THIẾT kế hệ THỐNG (THỦY lực KHÍ nén SLIDE)

CENNITEC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Một hệ thống thủy lực bao gồm 2 xy lanh và 1 động cơ thủy lực làm việc với các
yêu cầu như sau: xy lanh A di chuyển một khối lượng 3600 kg trên hành trình 600
mm với vận tốc trung bình là 0.2 m/s cho cả hai hành trình đi và về. Thời gian gia
tốc để đạt đến vận tốc trung bình trên là 1/5 trên tồn bộ thời gian của hành trình.
Xy lanh B dịch chuyển một khối lượng là 6000 kg trên hành trình 350 mm. Trong
đó, 200 mm đầu tiên xy lanh này dịch chuyển với vận tốc là 0.15 m/s và phần
hành trình cịn lại với vận tốc là 0.05 m/s Vận tốc hành trình về là 0.2 m/s.
Động cơ thủy lực được thiết kế quay một hướng và nó cung cấp mơ-men quay là
50 daNm với vận tốc quay 140 vịng/phút, chỉ trong hành trình đi ra của xy lanh B.
Chu trình làm việc được qui định như sau:
1. Xy lanh A đi ra
2. Xy lanh B ra nhanh
3. Xy lanh B ra chậm và động cơ thủy lực quay
4. Xy lanh B trở về
5. Xy lanh A trở về
Dầu được sử dụng có độ nhớt là 30 cSt, áp suất làm việc là 90 bar.
Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xác định các cơ cấu chấp hành
Xy lanh A dịch chuyển khối lượng 3600 kg trên hành trình 0.6 m với vận tốc 0.2
m/s. Lực cần thiết để cân bằng với khối lượng là:

P = mg = 3600 x 10 = 36 000 N = 3600 daN
Lực cần để gia tốc khối lượng là
F = mγ, với v = γt hay γ = v/t’
Thời gian cần để xy lanh A thực hiện hết chu trình là:
t = 0.6 / 0.2 = 3 s
Thời gian cần để xy lanh gia tốc là
t’ = (1/5) x 3 = 0.6 s
Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Gia tốc của xy lanh là

γ = v/t’= 0.2/0.6=0.333 m/s2
Suy ra
F = mγ = 3600 x 0.333 = 1198 N = 120 dNa
Tổng lực tác động lên xy lanh sẽ là:
3600 + 120 = 3720 dNa
Nếu hiệu suất của xy lanh là 0.9 thì diện tích của xy lanh sẽ là
S = 3720 / (0.9 x 90) = 45.92 cm2
Chọn xy lanh có đường kính piton là D = 80 mm, khi đó diện tích xy lanh sẽ là S
= 50 cm2.
Áp suất cần cung cấp cho xy lanh sẽ là
P = F/S = 3720 / (0.9 x 50) = 82.6 bar

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Theo catalog, xy lanh có đường kính D = 80 mm có hai loại với đường kính ti
khác nhau là 45 mm và 56 mm.
Ti xy lanh A được giả định có đường kính là 45 mm.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2. Xy lanh B
Xy lanh B dịch chuyển một khối lượng 6000 kg trên hành trình 350 mm. Giai
đoạn 200 mm đầu xy lanh chuyển động nhanh với vận tốc là 0.15 m/s.
Thời gian thực hiện 200 mm đầu là:
200/150 = 1.33 s
Thời gian cần để gia tốc là:
t = 1.33/5 = 0.266 s
Gia tốc của xy lanh B là:
γ = 0.15/0.266 = 0.563 m/s2
Suy ra
F = mγ = 6000x 0.563 = 3378 N = 338 dNa
Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Lực cần để cân bằng với tải là
P = mg = 6000 x 10 = 60 000 N = 6000 daN
Tổng lực tác động lên xy lanh B là:
6000 + 338 = 6338 daN
Nếu hiệu suất của xy lanh là 0.9 thì diện tích của xy lanh sẽ là
S = 6338 / (0.9 x 90) = 78.24 cm2
Chọn xy lanh có đường kính piston D = 100 mm, diện tích xy lanh sẽ là 78.5 cm2.

Đường kính ti xy lanh là d = 56 mm.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3. Động cơ thủy lực
Động cơ thủy lực sẽ cung cấp một mô-men là 50 daNm dưới áp suất làm
việc 90 bar. Giả thiết rằng hiệu suất thể tích của động cơ là 0.92. Thể tích
riêng của động cơ là:
q = M/(15.9 x Δp x η)
= 500/(15.9 x 90 x 0.92)=0.379 lít
Dựa trên catalog của các nhà sản xuất, ta chọn động cơ có thể tích riêng là
0.293 lít và hiệu suất của động cơ là:
Hiệu suất cơ khí = 0.93
Hiệu suất thể tích = 0.95
Hiệu suất tổng = 0.883

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Áp suất làm việc cho động cơ là:
P = M/(15.9 x Thể tích riêng x Hiệu suất cơ khí )= 500/(15.9 x 0.293 x 0.93)=
115.4 bar
Lưu lượng cần cung cấp cho động cơ là
Q = (Thể tích riêng x Vận tốc)/Hiệu suất thể tích
= (0.293 x 140)/0.95 = 43.17 l/min
Hoặc 0.72 l/s

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xác định lưu lượng:
1. Xy lanh A
Đường kính piston D = 80 mm
Đường kính ti d = 45 mm
Diện tích piston S = 50 cm2
Diện tích vành khăn s = 35.36 cm2
Vận tốc v = 0.2 m/s
Lưu lượng cần cho hành trình đi ra của xy lanh là:
Q = Sv = 50 x 20 = 1000 cm3/s = 1 l/s
Lưu lượng cần cho hành trình đi về của xy lanh là:
Q’ = sv = 34.36 x 20 = 687.2 cm3/s = 0.7 l/s

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xy lanh B
Đường kính piston D = 100 mm
Đường kính ti d = 56 mm
Diện tích piston S = 78.5 cm2
Diện tích vành khăn s = 54 cm2
Vận tốc ra nhanh = 0.15 m/s
Vận tốc ra chậm = 0.05 m/s
Vận tốc về = 0.20 m/s
Lưu lượng cần cho hành trình đi ra nhanh của xy lanh là:
Q = Sv = 78.5 x 15 = 1177 cm3/s = 1.18 l/s

Lưu lượng cần cho hành trình đi ra chậm của xy lanh là:
Q’ = Sv’ = 78.5 x 5 = 392.5 cm3/s = 0.4 l/s
Lưu lượng cần cho hành trình đi về của xy lanh là:
Q’’ = sv’’= 54 x 20 = 1080 cm3/s = 1.1 l/s

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Thiết kế mạch thủy lực
Xy lanh A
Vì xy lanh A có vận tốc hành trình đi ra và về bằng
nhau nên cần thiết phải có van điều chỉnh lưu lượng
để chỉnh vận tốc xy lanh ở hành trình về. Vì đối với xy
lanh tác động kép thì vận tốc ở hành trình về ln lớn
hơn vận tốc hành trình đi ra nếu khơng có sự điều
chỉnh lưu lượng.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xy lanh B
Để xy lanh B có thể làm việc với hai vận tốc
khác nhau trên một hành trình ta có thể dùng
một phan phân phối 3/2 để chuyển mạch. Khi
cuộn dây Y5 được cấp điện, xy lanh B chuyển
sang làm việc với vận tốc chậm.

Cennitec

THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Áp suất làm việc của xy
lanh A và B là 90 bar, trong
khi áp suất làm việc của
động cơ thủy lực là 115
bar. Do vậy, cần thiết phải
có van giảm áp cho nhánh
hai xy lanh A và B. Mạch
thủy lực cho hai xy lanh A
và B được đề nghị như
sau:

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Động cơ thủy lực

Động cơ thủy lực chỉ làm việc 1 hướng (khi xy
lanh B đi ra) nên có thể sử dụng van phân phối 2
vị trí. Ngoài ra, một van phân phối 3/2 được lắp
kèm nhằm cho phép quay trục động cơ tự do khi
hệ thống đã ngừng làm việc.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Mạch thủy lực của hệ thống có thể được trình bày như sơ đồ dưới đây

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Cài đặt giá trị làm việc cho các van
1) Van giảm áp
Áp suất làm việc cho hai xy lanh A và B là 90 bar. Độ mất áp qua van điều
chỉnh lưu lượng E2 là 10 bar. Áp suất cần bù tại buồng xy lanh để cân bằng
với lực cản do van điều chỉnh lưu lượng tạo ra sẽ là:
10 x (54/78.5) = 7 bar
Giả thiết rằng độ mất áp qua van phân phối là 8 bar. Vậy giá trị cần cài đặt
cho van giảm áp sẽ là:
90 + 7 + 8 = 105 bar.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2) Van giới hạn áp suất
Áp suất làm việc của động cơ là 115 bar. Vậy áp suất cần cài cho van giới hạn
áp suất của hệ thống sẽ là:
115 + 10 +8 = 132 bar.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xác định lưu lượng cần cho các giai đoạn

Xy lanh A ra nhanh: Q = 1 l/s
Xy lanh B ra nhanh: Q = 1.2 l/s
Xy lanh B ra chậm và động cơ quay: Q = 0.4 + 0.72 = 1.12 l/s
Xy lanh B trở về: Q = 1.1 l/s
Xy lanh A trở về: Q = 0.7 l/s

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
e) Xác định kích thước các ống dẫn
Ống dẫn cho xy lanh A
Để có được dịng chảy tầng, vận tốc dầu trong các ống dẫn được thiết kế có
giá trị là 4 m/s. Lưu lượng trong trường hợp này là 1 l/s. Vậy tiết diện ống dẫn
cho xy lanh A là:
S = Q/v = 1000/400 = 2.5 cm2
Suy ra đường kính ống dẫn cho xy lanh A là : d = 18 mm. Theo catalog các
ống dẫn theo tiêu chuẩn ta chọn ống dẫn có đường kính là 3/4’’ ( d = 21 mm)
với tiết diện là s = 3.43 cm2.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Ống dẫn cho xy lanh B
Vận tốc dầu trong các ống dẫn được thiết kế có giá trị là 4 m/s. Lưu lượng
trong trường hợp này là 1.2 l/s. Vậy tiết diện ống dẫn cho xy lanh B là:
S = Q/v = 1200/400 = 3 cm2
Suy ra đường kính ống dẫn cho xy lanh B là : d = 19.5 mm. Theo catalog các
ống dẫn theo tiêu chuẩn ta chọn ống dẫn có đường kính là 3/4’’ ( d = 21 mm)

với tiết diện là s = 3.43 cm2.

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Ống dẫn cho động cơ thủy lực
Lưu lượng trong trường hợp này là 0.7 l/s. Vậy tiết diện ống dẫn là:
S = Q/v = 700/400 = 1.75 cm2
Suy ra đường kính ống dẫn cho xy lanh A là: d = 1.49 mm. Theo catalog các
ống dẫn theo tiêu chuẩn ta chọn ống dẫn có đường kính là 1/2’’ (d = 15.8 mm)
với tiết diện là s = 1.96 cm2

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xác định bơm
Áp suất làm việc của động cơ là 132 bar, cộng thêm độ mất áp
trong ống dẫn thì áp suất cần chỉnh cho van giới hạn áp sẽ là
140 bar.
Theo sơ đồ lưu lượng đã trình bày phần trên thì lưu lượng của
bơm phải là 1.2 l/s = 72 l/min. Giả thiết động cơ kéo bơm có
vận tốc quay là 1450 vịng/phút thì bơm phải có thể tích riêng
là:
q = 72000/1450 = 49.65 cm3

Cennitec

THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Theo catalog ta chọn bơm có thể tích riêng là 55 cm3. Các hiệu suất của bơm là:
Hiệu suất thể tích 0.93
Hiệu suất cơ 0.95
Hiệu suất tổng 0.88
Lưu lượng lý thuyết là
Thể tích riêng x vận tốc = 0.055 x 1450 = 79.75 l/min
Lưu lượng thực tế cung cấp là
Thể tích riêng x vận tốc x hiệu suất thể tích =0.055 x 1450 x 0.93 = 74.16 l/min
Công suất tiêu thụ là
N = PQ/(600 x Hiệu suất tổng) = (79.75 x 140)/(600 x 0.88) = 21.2 kW

Cennitec


THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Ống dầu hồi và rò rỉ
Lưu lượng thốt ln lớn hơn lưu lượng vào khi dùng xy lanh tác động kép. Ta
có:
Xy lanh A: S = 50 cm2, v = 0.2 m/s. Suy ra Q = Sv = 50 x 20 = 1000 cm 3/s hoặc
60 l/min
Xy lanh B: S = 78.5 cm2, v = 0.2 m/s. Suy ra Q = Sv = 78.5 x 0.2 = 1570 cm 3/s
hoặc 95 l/min.
Như vậy, để vận tốc dầu trong ống dẫn khoảng chừng 3 m/s thì ống dẫn có
đường kính như ống dẫn dùng cho đường đẩy có thể sử dụng.

Cennitec