống của các
xilanh nâng hạ cần có tác dụng chia lượng dầu đến hai xilanh song hành, để hai xilanh
cùng làm việc đồng thời, tránh hai xilanh làm việc không đều khi tải trọng đặt lên hai
xilanh khác nhau.
+ Van tác dụng khóa lẫn 11a được bố trí để khắc phục sự tụt hàng van phân phối ở vị
trí III.
Điều khiển động cơ thủy lực cơ cấu quay toa 19 như sau:


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
15b

17b
19

21

11c
23

I

22

II III

M

5b
2b

4b

3

Hình 2.4. Sơ đồ điểu khiển động cơ thủy lực cơ cấu quay toa.
+ Động cơ thủy lực điều khiển cơ cấu quay toa 19 được điều khiển nhờ van phân
phối 21, cùng với sự tác động của người lái vào bàn đạp 15b để điều khiển cơ cấu phanh
17b cho động cơ thủy lực quay toa hoạt động.
+ Quay toa theo chiều cùng chiều kim đồng hồ: được thực hiện khi con trượt của cơ
cấu phân phối 21 ở vị trí I và mở cơ cấu phanh 17b nhờ tác động của người lái. Dầu được
đẩy từ bơm 5b đến vị trí I của cơ cấu phân phối qua van tác dụng khóa lẫn 11c, qua động
cơ thủy lực quay toa 19, rồi từ động cơ thủy lực quay toa về van tác dụng khóa lẫn 11c,
qua cơ cấu phân phối 21, qua bộ ổn định vận tốc 22, qua bộ làm mát dầu 3 rồi trở về thùng

chứa dầu 1.
+ Quay toa theo chiều ngược lại: Khi con trượt của cơ cấu phân phối 21 ở vị trí III,
hành trình ngược lại so với vị trí I.
+ Khi con trượt của cơ cấu phân phối 21 ở vị trí II động cơ thủy lực quay toa không
làm việc. Dầu từ bơm 5b qua van tràn 23 trở về thùng chứa.

3. KHẢO SÁT BỘ CHIA LƯU LƯỢNG KIỂU VAN CON TRƯỢT (CHI TIẾT THẦY
GIAO).


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
3.1. Sơ đồ kết cấu

Hình 3.1. Kết cấu bộ chia lưu lượng kiểu van con trượt.
1- Vỏ bộ chia lưu lượng. 2- Van chia lưu lượng. 3- Lò xo. 4- Lỗ thông với đường dầu tới
xylanh lực. 5- Lỗ tiết lưu cố định. 6- Lỗ thông với đường dầu từ bơm. 7- Vỏ van chia lưu
lượng.
3.2. Nguyên lý làm việc
Bộ chia lưu lượng kiểu van con trượt, phụ thuộc vào áp suất làm việc giữa hai cửa ra
của van chia (PL1 và PL2). Trên van chia lưu lượng (2) có khoan lỗ tiết lưu (5) để đưa dầu
ra hai phía đầu lỗ (4).


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC

Hình 3.2.
Khi lưu lượng chảy qua hai lỗ tiết lưu (5) là như nhau Q1 = Q2 thì áp suất ở hai đầu
ống trượt P1 = P2. Khi đó ống trượt (2) được định vị ở giữa vỏ van (7) (Hình 3.2.)

Hình 3.3.

Nếu áp suất một cửa ra của van thay đổi dưới tác dụng của tải trọng PL1 > PL2, thì
lưu lượng dầu sẽ dồn về phía áp suất thấp P2, gây ra sự chênh lệch áp suất tại lỗ tiết lưu (5)
và PL2. Áp suất P1 sẽ tác dụng vào van chia lưu lượng (2) đẩy dịch chuyển sang trái đóng
bớt lưu lượng Q2 cho đến vị trí mà lưu lượng ở hai cửa Q1 = Q2. (Hình 3.3. ).


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Như vậy khi áp suất làm việc ở hai cửa ra thay đổi, van chia lưu lượng (2) cũng
chuyển động liên tục nhằm đảm bảo cho lưu lượng giữa hai cửa là như nhau.
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
4.1. Tính toán thiết kế xilanh nâng hạ cần trục
Theo máy mẫu thì bán kính làm việc của cần trục là (R =

30 0 → 80 0

việc ổn định của cần trục khi cần trục làm việc ở bán kính là (R =

), ta xét chế độ làm

30 0 → 54,50 )

. Để tính các

thông số cần thiết cho piston, ta xét trường hợp hạ cần trục khi cần trục đang làm việc ở
góc = 54,40

y

y

20°

F1

F

22°

F2
°
54, 4

o
Trong đó: O - Tâm quay của cần trục
F - Tải trọng nâng cho trước F = 20 tấn
F1

- Lực giữ cần trục
F2

- Lực tác dụng vào piston xilanh nâng hạ cần

o

x


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Theo sơ đồ trên thì tổng các lực tác dụng trên phương X là:

∑F

X

=0

F1 sin(200 + (900 − 54,4 0 )) + F2 sin(22 0 + (900 − 54,4 0 )) = 0
F1 sin(55,6 0 ) + F2 sin(57,6 0 ) = 0

(1)

∑ Fy = 0
F2 cos(200 + (900 − 54,4 0 )) + F1 cos(20 0 + (900 − 54,4 0 )) + F = 0
F2 cos(57,6 0 ) + F1 cos(55,6 0 ) + F = 0

(2)

Từ phương trình (1) ta suy ra F2:
F1 =

− F2 . sin 57,6 0
sin 55,6 0

(3)

Thay phương trình (3) vào phương trình (2) ta được:
F2 . cos 57,6 0 −
F2 =

F2 . sin 57,6 0

. cos 55,6 0 + F = 0
0
sin 55,6

−F
= 4638671 N
sin 57,6 0
0
0
cos 57,6 −
. cos 55,6
sin 55,6 0

Ft
Fmsc

Fqt

Q2

d

p2
p1

D

A2
Fmsp
A1

Q1
G

Hình 4.1 Sơ đồ tính toán xilanh lực
Phương trình cân bằng lực cụm xilanh - piston trong trường hợp đang xét:


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
p1.A1 - p2.A2 - Ft - Fmsp - Fmsc - Fqt + G = 0
Trong đó :
p1 - Áp suất dầu ở buồng công tác
p2 - Áp suất dầu buồng mang cần piston
A1 =

A1 - Diện tích piston buồng công tác,

π .D 2
4

A2 =

π .( D 2 − d 2 )
4

A2 - Diện tích piston buồng mang cần ,
Ft - Tải trọng công tác , Ft = F2 = 4638671 N
Fmsp - Lực ma sát giữa piston và xilanh
Fmsc - Lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít
Fqt - lực quán tính

G - Tải trọng của piston, chọn G = 10000 N
Lực ma sát giữa piston xilanh ( lực ma sát ở đây là ma sát ướt do có màng dầu làm
việc bôi trơn )
Fmsp = N.
[1- tr104]
Trong đó:
- Hệ số ma sát ướt. Phụ thuộc cặp vật liệu xilanh là thép và vòng găng bằng
gang, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ nhớt của dầu. = ( 0,09 0,15 ) , chọn = 0,1
N - Lực của các vòng găng tác dụng lên xilanh và được tính:
N = .D.b.(p2 + pk) + .D.b.(z - 1).pk
[1- tr105]
b - Bề rộng vòng găng, chọn b = 20 mm
p2 - Áp suất buồng mang cần piston, ở chế độ ổn định cho p2 = 0
z - Số vòng găng, chọn z = 3
pk - Áp suất giữa vòng găng và xilanh, pk ( 0,7 1,4 ) kG/cm2
Ban đầu chọn pk = 1 kG/cm2 = 9,81.104 N/m2
Lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít:
Fmsc = 0,15.f..d.c.p
[1- tr105]
Trong đó:
0,15: Hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn
f - Hệ số ma sát ướt giữa cần và vòng chắn, phụ thuộc cặp vật liệu cần piston là
thép và vòng chắn bằng gang, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ nhớt của dầu chọn f = 0,1
d - Đường kính cần piston
c - Chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần, chọn c = d
p - Áp suất tác dụng vào vòng chắn, p = p2 = 0
Lực quán tính:
Fqt = m.a
m - Khối lượng cụm chuyển động liên quan đến piston
a - Gia tốc chuyển động của cụm piston chuyển động tịnh tiến

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Vì vận tốc khi nâng hạ cần là ổn định ( có thể thay đổi nhưng rất nhỏ ), vậy nên gia
tốc a sẽ có giá trị vô cùng nhỏ. Do đó F qt sẽ có giá trị rất nhỏ, để đơn giản trong quá trình
tính toán ta bỏ qua Fqt. Thay các giá trị vào phương trình:
p1.A1 - p2.A2 - Fmsp - Fmsc - Fqt - Ft - G = 0
π .D 2 π .( D 2 − d 2 )
4
4

p1. - p2.
- 0,1.[.D.b.(p2 + pk) + .D.b.(z - 1).pk]
2
- 0,15.f..d .p - Ft - G = 0
π .D 2
4

p1. - 0,4..D.b.pk - Ft - G = 0
Do áp suất làm việc lớn 14 MPa, để đảm bảo điều kiện làm việc của cần, với áp suất
và tải trọng lớn chọn: d = 0,7D
[ 4 - tr112]
Điều kiện để cần trục hạ được: Vì ta sử dụng hai xilanh nâng hạ cần lồng nên
2.p1.A1
2.p2.A2 + 2.Fmsp + 2.Fmsc + 2.Fqt + Ft + 2G
π .D 2
4

2.p1. 0,8..D.b.pk + Ft + 2G
Với điều kiện để tính diện tích A1 và A2 ta cho vế trái bằng vế phải

p1.

π .D 2
2

0,8.D.b.pk + Ft + 2G
3,14.D 2
2

14.106.
= 0,8.3,14.D.0,02.9,81.104 + 4638671 + 2.10000
21980000.D2 - 4928.D - 4658671 = 0
Suy ra: D = 0,46 m = 46
cm
Vì hai xilanh nâng hạ cần lồng đồng dạng với nhau nên đường kính piston của mỗi
xilanh sẽ là:
Dp

=

D
2

=
46
2

= 23

cm

Chọn Dp = 23 cm
Đường kính cần piston của mỗi xilanh nâng hạ cần là:
d = 0,7 Dp = 0,7.23 = 16,1
cm
chọn d = 17
cm
Diện tích piston công tác:


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
A1 =

π .D 23,14.232
4
4

=

cm2

= 415,265

Diện tích piston buồng mang cần:
3,14.( 232 − 17 2 )
4

A2 =
= 188,4
cm2
Điều kiện để cần trục nâng được: Vì ta sử dụng hai xilanh nâng hạ cần lồng nên

2.p2.A2
2.p1.A1 + 2.Fmsp + 2.Fmsc + 2.Fqt + Ft + 2.G
π .( D 2 − d 2 )
4

2.p2.
0,8..D.b.pk + 646539.D2 + Ft + 2.G
Với điều kiện để tính diện tích A1 và A2 ta cho vế trái bằng vế phải, d = 0,7D:
p2.

π .0,3.D 2
2

0,8..D.b.pk + 646539.D2 + Ft + 2.G

3,14.0,3.D 2
2

14.106.
= 0,8.3,14.D.0,02.9,81.104 + 646539.D2 + 4638671 + 20000
5947461.D2 - 4928,54.D - 4658671 = 0
Suy ra: D = 0,88 m = 88
cm
Vì hai xilanh nâng hạ cần lồng đồng dạng với nhau nên đường kính piston của mỗi
xilanh sẽ là:
Dp

=

D

2

=
88
2

= 44

cm
Chọn Dp = 44
cm
Đường kính cần piston của mỗi xilanh nâng hạ cần là:
d = 0,7.Dp = 0,7.44 = 30,8
cm
chọn d = 30 cm
Diện tích piston buồng công tác mang cần:

A2 =

π .( D 2 − d 2 )3,14.( 442 − 30 2 )
4
4

=

= 813,26 cm2

Diện tích piston buồng không mang cần:

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
3,14.442
4

A1 =
= 1519,76
cm2
Kết luận: Vì phải thỏa mãn điều kiện nâng cần nên chọn
Dp = 44 cm , d = 30 cm. Theo tiêu chuẩn chọn Dp = 45 cm, d = 320 cm.
1 2

34 567

8 9 10

11 12 13 14 15 16 17

22 21

19 18
20
Hình 4.2. Sơ đồ kết cấu xilanh thủy lực.
1- Bạc. 2- Tai của cần bẩy. 3- Thiết bị khử bẩn. 4,5,8,13- Vòng bích. 6- Vòng phớt của cần

đẩy.7,12- Vòng giữ phốt. 9- Nắp trước.10- Đai ốc hãm.11- Cơ cấu giảm chấn. 14- Vòng
phớt piston. 15- Piston. 16- Đai ốc piston. 17- Chốt hãm. 18- Cần đẩy. 19- Xilanh có nắp
sau. 20- Mép biên nắp. 21- Bạc nắp trước. 22- Đai ốc của thiết bị khử bẩn.

Hình 4.3. Hình ảnh thực tế của xilanh lực.
4.2. Tính toán sơ bộ cho động cơ kéo tời

Tải trọng nâng đề tài cho là:
G = 20
tấn
Chọn độ cao nâng hàng là:
H = 13.5
m
Tốc độ nâng của máy mẫu là: V = 70 m/ph = 1,2 m/s
Để kéo hàng lên độ cao H = 13.5 m, thì phải mất chiều dài ( l ) cáp nâng.
Vì dùng hệ ròng rọc kép để nâng hàng nên sẽ giảm được hai lần tải trọng ngoài tác
dụng nhưng lại thiệt về hai lần đường đi kéo vật.
l = 2.H = 2.13,5 = 27 m
Để kéo hàng lên độ cao H phải mất một thời gian t:
t=

l
27
=
= 22,5
V 1,2

s


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Số vòng quay của tang tời khi kéo hàng lên độ cao H là:
nt =

l
l
=

chuvi 2.π .Rt

Rt là bán kính tang tời kéo cáp nâng hạ hàng, lấy tăng thêm 25% do đường kính của
cáp tời kéo nên bán kính tang tời sẽ gia tăng bán kính trong quá trình kéo.
Lấy: Rt = 0,2 m; tăng 25% nữa, do đó Rt = 0,2 + 0,2.25% = 0,25
nt =

l
27
=
= 17,2
2.π .Rt 2.3,14.0,25

vòng

Suy ra số vòng quay của động cơ nâng hạ hàng:
n=

nt 17,2
=
= 0,76
t
22,5

vg/s = 45,6
Momen quay của tang tời:
Mt = Fcd.Rt
Với Fcd - Lực căng dây khi kéo cáp nâng hạ hàng
F - Tải trọng nâng
Fcd =

vg/ph

F 20000.9,81
=
= 98100
2
2

N

Vậy: Mt = Fcd.Rt = 98100.0,25 = 24525
Nm
4.3. Tính chọn động cơ thủy lực
Động cơ thủy lực biến năng lượng thủy lực từ bơm dầu thành momen quay để dẫn
động tang tời quay tròn làm việc.
Trên xe cần trục bánh xích thì động cơ thủy lực kéo tời và động cơ thủy lực quay toa
làm việc với áp suất dầu rất cao (14 MPa). Vì công suất máy lớn và làm việc với momen
cao và áp suất cao. Chính vì lý do đó mà ta phải chọn loại động cơ thủy lực làm việc với
áp suất cao. Vì vậy ta chọn động cơ thủy lực loại piston roto hướng trục, vì loại này có đặc
điểm sau:
Áp suất làm việc không phụ thuộc vào lưu lượng và số vòng quay.
Dễ dàng điều chỉnh lưu lượng khi áp suất và số vòng quay không đổi.
Hiệu suất cao (tổn thất do cơ khí nhỏ, tổn thất rò rỉ ít). η = 0,97 – 0,98
Việc đưa chất lỏng vào ra khỏi xylanh thực hiện thông qua đĩa phân phối.
4.3.1. Lực và momen tác dụng lên động cơ thủy lực:
Xét động cơ đang thực hiện quá trình kéo hạ hàng thì tải trọng tác dụng lên trục động
cơ một lực và momen tương ứng, trong động cơ áp suất chất lỏng tác dụng lên piston làm
đầu piston tỳ vào đĩa nghiêng sinh ra momen làm roto quay.
Gọi F là áp lực chất lỏng tác dụng lên piston:

F = p.

π .D 2
4

trong đó: p là áp suất dầu trong xilanh bơm piston
D là đường kính xilanh bơm piston roto


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
x

0
Q
F

y
F

A
N

x

y
T
A
x

Q

Qn

Rx

x

y
Áp lực chất lỏng F thông qua đầu piston tác dụng lên đĩa nghiêng và phân thành 2 lực

N và Q theo các phương như hình đã vẽ.
N = F.cos : Thẳng góc với mặt phẳng đĩa
Q = F.sin : Nằm trong mặt phẳng đĩa và song song với trục x
Lực Q trong mặt phẳng đĩa nghiêng được phân thành lực vòng T và một lực hướng
tâm Qn. Lực vòng T này sẽ tạo nên momen quay trên trục động cơ kéo tời.
T = Q.sin
Qn = Q.cos
Momen do lực T tạo ra trên trục ( tính cho một piston )
M = T.Rx = Q.sin.Rx = Rx.F.sin.sin
Trong đó: Rx - Bán kính của mặt trụ phân bố các trục xilanh.

∑M

- Tổng của momen do các piston ở trong khu vực có áp suất tác dụng
m

m

i =0

i =0

∑ M = ∑ Ti.Ri = F .R. tan γ .∑ (ϕ + i.a)
gây ra:
Với:
R = Rx.cos
a=

2.π
z

: là góc giữa hai piston kề nhau
Ta có thể nhận thấy rằng khi Q = Qmax thì M = Mmax và khi Q = Qmin thì M = Mmin tức
là momen thay đổi phụ thuộc góc nên có thể điều chỉnh momen quay của động cơ thủy


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
lực bằng cách thay đổi góc nghiêng của đĩa mà không cần thay đổi áp suất làm việc của
chất lỏng.
Trong động cơ thiết kế này thì tổng momen được xác định như sau:
m

∑ M = ∑ Ti.Ri = M
i =0

dctl

Với:

m - số xilanh của động cơ thủy lực
Mdctl - Momen động cơ thủy lực

Momen động cơ thủy lực bao gồm (Ma, Mn, Mms)
Momen do lực quán tính:
Ma = J.
(Nm)
Trong đó:
J - Momen quán tính khối lượng trên trục động cơ dầu, kgm 2
- Gia tốc góc của trục động cơ, rad/s2
Vì trong quá trình nâng hàng vận tốc góc của động cơ dầu thay đổi rất nhỏ nên sẽ rất
nhỏ do đó Ma sẽ rất nhỏ, để đơn giản quá trình tính toán ta bỏ qua Ma
Do ma sát giữa xilanh và piston trong động cơ piston roto hướng trục là ma sát ướt
nên momen ma sát ướt Mms thường bằng 10% Mdctl .
Mms = 10%.Mdctl = 0,1.Mdctl
(Nm)
Momen do tải trọng ngoài tác dụng lên trục động cơ dầu M n, giả sử tang tời được nối
với động cơ thủy lực thông qua khớp nối thì:
Mn = Mt = 24525
Nm
Momen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục động cơ thủy lực:
Mdctl = Ma + Mms + Mn
= 0 + 0,1.24525 + 24525 = 26977,5
Nm
Theo quá trình tính toán ở trên ta có các thông số làm việc của động cơ thủy lực như
sau:
Momen động cơ thủy lực: Mdctl = 26977,5
Số vòng quay của động cơ: ndc = 45,6
Áp suất chất lỏng làm việc đề tài cho: p = 14
Hiệu suất của bơm và động cơ thủy lực như nhau.
ηQb = ηQdc = 0,98
ηckb = ηckdc = 0,95
ηtlb = ηldc = 1

Trong đó: ηQ: Hiệu suất lưu lượng
ηck: Hiệu suất cơ khí
ηtl: Hiệu suất thủy lực
4.3.2. Các thông số làm việc cơ bản của động cơ thủy lực:
Momen quay lý thuyết của động cơ thủy lực là:
M ltdc =

M dctl 26977,5
=
= 28397 ,4
ηck
0,95

lượng riêng lý thuyết của động cơ thủy lực là:

Nm
vg/ph
MPa

Nm

Lưu


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
qltdc =

Ta có:

2.π

2.3,14
.M ltdc =
.28397 ,4
p
14.10 6

= 13.10-3
m3/vg
Lưu lượng lý thuyết của động cơ thủy lực
Qltdc = qltdc.n = 13.10-3 .45,6
= 0,59 m3/ph = 9,83.10-3
m3/s
Lưu lượng thực của động cơ thủy lực:
Qdc = Qltdc.ηQdc = 9,83.10-3.0,98 = 9,63.10-3
m3/s
Công suất thủy lực:
Ntl = p.Qdc = 14.106.9,63.10-3= 134820 W = 135
kW
Công suất trên động cơ thủy lực là:
N = Ntl.ηck.ηQ= 135.0,95.0,98 = 125
kW
- Các kích thước cơ bản của động cơ thủy lực:
+ Chọn số piston:
Số piston của máy piston roto hướng trục thường chọn từ 7 đến 11. Với động cơ
thường chọn như sau:

[4- tr 170]

Lưu lượng riêng
cm3/vg

100

÷

100

>250

250
Số xilanh z

7

9

11

Chọn số xilanh z =11.
qltdc =

π .d 2
π .d 2
π .d 3
.S .z =
.Dr . tan γ .z =
.m. tan γ .z
4
4
4

Ta có:
[2- tr 255]
Trong đó: m - tỷ số giữa đường kính vòng tròn chia Dr với đường kính piston d, xác
định theo tỷ lệ sau:

[2- tr 256]

z

7

m

3,1

9
3,6

11
4,5

Trong đó:
z - Số xilanh của động cơ thủy lực, chọn z = 11 nên m = 4,5
- Góc nghiêng của đĩa, ta lấy max = 300 ( đối với động cơ thủy lực ).
Sở dĩ phải hạn chế góc không quá lớn vì tăng góc hành trình của các piston sẽ tăng,
nhưng lực tác dụng lên các chi tiết cũng tăng ảnh hưởng đến độ bền các chi tiết.


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC

1 2

A

3

4

5

A-A
d

b

Dr

a
8 7

A

6

Sơ đồ tính toán các kích thước của động cơ thủy lực
1- Đĩa nghiêng. 2- Stato. 3- Lò xo. 4- Nắp cố định. 5- Các rãnh vòng cung.
6- Gờ ngăn cách giữa hai rãnh vòng cung. 7- Piston. 8- Rôto.
Đường kính d được xác định, lấy tròn theo tiêu chuẩn, sau đó xác định các kích thước
của bơm.

Đường kính piston:
d =3

4.qltdc
4.13.10 −3
3 =
π .m.z. tan γ π .4,5.11. tan 30 0

= 0,083 m = 83
mm
chọn d = 83 mm
Đường kính vòng chia:
Dr = m.d = 4,5.0,083 = 0,374
m
Hành trình piston:
S = Dr.tan = 0,374.tan300 = 0,216
m
4.4. Tính chọn bơm:
Tổng momen gây ra trên trục máy là tổng của momen do các piston ở trong khu vực
có áp suất tác dụng gây ra.
Trong động cơ thiết kế này thì tổng momen được xác định như sau:
m

∑ M = ∑ Ti.Ri
i =0

= Mb
m - Số xilanh của bơm thủy lực
Vì trong hệ thống ta cần thiết kế nên ta chọn bơm piston roto hướng trục có thể tạo ra
một momen Mb bằng momen lý thuyết của động cơ thủy lực.

Mb = Mltdctl = 28397,4
Nm
Vì bỏ qua tổn thất trên đường ống và tại các van nên lưu lượng lý thuyết của động cơ
chính là lưu lượng thực của bơm, trong hệ thống có tất cả hai bơm
Qltdc = Qb = 9,83.10-3
m3/s
Lưu lượng lý thuyết của bơm:


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Qltb

=

Qb
ηQ

=

9,83 .10−3
0,98

= 10.10-3
m3/s
Ta cần tính áp suất mà bơm phải tạo ra được để có thể đảm bảo cung cấp đủ cho

động cơ làm việc và một số hệ thống khác:
Áp suất của bơm được xác định là:
pb = p + p
Trong đó: p - Áp suất của dầu làm việc trong hệ thống (theo đề tài cho p = 14 MPa)

p - Tổn thất áp suất trên đường ống nén, đây là sự giảm áp suất do lực cản
trên đường chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ dầu và xilanh
truyền lực)
Giả sử dòng chất lỏng chảy trong ống là ổn định thì tổn thất gây ra trong hệ thống
thủy lực gồm có hai loại: tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ.
Để tính tổn thất áp suất trong quá trình làm việc đầu tiên ta cần xác định đường kính
ống và trạng thái dòng chảy ở từng đoạn ống.
4.4.1. Tính toán ống dẫn:
Ta phải dựa vào các thông số về đặc tính của bơm và các đặc điểm thủy lực đường
ống. Ống dẫn phải là loại đường ống được dùng trong điều khiển thủy lực là phổ biến, có
thể chịu được va đập và nhiệt độ cao thường được làm bằng đồng, thép, vải cao su. Để
giảm tổn thất thủy lực ta cần thiết kế đường ống có chiều dài ngắn nhất có thể, ít bị uốn, ít
bị gấp khúc và ít bị giảm tiết diện.
Áp suất làm việc của hệ thống thủy lực là p = 14 MPa, ta chọn dầu công nghiệp 50 có
độ

nhớt

động

học

v

=

58.10-6

m2/s,

khối

lượng

ρ

= 930 kg/m3
Lưu lượng dòng chảy trong ống: Q, m3/s
π .D 2 .v
4

Q=
Trong đó:
d- đường kính trong của ống,
v- vận tốc dòng chảy trong ống,

[1 - tr82]
(m)
(m/s)

riêng


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
4.Q
π .v

Suy ra: d =
Xác định đường kính trong của ống hút, chọn v1 = 1
4.Q 4.10.10

π .v1 π .1,5

m/s

−3

d1 = =
= 0,092 m = 92
Xác định trạng thái dòng chảy trong đoạn ống này:

mm

v1.d1 0,092
v 58.10 −6

Re1 = =
= 1586
Với độ nhớt động học của dầu công nghiệp 50 là v = 58.10-6

m2/s

Vì Re1 = 1586 < 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng
Hệ số ma sát dọc đường 1 trên đường ống này là:
64 64
Re1586
1

1 = = = 0,04
Xác định đường kính trong của ống nén, ta chọn v2 = 6

4.Q 4.10.10 −3
π .v2
π .6

d2 = =
= 0,046 m = 46
Xác định trạng thái dòng chảy trong đoạn ống này:

[2 - tr284]
m/s

mm

v2 .d 62 .0,046
v 58.10 −6

Re2 = =
= 4658
Với độ nhớt động học của dầu công nghiệp 50 là v = 58.10-6
m2/s
Vì Re2 = 4658 > 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy rối
Hệ số ma sát dọc đường 2 trên đường ống này tính theo công thức Blasius:
0,31640,3164
Re 0, 2546580 , 25

= =
= 0,038
Xác định đường kính trong của ống xả, chọn v3 = 1
2

4.Q 4.10.10 −3
π .v3
π

d3 = =
= 0,092 m = 92
Xác định trạng thái dòng chảy trong đoạn ống này:

[2 - tr284]
m/s

mm

v3 .d 3 0,092
v 58.10 −6

Re3 = =
= 1586
Với độ nhớt động học của dầu công nghiệp 50 là v = 58.10-6
m2/s
Vì Re3 = 1586 > 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng
Hệ số ma sát dọc đường 2 trên đường ống này là:
64 64
Re1586
1

= = = 0,04
Tổn thất áp suất toàn bộ trên đường ống nén từ bơm đến động cơ thủy lực:
+ Tổn thất dọc đường: là tổn thất xảy ra trên đường di chuyển của chất lỏng, chủ yếu
3

là do ma sát. Ta có công thức tính tổn thất áp suất dọc đường của dòng chất lỏng:


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
pa

=

(λ.

l
d

+
ξv

).

ρ .v 2
2

(N/m2)
[1 - tr91]
+ Tổn thất cục bộ: là tổn thất xảy ra khi dòng chất lỏng chảy qua các thiết bị thủy lực,

như là khóa van hoặc do biến dạng hay thay đổi hướng vận tốc của dòng chảy tổn thất này
được tính như sau:
pb

=

ξ

.

ρ .v 2
2

(N/m2)

[1 - tr91]
Vậy tổn thất áp suất toàn bộ là:
p = pa + pb
(N/m2)
[1 - tr91]
Trong đó:
- Khối lượng riêng của dầu công nghiệp 50, = 930
kg/m3
[1 - tr21]
v - Vận tốc trung bình của dầu,
m/s
l - Chiều dài ống dẫn,
m
d - Đường kính ống,
m
Các hệ số tổn thất sau được chọn ở
[1 - tr91, 92]

ξv

= (0,51,0) hệ số cản vào ống, phụ thuộc vào bề mặt làm việc của ống. Ta chọn
ξv

= 0,7

ξ
-

Hệ số tổn thất cục bộ, được xác định theo từng loại thiết bị


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Van

cản

không

khí

lực

lò

xo:

ξ van

= 23

Van

giảm

áp:

ξ

=3
Khóa

thẳng:

ξ

= 0,51
Các

ống

nối

thẳng:

ξt

= 0,1 0,15
Đầu

nối

với

góc

ngoặc

900:

ξn

=

1,5

2,

chọn

ξn

= 1,5
Van

phân

phối

ξ

=

2

4,

chọn

ξ

=3
Tổn thất áp suất dọc đường trên đường ống nén p a, với chiều dài l = 4 m, hệ số cản
vào

ống

ξv

= 0,7; đường kính trong của ống nén d 2 = 0,046 m; hệ số tổn thất cục bộ tại đầu nối với góc
ngoặc

900:


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
ξn

= 1,5; 2 = 0,04; v2 = 6 m/s
pa

=

(λ2.

l
d2

+
ξv

+

2.

ξn

).

ρ .v2
2

2

N/m2
4
0,046

930.6 2
2

pa = (0,04. + 0,7 + 2.1,5). = 120164
N/m2
Tổn thất áp suất trên van phân phối p b1, với vận tốc dòng chảy qua van v = 6 m/s, hệ
số tổn thất cục bộ =3
pb1

=

ξ
ρ .v 2 930.6 2
2
2

. = 3. = 50220
N/m2
Tổn thất áp suất trên van tác động khóa lẫn p b2, hệ số tổn thất cục bộ = 2, vận tốc
dòng chảy qua van v = 6
pb2

m/s
=

ξ
ρ .v 2 930.6 2
2
2

. = 2. = 33480
N/m2
Vậy tổn thất áp suất toàn bộ trong hệ thống p là:

p = pa + pb1 + pb2
= 120164 + 50220 + 33480 = 203864

N/m2


ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Suy ra bơm cần cung cấp cho hệ thống một áp suất pb
pb = p + p = 14.106 + 203864 = 14203864
N/m2
4.4.2. Các thông số làm việc cơ bản của bơm:
Bơm cần cung cấp cho hệ thống một áp năng pb và một momen Mb
Mb = Mltdctl = 28397,4
Nm
Momen lý thuyết của bơm:
Mb28397 ,4
η ck 0,95

Mltb = =
= 29892
Lưu lượng riêng lý thuyết của bơm là:

Nm

2.π
.M ltb 2.3,14 .29892
pb
14203864

qltb =

=
Ta có:
qltdc.ndc = qltb.nb

= 13,2.10-3

m3/vg

qltdc .ndc13.10 −3.45,6
qltb 13,2.10 −3

Suy ra: nb =
=
= 44,9
Lưu lượng lý thuyết của bơm:
Qltb = qltb.nb = 13,2.10-3.44,9= 0,592 m3/ph = 9,8.10-3
Lưu lượng thực của bơm:
Qb = Qltb. = 9,8.10-3.0,98 = 9,6.10-3
Công suất thủy lực:
Ntl = pb.Qb = 14203864.9,6.10-3 = 1363587 W = 136
Công suất trên trục bơm:
N tl 136
η ck .η0Q,95.0,98

Ntr = =
= 146
Đường kính piston bơm:
d =3

vg/ph

m3/s
m3/s
kW

kW

4.qltb
π .m.z. tan γ

Trong đó:
m - Tỉ số giữa đường kính vòng tròn chia D r với đường kính piston d, m =
Dr
d

z - Số xilanh của bơm, chọn z = 11 thì m = 4,5
- Góc nghiêng của đĩa, chọn = 250
Đường kính piston:
d =3

4.qltb
4.13,2.10 −3
3
π .m.z. tan γ 3,14.4,5.11. tan 250

=

Chọn d = 89
Đường kính vòng chia:

= 0,089 m = 89

mm
mm