Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 9: Thiết kế hệ thống

CENNITEC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

LE THE TRUYEN

le the truyen

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 toàn 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 còn 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 mô-men quay là

50 daNm với vận tốc quay 140 vòng/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

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Xá c định cá c 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

le the truyen

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

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Theo catalog, xy lanh có đường kính D = 80 mm có hai loại với đường kính ti

khá c nhau là 45 mm và 56 mm.

Ti xy lanh A được giả định có đường kính là 45 mm.

Cennitec

le the truyen

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

le the truyen

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

le the truyen

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 lí t

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

le the truyen

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

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Xá c 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

le the truyen

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

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Thiết kế mạch thủy lực

Xy lanh A

Vì xy lanh A có vận tốc hành trì nh đi ra và về bằng

nhau nên cần thiết phải có van điều chỉnh lưu lượng để

chỉnh vận tốc xy lanh ở hành trì nh về. Vì đối với xy

lanh tá c động ké p thì vận tốc ở hành trì nh về luô n lớn

hơn vận tốc hành trì nh đi ra nếu khô ng có sự điều

chỉnh lưu lượng.

E₁

A

B

T

D₁

Y₁

P

Y₂

Cennitec

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Xy lanh B

Để xy lanh B có thể làm việc với hai vận tốc

khá c nhau trên một hành trì nh ta có thể dùng

một phan phâ n phối 3/2 để chuyển mạch. Khi

cuộn dâ y Y5 được cấp điện, xy lanh B chuyển

sang làm việc với vận tốc chậm.

A

P

Y₅

T

E₂

A

B

T

Y₃

P

Y₄

Cennitec

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Xy lanh B

Xy lanh A

Á p suất làm việc của xy

lanh A và B là 90 bar, trong

khi á p suất làm việc của

động cơ thủy lực là 115

bar. Do vậy, cần thiết phải

có van giảm á p cho nhá nh

hai xy lanh A và B. Mạch

thủy lực cho hai xy lanh A

và B được đề nghị như

sau:

A

P

Y₅

T

E₁

E₂

A

B

T

A

B

T

D₁

Y₃

P

Y₄

Y₁

P

Y₂

Đến động cơ

Cennitec

le the truyen

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 phâ n phối 2

vị trí . Ngoài ra, một van phâ n phối 3/2 được lắp

kè m nhằm cho phé p quay trục động cơ tự do khi

hệ thống đã ngừng làm việc.

A

P

B

T

Y₆

Cennitec

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

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

Động cơ thủy lực

Xy lanh B

Xy lanh A

A

P

Y₅

T

A

P

B

T

E₁

Y₆

E₂

A

B

T

A

B

T

D₁

Y₃

P

Y₄

Y₁

P

Y₂

Đến động cơ

Cennitec

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Cài đặt giá trị làm việc cho cá c van

1) Van giảm á p

Áp suất làm việc cho hai xy lanh A và B là 90 bar. Độ mất áp qua van điều

chỉnh lưu lượng E₂là 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

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2) Van giới hạn á p 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

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Xá c định lưu lượng cần cho cá c 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

Q l/s

1.2 l//s

1.12 l//s

1.1 l//s

1 l//s

0.7 l//s

Biểu đồ lưu lượng

t (s)

Cennitec

le the truyen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

e) Xá c định kí ch thước cá c ống dẫn

Ống dẫn cho xy lanh A

Để có được dòng 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

Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 9: Thiết kế hệ thống - Lê Thể Truyền