Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực trong xe nâng đẩy hàng

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
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

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 điều khiển
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
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:
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.
6
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC

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