CHUYÊN ĐỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ LỰC TRONG XE NÂNG TẢI TRỌNG 2,5 TẤN

2. Nguyên lý hoạt động : _Trong xe nâng có động cơ dầu diesel dùng để làm động cơ cho xe nâng và dùng để chạy bơm dầu,động cơ diesel làm quay bơm thuỷ lực, dòng cao áp do bơm tạo ra được chuyển đến xi lanh thông qua mạch điều khiển để tạo ra chuyển động ( mạch điều khiển dùng để điều khiển chuyển động của xilanh ) Xe nâng dùng xilanh 1 và 2 để đẩy càng nâng 4 tiến về phía trước 1 đoạn khoảng 500 mm rồi sau đó dừng lại,và xilanh 3 sau đó hoạt động để nâng càng nâng lên, xilanh 12 khoá lẫn xi lanh 3. _Xi lanh 1 và xi anh 2 được đặt song song với nhau mà nghiêng so với phương ngang 1 góc 300 , xi lanh 1 và 2 dùng để đưa càng nâng lên một đoạn ngắn về phía trước để nâng kiện hàng lên khỏi mặt đất, sau đó xilanh 3 nâng càng nâng có chứa kiện hàng để nâng lên.Khi hạ kiện hàng xuống thì hệ thống hoạt động ngược lại đưa càng nâng về vị trí cũ. Xét phương trình cân bằng lực ( xilanh tại chính tại điểm A ) ∑Fy = G.9,8 – F1 = 0 suy ra F1 = 24500 N ∑Mz1(A) = G.9,8.0,5 = 12250 Nm ( momen đối với điểm A ) + Xét phương trình cân bằng lực ( xilanh tại phụ tại điểm B ) Xilanh phụ được đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 300 ∑Fx = G.9,8.cos 600 – 2.F’2 = 0 suy ra F’2 = 6125 N ∑Fy = G.9,8.cos 300 – 2.F”2 = 0 suy ra F’2 = 10608,81 N Suy ra ∑Mz2(B) = G.9,8.0,5.0,5 = 6125 Nm ( momen đối với điểm B ) ∑Mx2(B) = G.9,8.0,575.0,5 = 7043,75 Nm Suy ra

Một sản phẩm có thể có nhiều phương án công nghệ khác nhau, yêu cầu đặt

ra là thiết kế hệ thống thủy lực bằng truyển động dầu ép, sao cho có tính năng tốt, linh hoat, dễ hiều hành, giá thành rẻ, đáp ứng nhu cầu xã hội

Trong chuyên đề này em được giao thiết kế hệ thống thủy lực trong xe nâng 2,5 tấn Đây là một nội dung không mới, song do lần đầu làm thiết kế hệ thống thủy lực lên không cháng khỏi những sai sót về nội dung và hình thức, rất mong được sự chỉ bảo của các thầy để em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thiện Ngôn đã tận tình giúp đỡ và sự góp ý của các bạn trong lớp để em hoàn thành chuyên đề này

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Liêm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày….tháng… năm 2014

Giáo viên hướng dẫn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ LỰC TRONG XE NÂNG TẢI

TRỌNG 2,5 TẤN

GIỚI THIỆU XE

Xe nâng được thiết kế để sử dụng nâng hàng trong các kho bãi xe có thể nâng được khối lượng 2,5 tấn

I-NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

1 Sơ đồ nguyên lý :

1 : Xilanh 1

2 : Xilanh 2

3 : Xilanh 3

4 : Càng nâng

2 Nguyên lý hoạt động :

_Trong xe nâng có động cơ dầu diesel dùng để làm động cơ cho xe nâng vàdùng để chạy bơm dầu,động cơ diesel làm quay bơm thuỷ lực, dòng cao áp do bơmtạo ra được chuyển đến xi lanh thông qua mạch điều khiển để tạo ra chuyển động( mạch điều khiển dùng để điều khiển chuyển động của xilanh )

_Xe nâng dùng xilanh 1 và 2 để đẩy càng nâng 4 tiến về phía trước 1 đoạnkhoảng 500 mm rồi sau đó dừng lại,và xilanh 3 sau đó hoạt động để nâng càng

da?t ca´ch nhau 1 khoa?ng 1150 mm

_Xi lanh 1 và xi anh 2 được đặt song song với nhau mà nghiêng so vớiphương ngang 1 góc 300 , xi lanh 1 và 2 dùng để đưa càng nâng lên một đoạn ngắn

về phía trước để nâng kiện hàng lên khỏi mặt đất, sau đó xilanh 3 nâng càng nâng

có chứa kiện hàng để nâng lên.Khi hạ kiện hàng xuống thì hệ thống hoạt độngngược lại đưa càng nâng về vị trí cũ

3 Thông số cơ bản của xe nâng :

II-TÍNH TOÁN NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN XILANH

1 Sơ đồ lực tác dụng :

2 Tính toán lực :

+ Xét phương trình cân bằng lực ( xilanh tại chính tại điểm A )

∑Fy = G.9,8 – F1 = 0 suy ra F1 = 24500 N

∑Mz1(A) = G.9,8.0,5 = 12250 Nm ( momen đối với điểm A )

+ Xét phương trình cân bằng lực ( xilanh tại phụ tại điểm B )

Xilanh phụ được đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 300

∑Fx = G.9,8.cos 600 – 2.F’2 = 0 suy ra F’2 = 6125 N

∑Fy = G.9,8.cos 300 – 2.F”2 = 0 suy ra F’2 = 10608,81 N

Suy ra F2= √ ( F2')2+( F2 \) rSup { size 8{2} } } =12250N} { ¿¿

∑Mz2(B) = G.9,8.0,5.0,5 = 6125 Nm ( momen đối với điểm B )

∑Mx2(B) = G.9,8.0,575.0,5 = 7043,75 Nm

Suy ra M(B )= √ ( Mz 2)2+( Mx2)2=9334 ,34 Nm

Kết luận: lực tác dụng trên xilanh chính là F1 = 24500 N ; M(A) = 12250 Nm

lực tác dụng trên xilanh phụ là F2 = 12250 N ; M(B) = 9334,34 Nm

Tuy nhiên do momen không ảnh hưởng đến việc tính toán lực cần thiết trongxilanh mà chỉ ảnh hưởng đến độ bền uốn của cần đẩy nên ta không đưa momen vàophần tính toán

III-MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1 -bơm lưu lượng

2 - bơm cao áp

IV-TÍNH TOÁN XILANH

A-Tính toán xi lanh chính

1 Tính toán xilanh chính

Ta viết phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình công tác ( hànhtrình đi từ dưới lên của piston )

P1.A1 – P2.A2 – Ft – Fmsc – Fmsp – Fqt = 0 (1)

Trong đó :

P1 : áp suất dầu ở buồng công tác

P2 : áp suất dầu ở buồng chạy không

A1 : diện tích piston ở buồng công tác

A2 : diện tích piston ở buồng chạy không

Ft : tải trọng công tác Ft = 24,5 (kN) = 2500 (kg)

Fmsp : lực ma sát của piston và xilanh

Fmsc : lực ma sát của piston và vòng chắn khít

Fqt : lực quán tính sinh ra ở giai đoạn psiton bắt đầu chuyển động

+ Ta có lực ma sát của piston và xilanh:

Fmsp = μ.N

b: bề rộng của mỗi vòng găng chọn b = 1 cm.

p2 : áp suất của buồng mang cần piston, chọn p2 = 5 ( kg/cm2 )

z : số vòng găng,chọn z = 3

pk : áp suất tiếp xúc ban đầu giữa vòng găng và xilanh, chọn pk = 1 (kg/cm2 )

π.D.b.( p2 + pk ) : lực của vòng găng đầu tiên

π.D.b.( z – 1 ) pk : lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo

b: chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần, chọn b = d = 15 cm

p: áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p2 = 5 ( kg/cm2 )

0,15: hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn

G: khối lượng của bộ phận chuyển động G = 2500 (kg)

V: vận tốc của cơ cấu chấp hành v = 550 mm/ph = 9,17.10-3 m/s

t0 = thời gian quá độ của piston đến chế độ xác lập chọn t0 = 0,1 (s)

Act: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực

Q1: lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác

vct : vận tốc chuyển động trong hành trình công tác

Act: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực

Q1: lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác

vct : vận tốc chuyển động trong hành trình công tác

Hành trình chạy nhanh không tải

Sơ đồ nguyên lỳ:

Vậy lưu lượng vào:

B-Tính toán xi lanh phụ

1 Tính toán xilanh phụ

Ta viết phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình công tác ( hànhtrình đi từ dưới lên của piston )

P1.A1 – P2.A2 – Ft – Fmsc – Fmsp – Fqt = 0 (1)

Trong đó :

P1 : áp suất dầu ở buồng công tác

P2 : áp suất dầu ở buồng chạy không

A1 : diện tích piston ở buồng công tác

A2 : diện tích piston ở buồng chạy không

Ft : tải trọng công tác Ft = 24,5 (kN) = 2500 (kg)

Fmsp : lực ma sát của piston và xilanh

Fmsc : lực ma sát của piston và vòng chắn khít

Fqt : lực quán tính sinh ra ở giai đoạn psiton bắt đầu chuyển động

+ Ta có lực ma sát của piston và xilanh:

b: bề rộng của mỗi vòng găng chọn b = 1 cm

p2 : áp suất của buồng mang cần piston, chọn p2 = 5 ( kg/cm2 )

z : số vòng găng,chọn z = 3

pk : áp suất tiếp xúc ban đầu giữa vòng găng và xilanh, chọn pk = 1 (kg/cm2 )

π.D.b.( p2 + pk ) : lực của vòng găng đầu tiên

π.D.b.( z – 1 ) pk : lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo

b: chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần, chọn b = d = 15 cm

p: áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p2 = 5 ( kg/cm2 )

0,15: hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn

G: khối lượng của bộ phận chuyển động G = 1225 (kg)

V: vận tốc của cơ cấu chấp hành v = 550 mm/ph = 9,17.10-3 m/s

t0 = thời gian quá độ của piston đến chế độ xác lập chọn t0 = 0,1 (s)

Act: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực

Q1: lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác

vct : vận tốc chuyển động trong hành trình công tác

Act: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực

Q1: lưu lượng cần cung cấp trong hănh trình công tâc

vct : vận tốc chuyển động trong hănh trình công tâc

( lấy Vmax = 450 mm/ph =45cm/ph )

A: diện tích bề mặt piston phía bín chạy không

Suy ra Q2 = 45 122,72 = 5,52 (lít/phút)

BẢNG LIỆT KÍ

=> Bảng vđ̣n tốc

Xi lanh lùi về bằng thuỷ lực

_Điều khiển vận tốc của xi lạnh nhờ vào mạch điều khiển bằng cách điềukhiển lưu lượng chạy qua bằng 2 cách:

Thay đổi sức cản trên đường dẫn dầu bằng van tiết lưu Phương pháp điềuchỉnh này gọi là điều chỉnh bằng tiết lưu

Thay đổi chế độ làm việc bơm dầu, tức là điều chỉnh lưu lượng của bơmcung cấp cho hệ thống dầu ép Phương pháp diều chỉnh này gọi là phương phápđiểu chỉnh bằng thể tích

_Sử dụng phương pháp điều chỉnh nào sẽ được phân tích và chọn lựa sau

_Chọn sơ bộ xilanh 1&2&3 là xi lanh vi sai vì phải thực hiện vận tốc khácnhau ở hành trình thuận nghịch

V -TÍNH TOÁN BƠM

1 chọn bơm và tính lưu lượng của bơm.

Có nhiều loại bơm thủy lực : bơm bánh răng, bơm cánh gạt, bơm pít tông (hướngkính và hướng trục)

 Chọn bơm cao áp

Từ yêu cầu kỹ thuật của lắp ghép và điều kiện làm việc của máy, ta chọn bơmpittong hướng trục cho bơm cao áp với các đặc điểm sau:

- Khả năng làm kín tốt hơn so với bơm bánh răng và bơm cánh gạt

- Chịu được áp suất cao

Qlt =

1

η Qmax=9,9 (lít/ph)Chọn bơm có lưu lượng: 12(lít/ph)

 Chọn bơm lưu lượng lớn nhất:

Bơm lưu lượng lớn thực hiện chuyển động chạy nhanh của xylanh (không tải) tachọn bơm bánh răng có khết câu đơn gản và rẻ hơn bơm pittong

Lưu lượng không tải lớn nhất lý thuyết mà bơm có thể cung cap cho xilanh:

Qmax = 17,66(lít/ph)Thực tế bơm bánh răng có hiệu suất 0,7 Do đó lưu lượng thực tế mà bơm caobánh răng cung cấp:

Qlt =

1

η Qmax=25,23 (lít/ph)Chọn bơm có lưu lượng: 35(lít/ph)

2 Tính áp suất làm việc lớn nhất của bơm.

a Bơm pittong hướng trục cao áp.

Có thể xác định áp suất làm việc của bơm theo công thức:

p = p + h + h + p

trong đó:

pb – áp suất làm việc của bơm , kG/cm2;

p – áp suất chất lỏng làm viêc của xylanh có tải, p = 58 kG/cm2;

hd – tổn tất áp suất dọc đường, kG/cm2;

hc - tổn tất áp suất cục bộ, kG/cm2;

pta- lượng áp suất tăng lên khi qua bộ tang áp, pta = 23 kG/cm2;

thông thường, các tón thất hd và hc là rất nhỏ so với áp suất của bơm, do đó ta có thểlấy gần đúng: hd + hc = 10, kG/cm2;

thay vào p/t ta có:

pb1 = 58 + 10 - 23 = 45, kG/cm2;

Ta có thể chon áp suất làm việc lớn nhất của bơm pittong cao áp là

pb1 =65 kG/cm2

b Bơm bánh răng lưu lượng lớn.

Nhiệm vụ của bơm bánh răng dung để thắng lực ma sát giưa pittong và xylanh đểđẩy nó chuyển đông không tải với vận tốc 1000mm/ph Lực này thường nhỏ lên cóthể chọn áp suất của bơm bánh răng là: pb2 = 6 kG/cm2

3.Tính công suất động cơ truyền động cho hai bơm.

- Tổn hao công suất để thực hiện công có ích cho bơm cao áp:

N1=p1 Q1

Trong đó:

N – Tổn hao công suất để thực hiện công có ích;

p1- áp suất làm việc lớn nhất của bơm, kG/cm2;

Q1- lưu lượng chảy qua bơm cao áp, cm3/ph;

N1=p1 Q1

612

N1= 65 12

612 = 1,274 kWNếu hiệu suất của công suất máy bơm là 0,9 thì:

N1 = 1,274

1¿ 0,9 ¿

¿ ¿ = 1,42 kW

Chọn động cơ có công suất N1 =1,5kW

- tổn hao công suất để thực hiện công có ích cho bơm bánh răng lưu lượng lớn:

Chọn động cơ có công suất N2 =1,5kW

4 Tính bộ lọc.

Lưu lượng qua bộ lọc dược tính theo công thức:

Q = q.STrong đó:

Q – lưu lượng qua bộ lọc trong một đơn vị thời gian cm3/ph;

S –diện tích bề mặt phần tử lọc cm2;

q – lưu lượng qua một đơn vị diện tích vật liệu lọc trong một đơn vị thời gian

q=k Δpp μ

k –hệ số tỉ lệ, biểu thị lưu lượng qua một đơn vị diện tích bề mặt vật liệu lọc khichênh lệch áp suất 1kG/cm2 và độ nhớt động chất lỏng là

q2=k.Δpp

μ =1,16.

1,5 0,9.10−3 = 2047 cm3/phdiện tích bề mặt phần tử lọc

S2≥Q2

q =

25500

2047 ≈¿ ¿ 13cm2.Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa phần tử lọc và chất lỏng cho bộ lọc bề mặt đặt ởđường hút của bơm Q2 chon là: S = 20 cm2

Nếu lưu lượng của bơm cao áp là 12(lít/ph) chênh áp qua bộ lọc là 1,5 kG/cm2 , hệ

số k của bộ lọc bằng lưới sợi No002 là 1,16; tức là

 đường kính bộ lọc:

d≥√4 S π = 29 cm,

Chọn d = 30 cm

VI-TÍNH TOÁN ỐNG DẪN

Khi tính tính toán lưu lượng chảy qua ống, ta xét lưu lượng cần cung cấp là

Q: lưu lượng chảy qua ống (l/ph)

d: đường kính trong của ống

VII-TÍNH TOÁN VÀ CHỌN VAN

A-Tính toán các van

1 Van tràn

Phương trình lực cân bằng tĩnh

P1.F – Plx = 0

P1: áp suất bơm P1 = 58 bar

F: tiết diện piston = const

P2: áp suất cửa vào P2 = 5 bar

F: tiết diện piston = const

3 Van giảm áp ( giảm từ 58 bar xuống 35 bar )

Phương trình lực cân bằng tĩnh

P2.F – Plx = 0

P2: áp suất cửa ra P2 = 35 bar

F: tiết diện piston = const

4 Van tiết lưu

Như tính toán ở trên, lưu lượng qua van tiết lưu là

Qmax = 9,71 lít/phút

Qmin = 7,95 lít/phút

5 Van đảo chiều ( 5/3 & 2/2 )

Kết cấu van đảo chiều được xác định chủ yếu bằng những thống số chính củavan Những thông số ấy thường là:

max

Q  lưu lượng lớn nhất chảy qua van [lít/phút]

D  đường kính của con trượt [mm]

d  đường kính trong của ống dẫn nối liền với cửa van [mm]

Để so sánh giữa các van, người ta chỉ lấy một thông số cơ bản là đường kínhtrong của ống dẫn nối liền với cửa van: d

Các kích thước chủ yếu thường dùng được xác định như ở hình (3.26a):

Hình bên biểu thị những kích thướccủa van đảo chiều 5/2 Đối với van nămcửa, thì chiều dài thân van:

BẢNG CHỌN VAN

Suy ra chọn van số 2( dựa vào thông số lưu lượng đã tính toán )

B- Chọn van dưa trên thông số đã tính toán và giới thiệu cấu tạo

_Các loại van được dùng trong hệ thống: van tràn, van cản, van giảm áp, vantiết lưu, van đảo chiều 5/3 & 2/2

1 Van tràn

Van an toàn dùng để đề phòng quá tải trong hệ

thống dầu ép Khi áp suất dầu trong hệ thống vượt

quá mức điều chỉnh, van an toàn mở ra để đưa dầu

thoát về bể dầu, do đó áp suất giảm xuống Nhiều

khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất

không đổi trong hệ thống dầu ép Trong trường hợp

này van an toàn đóng vai trò của van áp lực hoặc

van tràn để xả bớt lượng dầu thừa trở về bể dầu

Hình 3.1: Ký hiệu van an toàn

1- Cửa vào 2- Lỗ giảm chấn 3- Buồng dưới xilanh 4- Lò xo

5- Pittông 6- Cửa ra 7- Lỗ tháo dầu

Hình 3.3: Kết cấu và vị trí van an toàn kiểu pittông trong hệ thống dầu ép

2 Van cản

_Van cản dùng để tạo nên một sức cản trong hệ thống dầu ép Thí dụ như ởcửa ra của xilanh dầu ép, người ta lắp van cản để tạo nên một áp suất nhất định ởđường ra, làm cho dòng chất lỏng chảy không đứt quãng Do đó, pittông chuyểnđộng êm, nhẹ nhàng

_Nhờ có van cản đặt ở cửa ra, nên khi máy ngừng làm việc, dầu trong xilanhkhông bị chảy hết về bể dầu Do đó, khi máy khởi động, pittông di chuyển không bichấn động

_Kết cấu và sơ đồ lắp van cản trong hệ thống dầu ép đựoc thể hiện theo hình(3.6):

Hình 3.6: Van cản trong hệ thống dầu ép

3 Van giảm áp

Loại van giảm áp có pittông vi sai (pittông có bậc) có những đặc tính tốt hơn.Đặc trưng cho loại này là van Γ57 được thể hiện ở hình 3.9:

về bể

4 Van tiết lưu

Van tiết lưu dùng để chỉnh lưu lượng dầu và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép

Van tiết lưu có thể đặt ở đường vào hay đường ra của cơ cấu chấp hành Hình 3.13 là sơ đồ của loại van tiết lưu đơn giản nhất được lắp ở đường ra của hệ thống dầu ép Cách lắp này được dùng phổ biến nhất vì van tiết lưu thay thế cả chức năng của van cản, tạo nên một áp suất nhất định trên đường ra của xilanh và do đó, làm cho chuyển động của nó được êm

Sơ đồ kết cấu điển hình của loại này được thể hiện ở hình 3.13 Nhờ vít (1),chốt tiết lưu (2) có thể di động dọc trục để điều chỉnh tiết diện chảy Ax, và qua đóđiều chỉnh được lưu lượng Sự khác nhau cơ bản giữa các van tiết lưu là hình dang1của rãnh tiết lưu

Ngoài loại dùng mặt côn để điều chỉnh tiết diện chảy như ở hình 3.13, van tiếtlưu điều chỉnh dọc trục còn có các rãnh tiết lưu khác như ở hình 3.14

1- Chốt tiết lưu 2- Rãnh tiết lưu Hình 3.14: Các loại rãnh tiết lưu của tiết lưu điều chỉnh dọc trục

Ở hình (a), chốt tiết lưu (1) di động theo hướng trục làm cho rãnh (2) có tiếtdiện chảy to hay nhỏ Rãnh tiết lưu của hình (b) là hình tam giác được phay nghiêngtren bề mặt của chốt tiết lưu (1) Với sự di chuyển của chốt tiết lưu, tiết diện tamgiác thay đổi

Hình (c) có kết cấu tương tự như hình (b), nhưng rãnh tiết lưu là hình chữ nhật

5 Van đảo chiều

Van đảo chiều có rất nhiều dạng khác nhau, nhưng dựa vào một đặc điểmchung là số vị trí và số cửa để phân biệt chúng với nhau:

Số vị trí: là số chỗ định vị con trượt của van Thông thường van đảo chiều cóhai hoặc ba vị trí, ở những trường hợp đặc biệt có thể nhiều hơn

Số của (đường): là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra Số của của van đảo chiềuthường dùng là hai, ba, năm Đôi khi có thể dùng nhiều hơn