HƯỚNG DẪN BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ

- Xác định lưu lượng cần thiết của bơm căn cứ vào nhu cầu của các động cơ thủy lực cần phân tích sự làm việc của các động cơ thủy lực liên quan tới điều khiển Qbommax - Tính toán lưu lượ

KHOA CƠ KHÍ XÂY DỰNG

BỘ MÔN MÁY XÂY DƯNG

***************

HƯỚNG DẪN BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ

1 Hướng dẫn chung thực hiện bài tập

2 Các phương án, nhiệm vụ thiết kế

3 Ví dụ các sơ đồ thủy lực cho các phương án thiết kế

Hà Nội, năm 201

2

TỜ BÌA THUYẾT MINH BÀI TẬP LỚN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ

3

TỜ NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN

(Sinh viến tự viết số liệu theo phương án phân công vào mẫu nhiệm vụ thiết kế sau)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ

1 Họ và tên sinh viên: Lớp: MSSV:

2 Nhiệm vụ tính toán:

a) Tên đề tài:

b) Phương án thiết kế:

c) Các số liệu cho trước:

3 Ngày giao: 4 Ngày hoàn thành:

5 Thày hướng dẫn:

Hà Nội, ngày tháng năm 201

Sinh viên thực hiện (ký, ghi rõ họ tên)

4

Tài liệu tham khảo

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

2 http://hydraulicspneumatics.com

3 Catalog các hãng, ví dụ tìm tại:

http://www.bibus.hu/fileadmin/product_data/daikin/documents/daikin_oil_hydraulic_equipment_catalogue_en.pdf

http://www.sunhydraulics.com/cmsnet/LitDownloads.aspx?lang_id=1

http://www.adifp.com/ParkerVoac/F11_F12/HY178249.pdf

NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN

1 Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực cho bộ phận chấp hành

1.1 Xác định các yêu cầu của cơ cấu chấp hành

Phần nội dung được xác định theo yêu cầu của cơ cấu chấp hành và theo các yêu cầu khác của đầu bài

1.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc

- Xác định các phần tử thủy lực và đặc điểm cần thiết theo yêu cầu của cơ cấu chấp hành (bao gồm cả loại kỹ thuật điều khiển: bằng tay, điện từ, điện – thủy lực…)

- Vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thủy lực

- Giải thích nguyên lý làm việc của sơ đồ thủy lực và điều chỉnh sơ đồ (nếu cần thiết)

2 Tính toán xác định các thông số cần thiết các phần tử thủy lực của hệ thống

2.1 Tính toán các thông số của xy lanh (Cylinders) thủy lực

- Xác định áp suất làm việc pmax

- Tính toán đường kính xy lanh theo các chiều chuyển động (D, d)

5

- Xác định hành trình xy lanh H (theo yêu cầu đầu bài)

- Lưu lượng cần thiết cấp cho xy lanh theo các chiều chuyển động

2.2.Tính toán các thông số của mô tơ (motor) thủy lực

- Xác định áp suất làm việc pmax

-Tính toán lưu lượng riêng của mô tơ q

- Lưu lượng cần thiết cấp cho mô tơ

- Chọn loại mô tơ thủy lực và mô tả nguyên lý làm việc

2.3 Tính toán tuy ô thủy lực (ống cứng hoặc ống mềm)

- Xác định áp suất làm việc của ống dẫn

- Tính toán diện tích mặt cắt ướt ống và đường kính trong Do

- Xác định chiều dày ống và kiểm tra bền với ống cứng

- Xác định sơ bộ đầu nối (đường kính đầu nối, cách nối )

2.4 Tính toán các thông số cơ bản van phân phối (Derectional valve)

- Mô tả loại van phân phối (4/3 5/3/ 3/2 ), dạng điều khiển, giá trị áp suất…

- Xác định lưu lượng thông qua van (đảm bảo đáp ứng cho động cơ thủy lực điều khiển), lập bảng như sau

thủy lực

Loại van (5/3, 4/3 )

Lưu lượng thông qua tối thiểu Q

Áp suất cần thiết tối thiểu p

Ghi chú

2.5 Tính toán các thông số cơ bản van điều khiển áp suất

- Xác định loại van cần thiết: van chức năng an toàn - Relief valve, tuần

tự áp suất - sequance valve, van giảm áp - Reduceing valve, van với chức năng chống dòng phản hồi - Counterbalance valves (CBV)

2.6 Tính toán các thông số cơ bản van một chiều (Check valve)

- Loại van cần thiết theo yêu cầu: van một chiều, van một chiều có trễ (lực

lò xo), van một chiều có điều khiển – dùng chống dòng phản hồi (đơn hay kép)

- Xác định kích cỡ van: lưu lượng lớn nhất (theo yêu cầu của động cơ), áp suất lớn nhất, áp suất mở (loại có điều khiển), điều kiện lắp nghép

2.7 Tính toán các thông số cơ bản của các van khác

- Van tiết lưu: lưu lượng thông qua cho phép, áp suất làm việc tối đa, khoảng điều chỉnh tiết diện (loại có điều khiển), điều kiện lắp nghép

- Các van khác chọn trên cơ sở áp suất max, lưu lượng và các yêu cầu khác

3 Tính toán bộ nguồn thủy lực

3.1 Bơm thủy lực (Pump)

- Có nhiều tiêu chí chọn bơm ở đây ta chọn bơm theo áp suất và lưu lượng

- Xác định áp suất làm việc lớn nhất của bơm

Pbom max = pmax + Σ∆pi

pmax – áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống

Σ∆pi – tổng tổn thất áp suất qua các phần tử đường ống

7

Đối với từng linh kiện nếu chọn được phần tử, các hãng sản xuất có catolog cho

ta đường đặc tính van với giá trị tổn thất theo lưu lượng và lấy theo đường đặc tính đó Tuy nhiên ở BTL (cho phép tính Σ∆pi một cách gần đúng bằng 0,1 tới 0,2 pmax)

- Xác định lưu lượng cần thiết của bơm căn cứ vào nhu cầu của các động

cơ thủy lực (cần phân tích sự làm việc của các động cơ thủy lực liên quan tới điều khiển) Qbommax

- Tính toán lưu lượng riêng của bơm qb từ Qbommax

Lập bảng các thông số cơ bản để có thể chọn bơm thủy lực

việc pbommax

Khoảng điều chỉnh lưu lượng riêng

3.2 Thùng dầu (tank), lọc dầu (filter)

Thùng dầu: tính toán dung tích thùng dầu, dự định kết cấu thùng dầu

Lọc dầu: lưu lượng, áp suất lớn nhất

3.3 Tính toán động cơ dẫn động

- Tính công suất động cơ (thực chất là công suất thủy lực có xét đến các tổn thất

do ma sát, hệ dẫn động nếu có), hiệu suất lấy theo kinh nghiệm η = 0,8 ÷ 0,92

- Yêu cầu về tốc độ quay của động cơ, chế độ làm việc, điều kiện môi trường…

Từ đó chọn động cơ phù hợp có thể là động cơ điện, động cơ đốt trong

Phần 2 THIẾT LẬP MẠCH THỦY LỰC CHO CÁC CƠ CẤU MÁY XÂY

DỰNG ĐIỂN HÌNH

Trong chương này, nhóm tác giả đề tài tiến hành nghiên cứu đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy xây dựng điển hình kết hợp với tham khảo các mạch thủy lực trên máy xây dựng cụ thể, từ đó thiết lập và mô phỏng nguyên lý làm việc của các mô đun mạch thủy lực cho các cơ cấu điển hình trên máy xây dựng

2.1 Mô đun mạch thủy lực cho cơ cấu nâng

2.1.1 Đặc điểm làm việc

Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng có thể là một máy nâng độc lập như tời, pa lăng cố định hay là một bộ phận của máy nâng như ở cầu trục, cổng trục, cần trục tháp, cần trục nổi…Dưới đây chỉ trình bày về hệ truyền động thủy lực của cơ cấu nâng có

bộ công tác là cáp thép được cuốn lên tang dẫn động bằng mô tơ thủy lực

Cấu tạo chung của cơ cấu nâng dẫn động bằng thủy lực được thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động thủy lực cho cơ cấu nâng

1 Mô tơ thủy lực; 2 Khớp nối và phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Tang cuốn cáp;

Cơ cấu nâng thông thường bao gồm động cơ thông qua các khớp nối, hộp giảm tốc

để dẫn động cho tang cuốn cáp Với các cơ cấu nâng dẫn động bằng động cơ thủy lực thường sử dụng hộp giảm tốc hành tinh đặt bên trong tang Cũng giống như các cơ cấu nâng dẫn động điện, nguồn dẫn động cho cơ cấu nâng dẫn động bằng thủy lực phải dẫn động cho động cơ quay tang và phanh

Đặc điểm làm việc của cơ cấu nâng:

Cơ cấu nâng dẫn động bằng thủy lực có những yêu cầu và đặc điểm làm việc cơ bản riêng như sau:

- Thường được dẫn động bằng mô tơ thủy lực quay hai chiều;

- Hệ thống phanh thường đóng và làm việc có sự liên động với mô tơ thủy lực;

- Có sự điều chỉnh tốc độ nâng hạ theo yêu cầu;

- Ngoài hệ thống phanh còn có hệ thống an toàn cần thiết trong mạch như chống rơi tải, đứt ống thủy lực, giới hạn áp suất ;

2

2.1.2 Thiết lập sơ đồ mạch thủy lực

Điều khiển mô tơ quay hai chiều:

Do cơ cấu nâng được dẫn động bằng mô tơ thủy lực quay hai chiều nên mạch thủy lực phải được điều khiển theo cả hai chiều Để điều khiển mạch theo hai chiều có thể dùng mạch hở có van phân phối hoặc mạch kín với bơm thủy lực hai chiều

T P

Tham khảo các mạch thủy lực trong /2/, /3/ với cơ cấu nâng trong máy xây dựng có tải trọng nâng lớn thường sử dụng van phân phối để điều khiển mô tơ quay hai chiều

Hệ thống phanh:

Hệ thống phanh trong cơ cấu nâng là hệ thống thường đóng Khi mô tơ quay thì phanh được mở và khi mô tơ ngừng quay thì phanh tự động đóng lại vì vậy hệ thống phanh phải được mắc liên động với mô tơ trong mạch thủy lực Tham khảo các mạch thủy lực /3/, /4/ có thể đưa ra phương pháp mắc phanh cho cơ cấu nâng như hình 2.3

2

T P

4

3

1

Hình 2.3.Phương pháp điều khiển hệ thống phanh

1 Van phân phối; 2 Van OR; 3 Mô tơ; 4 Xylanh đóng mở phanh

3

Trong hỡnh 2.3 cú đưa ra vớ dụ hệ thống phanh bằng xylanh 4, khi cấp dũng dầu cho xylanh thắng lực lũ xo sẽ làm mở phanh và ngược lại khi khụng cú dũng dầu cấp cho xylanh phanh được đúng nhờ lực lũ xo Quỏ trỡnh cấp dầu cho xylanh thụng qua van

OR số 2 được mắc song song với mụ tơ thủy lực

Điều chỉnh tốc độ nõng hạ:

Để điều chỉnh tốc độ nõng hạ cú thể sử dụng cỏc phương phỏp sau:

- Điều chỉnh mụ tơ với mụ tơ thay đổi lưu lượng (hỡnh 2.4);

- Dựng van tiết lưu cú điều chỉnh lắp trờn đường dầu cấp cho mụ tơ (hỡnh 2.5)

T P

6

Xylanh điều khiển tốc độ mô tơ

Nguồn điều khiển tốc độ mô tơ

Hỡnh 2.4 Điều chỉnh tốc độ mụ tơ với mụ tơ lưu lượng thay đổi

1 Mụ tơ lưu lượng thay đổi; 2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ mụ tơ; 3 Van OR;

4 Van điều chỉnh tốc độ mụ tơ; 5 Van đúng mở nguồn dầu điều khiển;

3

TP

4

12

Hỡnh 2.5 Điều chỉnh tốc độ mụ tơ lưu lượng cố định với van tiết lưu

4

Phương pháp điều chỉnh tốc độ mô tơ với mô tơ có lưu lượng thay đổi cho độ tin cậy cao nhưng do cơ cấu phải sử dụng mô tơ lưu lượng thay đổi nên giá thành cao chỉ phù hợp với cơ cấu có tải trọng nâng lớn Nguồn điều khiển tốc độ mô tơ được điều khiển bằng van phân phối 5 có hai trạng thái đóng và mở nguồn dầu điều khiển Dòng dầu từ van 5 sẽ đóng mở van 4 Dòng dầu qua van 4 được cấp từ van OR 3 được mắc song song với nguồn dầu cấp cho mô tơ Khi van 4 mở dầu được cấp cho xylanh điều khiển mô tơ 2 Các van phân phối 4 và van OR thường được đặt ở gần mô tơ đảm bảo

độ nhạy cho quá trình điều khiển Van phân phối 5 thường được đặt ở gần cabin điều khiển Phương pháp điều khiển tốc độ với mô tơ có lưu lượng thay đổi cho phép điều khiển tốc độ mô tơ đặt xa cabin điều khiển như các mô tơ di chuyển, mô tơ cơ cấu quay

Phương pháp dùng van tiết lưu có điều chỉnh cho chi phí không cao nhưng tổn hao công suất trong mạch lớn và dầu qua van tiết lưu dễ bị nóng Van tiết lưu được mắc song song với van một chiều Dòng dầu cấp cho mô tơ đi qua van một chiều 3 và dòng dầu về di qua van tiết lưu 2 Việc điều chỉnh tốc độ mô tơ thông qua điều chỉnh van tiết lưu 2 Các van tiết lưu và van một chiều thường được mắc gần với mô tơ thủy lực

để đảm bảo điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu một cách nhanh nhất Với các động cơ làm việc ở xa khu điều khiển thì phương pháp này không phù hợp

Hệ thống an toàn trong mạch thủy lực:

Ngoài hệ thống phanh, trong mạch thủy lực của cơ cấu nâng có các phần tử để đảm bảo an toàn cho hệ thống trong trường hợp chống rơi tải, đường ống dầu bị bục, đứt.Tham khảo các mạch thủy lực trong các tài liệu /3/, /4/ có thể đưa ra một số phương pháp bố trí phần tử trong mạch thủy lực đảm bảo an toàn cho hệ thống:

- Dùng van cân bằng mắc trên đường cấp dầu cho mô tơ

2

5

4 3

T P

1

2

5

4 3

T P

5

Van cân bằng mắc theo một chiều chỉ đảm bảo an toàn cho quá trình hạ vật, khi lắp van theo cả hai chiều quay của mô tơ đảm bảo chống rơi tải theo cả hai chiều

- Dùng van một chiều kép có điều khiển:

Van một chiều có điều khiển mắc theo hai chiều có khả năng giữ tải theo cả hai chiều, chỉ khi có dòng dầu điều khiển cấp từ bơm các van này mới mở ra cho mô tơ làm việc

2

5 4

3

T P

1

Hình 2.6 Dùng van một chiều kép có điều khiển để giữ tải theo cả hai chiều

1 Van phân phối; 2 Van OR; 3 Hệ thống phanh;

4 Mô tơ; 5 Van một chiều có điều khiển

2.1.3 Mô phỏng nguyên lý mô đun mạch thủy lực cho cơ cấu nâng:

Sơ đồ 1: Cơ cấu nâng sử dụng mạch kín kết hợp với bơm hai chiều

Hình 2.7 Mô phỏng mạch thủy lực cơ cấu nâng sử dụng mạch kín

1 Bơm hai chiều; 2 Van một chiều có trễ; 3 Bơm bù dầu; 4 Van cân bằng; 5 Van

OR; 6 Mô tơ; 7 Hệ thống phanh

6

Sơ đồ 2: Cơ cấu nâng sử dụng mạch hở kết hợp với van phân phối và van cân bằng

Hình 2.8 Mô phỏng mạch thủy lực cơ cấu nâng dùng mạch hở với van phân phối, van

cân bằng và van tiết lưu

1 Nguồn; 2 Van phân phối; 3 Van OR; 4 Van cân bằng; 5 Mô tơ; 6 Hệ thống

phanh; 7 Van tiết lưu có điều chỉnh

Sơ đồ 3: Cơ cấu nâng sử dụng mạch hở với van phân phối và van một chiều kép:

Hình 2.9 Mô phỏng mạch thủy lực cơ cấu nâng dùng mạch hở với van phân phối và

van một chiều kép

1 Nguồn; 2 Van phân phối; 3 Van OR; 4 Van một chiều kép; 5 Mô tơ; 6 Hệ thống

phanh

7

2.2 Mô đun mạch thủy lực cho cơ cấu quay

2.2.1 Đặc điểm làm việc của cơ cấu quay

Các máy xây dựng như cần trục kiểu cần, máy đào thường có hai phần: phần quay và phần không quay Trên phần quay bố trí các thiết bị công tác Giữa phần quay và phần không quay của máy được liên kết với nhau bằng thiết bị tựa quay Cơ cấu dẫn động tạo ra chuyển động quay gọi là cơ cấu quay Nội dung dưới đây trình bày về cơ cấu quay dẫn động bằng động cơ thủy lực Sơ đồ dẫn động cho cơ cấu quay sử dụng động cơ thủy lực được thể hiện trên hình 3.1

Hình 2.10 Sơ đồ dẫn động cho cơ cấu quay với động cơ thủy lực

1 Động cơ thủy lực; 2 Hộp giảm tốc hành tinh; 3 Khớp nối và phanh; 4 Bánh răng

dẫn động; 5 Vành răng lắp trên phần cố định

Các cơ cấu quay dẫn động bằng động cơ thủy lực thường sử dụng hộp giảm tốc hành tinh

do có ưu điểm là gọn nhẹ, tỷ số truyền lớn Trong một số trường hợp không cần sử dụng hộp giảm tốc do sử dụng mô tơ có lưu lượng thay đổi và mô men lớn Để đảm bảo an toàn trên cơ cấu quay có trang bị phanh 3, có thể sử dụng phanh đĩa ma sát thủy lực hoặc phanh với bánh phanh Tuy nhiên phanh đĩa ma sát thủy lực được sử dụng rộng rãi hơn do kết cấu nhỏ gọn

Đặc điểm làm việc của cơ cấu quay dẫn động thủy lực:

Cơ cấu quay có những yêu cầu và đặc điểm làm việc cơ bản riêng như sau:

- Thường sử dụng mô tơ thủy lực quay hai chiều (một số trường hợp dùng xylanh nhưng chỉ cho góc quay < 360 o nên không đề cập ở đây);

- Quá trình làm việc phải êm dịu đặc biệt là khi khởi động và khi phanh dừng (điều này phù hợp với sử dụng truyền động thủy lực);

- Tốc độ quay ổn định khi tải trọng thay đổi;

- Mô men cản khi khởi động và mô men quán tính khi phanh lớn do khối lượng quay lớn;

- Hệ thống phanh thường đóng và hãm chuyển động theo cả hai chiều quay của mô tơ;

- Ngoài hệ thống phanh trong mạch còn có phần tử đảm bảo an toàn cho hệ thống trong trường hợp bục, đứt đường ống, phanh bị hỏng

- Tốc độ làm việc chậm;

2.2.2 Thiết lập mô đun mạch thủy lực cho cơ cấu quay

Điều khiển mô tơ quay hai chiều và điều chỉnh tốc độ quay:

8

Các phương pháp điều chỉnh mô tơ quay hai chiều và điều chỉnh tốc độ quay như đã nêu ở mục 2.1.2

Hãm chuyển động quay do quán tính khi ngừng cấp dầu cho động cơ:

Trong cơ cấu quay do khối lượng tham gia chuyển động quay lớn nên quán tính khi quay rất lớn Khi phanh dừng mô men quán tính này gây ra chuyển động quay cưỡng bức cho mô tơ vì vậy phải có biện pháp để hãm chuyển động quay này ngoài việc sử dụng hệ thống phanh Thông thường trong cơ cấu quay thường sử dụng động năng khi quay để hãm chuyển động quay do quán tính Tham khảo các tài liệu /2/, /3/, /4/ có thể

1

T P

Hình 2.11 Phương pháp hãm chuyển động quay do quán tính của mô tơ

a) Dùng hai van giới hạn áp kết hợp với van một chiều b) Dùng hai van giới hạn áp mắc song song c) Dùng một van giới hạn áp kết hợp với van một chiều

1 Van phân phối; 2 Van giới hạn áp; 3 Van một chiều; 4 Mô tơ

Nguyên tắc hãm chuyển động quán tính cho cơ cấu quay của các biện pháp trên đều

sử dụng dòng dầu có áp suất cao do mô men quán tính gây ra để hãm chuyển động quay của mô tơ Khi van phân phối ở khoang 0 do mô men quán tính sẽ sinh ra dòng dầu có áp suất cao chảy trong đường ống, khi áp suất này vượt quá giá trị đặt tại van giới hạn áp sẽ làm mở van giới hạn áp và đưa dầu về đầu kia của mô tơ Lúc này chênh lệch áp suất trước và sau mô tơ bằng không nên sẽ không cho mô tơ chuyển động

9

Các van giới hạn áp và van một chiều được mắc gần mô tơ để đảm bảo độ nhạy trong quá trình điều khiển mô tơ

Điều khiển hệ thống phanh:

Hệ thống phanh trong cơ cấu quay là phanh thường đóng có điều khiển, vì vậy việc

bố trí hệ thống điều khiển phanh có liên động với động cơ và được điều khiển riêng Trong cơ cấu quay hệ thống phanh thường được bố trí như hình 2.12 Quá trình làm việc của phanh được điều khiển bằng van phân phối 5

Hình 2.12 Bố trí hệ thống phanh trong cơ cấu quay

1 Van phân phối; 2 Van OR; 3 Van giới hạn áp; 4 Mô tơ; 5 Van điều khiển hệ

thống phanh; 6 Hệ thống phanh

Đảm bảo tốc độ quay ổn định khi tải trọng thay đổi

Để đảm bảo tốc độ quay gần như không thay đổi có thể sử dụng mạch thủy lực như hình 2.12b với van ổn định dòng mắc trên đường dầu cấp cho mô tơ Van ổn định dòng 5 có tác dụng ổn định lưu lượng cấp cho mô tơ khi mô men trên mô tơ thay đổi

1 T P

2 3 4

5

Hình 2.12b Ổn định tốc độ quay cho mô tơ

2.2.3 Mô phỏng mạch thủy lực cho cơ cấu quay

Sơ đồ 1: Mạch thủy lực cho cơ quay sử dụng mạch kín với bơm hai chiều

Hình 2.13 Mô phỏng mạch thủy lực cơ cấu quay với mạch kín và bơm hai chiều

1 Bơm hai chiều; 2 Van một chiều có trễ; 3 Bơm bù dầu; 4 Van OR; 5 Van giới hạn

áp; 6 Mô tơ; 7 Hệ thống phanh

Sơ đồ 3: Mạch thủy lực cho cơ cấu quay với mạch hở dùng van giới hạn áp

Hình 2.15 Mô phỏng mạch thủy lực cho cơ cấu quay với mạch hở dùng một van giới

hạn áp suất