Blog Thủy Lực - cgvt.vncgvt.vn/wp-content/uploads/2016/12/thiet-ke-he-thong-truyen-dan... · THIẾT KẾ HỆ THỐNG ... 14. Tính toán nhiệt cho mạch thủy lực 24

Blog Thủy Lực 2014

BỘ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO LIÊN BANG NGAĐẠI HỌC TỔNG HỢP KỸ THUẬT QUỐC GIA VOSTOK-SIBERI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN THỦY LỰC

Bản Dịch

Tác giả: Полякова Л.Е. Ямпилов С.С. Блекус В.Г.

Ulan-Ude, 2001

1


MỤC LỤC

Lời dẫn 3

1. Các vấn đề cơ bản khi thiết kế hệ truyền dẫn thủy lực 4

2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý thủy lực 6

3. Lựa chọn và tính toán các thông số cơ bản từ yêu cầu thiết kế 8

3.1. Lựa chọn áp suất chuẩn 9

3.2 Lựa chọn chất lỏng công tác 9

4. Tính toán công suất và lưu lượng của máy bơm 11

5. Lựa chọn máy bơm 12

6. Lựa chọn và tính toán xy lanh thủy lực 14

7. Lựa chọn và tính toán môtor thủy lực 17

8. Lựa chọn các thiết bị thủy lực điều hướng và điều chỉnh 18

9. Lựa chọn bộ lọc thủy lực 18

10. Lựa chọn và tính toán ống dẫn 19

11. Tính toán hao phí áp suất trong hệ thống 20

12. Tính toán xác minh 22

13. Xác định công suất và hiệu suất của mạch thủy lực 24

14. Tính toán nhiệt cho mạch thủy lực 24

Phụ lục 25

Tài liệu 26

2


LỜI DẪN

Thiết bị truyền dẫn thủy lực thường được ứng dụng rỗng rãi trong các máycông trình. Điều đó có được là bởi vì so với các dạng truyền động khác, truyềnđộng thủy lực có các ưu điểm: hiệu chỉnh đơn giản vô cấp vận tốc cơ cấu làm việctịnh tiến – khứ hồi với giới hạn điều chỉnh rộng; có khả năng nhanh chóng đảochiều với việc hãm (phanh) và khởi động êm trơn tru; năng lượng riêng lớn; dễdàng điều khiển tự động hóa và bảo vệ; các thiết bị tự bôi trơn, nâng cao độ tin cậylàm việc; có khả năng chuẩn hóa cao các phần tử nhiệt.

Thiết bị truyền dẫn thủy lực được trang bị trên khoảng 2/3 số máy công trình(máy xây dựng và máy đường bộ). Tỉ lệ ứng dụng thiết bị truyền dẫn thủy lực vẫnkhông ngừng tăng lên.

Việc các máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực được phổ biến rỗngrãi đặt ra yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa hệthống truyền dẫn thủy lực. Tài liệu này cung cấp những kiến thức cơ bản và cácbước tính toán, thiết kế một hệ thống truyền dẫn thủy lực của các máy công trình.

3


1. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN

Việc tiến hành tính toán và thiết kế hệ thống truyền dẫn thủy lực cho cácmáy công trình (các máy xây dựng – máy đường bộ: xúc, ủi, lu, nắn đường sắt –máy vận tải: cẩu, oto tải) cần phải tính toán tới các điều kiện vận hành đặc thù: ởcác vùng thời tiết khác nhau, ở thời gian khác nhau trong năm; làm việc bên ngoàitrời với độ bụi bẩn cao; làm việc ở địa hình gồ ghề có sự rung lắc; các chế độ làmviệc đặc biệt với tải trọng có phạm vi thay đổi lớn.

Cấu trúc của hệ truyền dẫn cần phải đảm bảo độ tin cậy và sự nhịp nhàng khilàm việc với các tiêu chí về kỹ thuật-kinh tế đã cho trước, và còn phải thỏa mãnyêu cầu về an toàn lao động.

Tiến hành thiết kế hệ truyền dẫn thủy lực cho các máy công trình cần phảitính đến các chế độ làm việc của các máy đó. Chế độ làm việc của mạch thủy lựcđược xác định phụ thuộc vào các hệ số: hệ số sử dụng áp suất chuẩn, mức độ làmviệc liên tục dưới tải trọng, hay số lần mở máy trong 1 giờ (bảng 1).

Khi thiết kế cấu trúc và tính toán mạch truyền dẫn thủy lực, các thông số cơbản, các kích thước hình học và kích thước liên kết của các thiết bị thủy lực đượclựa chọn theo “Tiêu chuẩn qui định” .(Ở đây có thể là : TCVN, GOST, ISO).

Các thông số cơ bản của hệ truyền dẫn thủy lực chính là áp suất chuẩn vàlưu lượng chuẩn.

Các phần tử của mạch thủy lực nên lựa chọn từ các sản phẩm thiết bị thủylực chuẩn được sản xuất hàng loạt, đặc biệt là các thiết bị chuyên dùng cho máycông trình (nghĩa là: nên chọn các sản phẩm đã được sản xuất sẵn, và bán ngoài thịtrường).

Bảng 1Chế độ làm việc của mạch truyền dẫn thủy lực

Chế độ làm việc

Hệ số sử dụng áp suất chuẩn

ach

pk

p=

Hệ số làm việcliên tục dưới tải trọng

pp

tk

t=

Số lần mở máy trong 1 giờ

Khu vực ứng dụng

Nhẹ <0.4 0,1…0,3 <100 Hệ thống điều khiển; máy dọn tuyết, máy đặt ống, máyxới-trộn

Trung bình 0,4…0,7 0,3…0,5 100-200 Máy dọn đất, máy ủi, máy san đất tự động.

Nặng 0,7…0,9 0,5…0,8 200-400 Máy bốc dỡ, ô tô cần trục.

Siêu nặng >0,9 0,8…0,9 400-800 Máy xúc, máy đào, xe lu, các máy hoạt động liên tục.

4


Quá trình thiết kế hệ truyền dẫn thủy lực bao gồm các giai đoạn: + Phân tích động học của cơ cấu làm việc (tên gọi khác: cơ cấu chấp hành,

cơ cấu công tác, khâu ra);+ Thiết lập dạng và các chuyển động liên tiếp cần thiết tương ứng với đặc

tính của quá trình công nghệ khi máy làm việc; + Thiết lập sơ đồ nguyên lý thủy lực;+ Tính toán mạch thủy lực và lựa chọn các thiết bị thủy lực.

Sự tính toán được tiến hành theo 3 bước [1,3]:

+ Lựa chọn thông số và tính toán sơ bộ;

+ Làm chính xác các thông số khi tính tới các hao phí áp suất và lưu lượng;

+ Tính toán xác minh.

Khi tính toán sơ bộ cần phải lựa chọn áp suất trong hệ thống thủy lực; xácđịnh công suất của hệ thống, lưu lượng của máy bơm và các thông số cơ bản củađộng cơ thủy lực. Nếu khi tính toán sơ bộ thấy được không có khả năng đáp ứngcác điều kiện yêu cầu kỹ thuật cho trước, thì các thông số đã chọn cần được hiệuchỉnh lại (tức là: thay đổi thông số được chọn, tiến hành lặp lại các bước tính toán).

Các tính toán cơ bản (chính) đó là: tính toán và lựa chọn máy bơm, động cơthủy lực, các thiết bị điều hướng và điều chỉnh, ống dẫn và các thành phần khác.Ngoài ra cần phải tính toán hao phí áp suất trong mạch thủy lực, hiệu suất củamạch thủy lực và tính toán nhiệt cho mạch thủy lực.

Tính toán xác minh (hoặc tính toán kiểm tra) được thực hiện để xác địnhmức độ sai lệch giữa các thông số thu được và các thông số đầu ra cho trước củacác thiết bị thủy lực đã được sản xuất với những đặc tính cụ thể của chúng (nghĩalà: do chọn các thiết bị thủy lực đã được sản xuất với các thông số đầu ra chotrước, khi lắp vào mạch thủy lực sẽ dẫn tới sai lệch so với kết quả tính toán trướcđó).

5


2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ THỦY LỰC

Cấu trúc và các đặc tính của mạch thủy lực của các máy công trình được xácđịnh theo chức năng và đặc tính của cơ cấu chấp hành của các máy đó. Bởi vậysinh viên cần nắm chắc chức năng của máy, nguyên lý làm việc của máy, điều kiệnvận hành máy, vị trí bố trí và sự tác động lẫn nhau của các thiết bị thủy lực trongmạch thủy lực.

Khi xây dựng sơ đồ nguyên lý thủy lực cần phải ứng dụng những kinhnghiệm về vận hành và sử dụng máy, sử dụng các sơ đồ kiểu mẫu, và cả nhữngmáy có công dụng tương tự.

Để thiết kế sơ đồ nguyên lý thủy lực cần giải quyết các vấn đề nguyên tắcsau:

+ Số lượng nhánh hệ thống thủy lực (một, hai hay nhiều nhánh);+ Đặc tính làm việc của dòng chất lỏng ( mạch hở hay mạch kín);+ Sự điều chỉnh tốc độ trong mạch thủy lực (không điều chỉnh, điều chỉnh

kiểu tiết lưu, hay điều chỉnh kiểu thể tích);+ Phương pháp điều khiển (thủ công, từ xa, hay tự động );+ Vấn đề về tháo lắp, chuyển rời và đồng bộ các thiết bị thủy lực.

Khi lựa chọn sơ đồ thủy lực với nguồn nuôi một máy bơm mà “cơ cấu tiêuthụ” có cả xylanh thủy lực và môtor thủy lực, thì cần chú ý đảm bảo áp suất đầuvào xilanh và áp suất đầu vào môtor thủy lực xấp xỉ nhau.

Nếu sử dụng áp suất cao vào việc nuôi xylanh thủy lực trong điều kiện ápsuất thấp tại môtor, thì vì một lý do nào đó nhất định, dẫn tới chuyển sang sơ đồhai nhánh, tức là để nuôi mỗi nhóm động cơ thủy lực cần sử dụng một máy bơmđộc lập. Một cách khác để làm giảm áp suất trong các đường dẫn nuôi động môtorthủy lực dẫn tới việc phải sử dụng van giảm áp, điều đó làm tăng hao phí thủy lựcvà giảm hiệu suất của mạch thủy lực. Trong các máy công trình cơ bản thường sửdụng các mạch thủy lực dạng mạch hở, vì như thế có thể sử dụng bất kỳ động cơthủy lực dạng tịnh tiến (xylanh) hoặc dạng quay (môtor). Mạch thủy lực dạng mạchkín chỉ ứng dụng cho các truyền dẫn môtor thủy lực, ví dụ trong truyền dẫn hànhtrình quay của gàu máy xúc, máy đào, máy dọn tuyết, … Với các hệ thống có côngsuất lớn (N>10 kW) có khả năng điều chỉnh công suất được ứng dụng rộng rãitrong các xe kéo, rơ-mooc, máy đào đất, sự điều khiển vận tốc cơ cấu chấp hànhkhi hệ thống mạch kín.

Sự điều chỉnh (điều tiết) bằng van tiết lưu không kinh tế bằng điều chỉnhdạng thể tích. Điều chỉnh bằng van tiết lưu được ứng dụng trong các hệ thống thủylực có công suất nhỏ và trong trường hợp điều chỉnh tức thời.

Trong các hệ thống thủy lực của các máy công trình xây dựng và làm đườngdi động, các dạng điều khiển chính được áp dụng bao gồm: điều khiển thủ cônghoặc điều khiển từ xa. Điều khiển tự động bởi mạch thủy lực được ứng dụng trongtrường hợp cần những thao tác chính xác, như các robot lập trình trên các máy xúc,máy ủi, máy đào.

6


Việc thiết kế sơ đồ nguyên lý thủy lực bắt đầu từ lựa chọn và sắp đặt vị trícủa động cơ thủy lực, sau đó là vị trí các đường ống từ động cơ thủy lực, tiếp đếnlà các thiết bị điều chỉnh và điều khiển tương ứng với các chế động làm việc và cácyêu cầu cụ thể đối với từng loại động cơ. Sau đó liên kết các đường ống nén,đường ống xả, đường ống tiêu của từng bộ phận sơ đồ; tiếp đó xác định các vị tríđặt các loại van ổn áp, van tiết lưu . Bước cuối cùng là thiết kế sơ đồ trạm máybơm, với các bộ lọc và thiết bị phụ trợ khác.

Thiết kế sơ đồ nguyên lý thủy lực cần phải phân tích sự an toàn khi làm việc,như đánh giá khả năng làm việc của cơ cấu, khả năng cơ cấu bị phá hủy. Khi cầnthiết phải bổ sung các thiết bị an toàn, khóa thủy lực nhằm loại bỏ các khả năngxuất hiện tình huống không an toàn.

Tóm lại việc thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch thủy lực là bước quan trọngnhất, để từ đó tiến hành tính toán, lựa chọn thiết bị thủy lực và hoàn chỉnh mạchthủy lực.

7


3. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢNTỪ CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ

Để thiết kế hệ thống truyền dẫn thủy lực cần phải biết các dữ liệu sau:• Kiểu mẫu của máy, bản vẽ (hoặc sơ đồ) cơ cấu làm việc và đặc tính kỹ

thuật của cơ cấu đó;• Chức năng và yêu cầu đối với hệ thống truyền dẫn thủy lực;• Đặc tính vùng khí hậu đối với sự vận hành máy thủy lực;• Sơ đồ nguyên lý thủy lực đối với hệ thống truyền dẫn thủy lực;• Các chế độ làm việc của hệ thống thủy lực;• Lực xuất ra trên cán xylanh hay mômen xuất ra trên trục của môtor thủy lực;• Tốc độ di chuyển đầu mút xilanh hoặc tần số quay của trục môtor thủy lực.

Khi tính toán các thông số cho máy thủy lực thì sơ đồ thủy lực, sự đồng bộcủa các phần tử thủy lực, chế độ làm việc của mạch thủy lực đều phụ thuộc vàokiểu mẫu và công dụng của máy thủy lực, đặc tính khí hậu của cơ cấu chấp hành,chu trình và chế độ làm việc của máy thủy lực.

Dựa vào đặc tính vùng khí hậu khi vận hành máy có thể xác định giới hạnnhiệt của không khí (nhiệt độ môi trường làm việc của máy), là các giá trị cần quantâm khi lựa chọn chất lỏng làm việc (chất lỏng công tác).

Lực xuất ra trên cán xilanh dùng để tính toán đường kính xilanh, còn mômenxuất ra trên trục của môtor thủy lực dùng để lựa chọn kích thước tiêu chuẩn chomôtor thủy lực.

Tốc độ của động cơ thủy lực phụ thuộc vào chế độ làm việc của hệ thốngtruyền dẫn thủy lực và độ bền của cán xylanh. Nếu chọn tốc độ cao quá sẽ dẫn tớităng lưu lượng của hệ thống thủy lực và tăng kích thước của các thiết bị thủy lực.Ngược lại, nếu chọn tốc độ thấp quá sẽ dẫn tới giảm năng suất làm việc của máy. Ởchế độ làm việc nhẹ hệ thống thủy lực và tốc độ cơ cấu làm việc trên động cơ thủylực ảnh hưởng nhỏ tới năng suất làm việc của máy, bới vậy ở chế độ làm việc nhẹtốc độ thấp hay được lựa chọn; còn đối với chế độ làm việc nặng thì hay chọn tốcđộ khâu ra cao hơn, vì nó làm tăng hiệu suất làm việc của máy. Như vậy vùng giátrị đối với vận tốc cán xi lanh được chọn là từ 2 tới 30 m/phút (0,03 – 0,5 m/s).

Các giá trị lực, mômen xoắn và vận tốc được xác định khi hoàn thiện tínhtoán lực của cơ cấu làm việc và năng suất của máy. Để xác định các thông số ngoàiban đầu của hệ thống thủy lực cần phải lựa chọn và tính toán các thống số bêntrong khi “tính toán cơ bản” với chế độ chuẩn (tính toán cơ bản: là tính toán chomột số bộ phận chính trong mạch thủy lực – đọc lại mục 1.). Các thông số chuẩn làáp suất chp và lưu lượng chQ .

Trong hệ truyền dẫn thủy lực có sự phân nhánh công suất, việc tính toán ápsuất cần thiết và lưu lượng cần thiết thực hiện dựa vào động cơ chịu tải lớn nhất.(Nghĩa là: với mạch thủy lực gồm nhiều nhánh, mỗi nhánh là các động cơ songsong, thì động cơ nào chịu tải lớn nhất, sẽ yêu cầu cung cấp áp suất và lưu lượnglớn nhất – đó là áp suất cần thiết là lưu lượng cần thiết cung cấp cho toàn mạch).

8


3.1 LỰA CHỌN ÁP SUẤT CHUẨN

Áp suất trong hệ thống thủy lực phụ thuộc vào kiểu máy bơm và chức năngcủa mạch thủy lực đó trên máy công trình nhất định. Áp suất máy bơm cần phảilớn hơn nhiều tải trọng hoặc công suất kéo theo để làm chuyển động cơ cấu chấphành. Áp suất nhỏ dẫn tới sự tăng kích thước cơ sở và tăng khối lượng, mặc dù làmcho hệ thống vận hành trơn tru và ổn đinh; áp suất lớn làm hạ thấp kích thước cơsở và khối lượng, nhưng làm phức tạp cấu trúc và sự vận hành của hệ thống thủylực, giảm tuổi thọ của thiết bị thủy lực. Như vậy cần một giá trị áp suất tối ưu chohệ thống thủy lực, không quá lớn, không quá nhỏ, áp suất đó được gọi là áp suấtchuẩn. Áp suất chuẩn thường được lựa chọn dựa trên tài liệu hướng dẫn và dữ liệuthống kê thu được khi sử dụng thực tế máy thủy lực cùng dạng cần thiết kế. Khi đótừ giá trị áp suất tính toán và lựa chọn giá trị áp suất chuẩn cho các máy bơm. Làcác máy bơm được sản xuất công nghiệp và được sử dụng trong các máy côngtrình, tương tự với máy bơm được thiết kế.

Áp suất chuẩn trong hệ truyền dẫn thủy lực được qui định tương ứng với dãyáp suất chuẩn theo tiêu chuẩn GOST 6540-74 và GOST 12445–77 (МPа): 0,63;1,0; 1,6; 2,5; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32.

3.2 LỰA CHỌN CHẤT LỎNG CÔNG TÁC

Chất lỏng công tác ngoài chức năng chính là vận chuyển năng lượng từ máybơm tới động cơ thủy lực, còn thực hiện chức năng phụ: đó là bôi trơn các bề mặttrượt cọ sát lẫn nhau của các chi tiết; loại bỏ sản phẩm mài mòn của các mặt cọ sátlẫn nhau; bảo vệ các chi tiết khỏi ăn màn; làm nguội ( làm mát) hệ thống thủy lực.

Bởi vậy khả năng làm việc và tuổi thọ của thiết bị thủy lực phụ thuộc vào sựlựa chọn đúng đắn chất lỏng công tác.

Trong các hệ truyền dẫn của các máy công trình chỉ áp dụng dầu nhớt tựnhiên – là chất lỏng công tác có đặt tính bôi trơn tốt, ổn định hóa học tốt khi nhiệtđộ cao, chống ăn mòn tốt và chống tạo bọt tốt.

Ngày nay một số loại dầu sau được ứng dụng rộng rãi: МG-20, МG-30,VМG-3, АМG-10, I-12, I-20, I-30.

Lựa chọn nhãn dầu cần phải tính đến chế độ làm việc của hệ truyền dẫn thủylực, khí hậu và điều kiện làm việc, tương ứng với độ nhất tại áp suất chuẩn, và cảhướng dẫn sử dụng của nhà máy sản xuất máy thủy lực.

Khi lựa chọn nhãn dầu giới hạn nhiệt độ áp dụng cho chất lỏng công tácđược xác định theo bảng và hình vẽ ở phụ lục 1 và 3.

Trong các mạch truyền dẫn thủy lực, vận hàng ngoài không khí khi nhiệt độtừ 50oC - 60oC, chỉ nên dùng 2 loại chất lỏng công tác (cho mùa hè và mùa đông)[1]. Độ nhớt của chất lỏng công tác trong điều kiện vận hành phải nằm trongkhoảng giới hạn 20-200 cSt (mm2/s).

Khoảng giá trị độ nhớt của dầu cho phép khi vận hành trong thời gian ngắn(quãng thời gian vận hành ngắn – làm việc ngắn hạn) có thể trong khoảng 10-2000cSt (mm2/s). Nhiệt độ ngưng kết của chất lỏng công tác cần phải thấp hơn nhiệt độ

9


nhỏ nhất của môi trường xung quanh khi vận hành hệ thống thủy lực từ 15-20oC.Nhiệt độ cao nhất đối với chất lỏng công tác trong hệ thống thủy lực không đượcvượt quá 70-80oC. Để đảm bảo nhiệt độ tối ưu cho chế độ làm việc của hệ thốngthủy lực làm việc trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, cần phải dự kiến phương ánlàm mát cho chất lỏng công tác hoặc sử dụng thiết bị tản nhiệt.

Để lựa chọn chất lỏng công tác cần phải biết các giá trị nhiệt độ giới hạn củamôi trường xung quanh, các giá trị này phụ thuộc vào điều kiện thời tiết tại nơi vậnhành máy.

Giới hạn nhiệt độ môi trường xung quanh cho các vùng khí hậu khác nhauđó là:

+ Vùng cực bắc và Siberi -50 …+35o C;+ Vùng trung LB Nga -35…+40º С;+ Vùng miền nam LB Nga -25…+50º С.

Việc lựa chọn chất lỏng công tác cũng phải tính tới sự yếu tố dạng máy bơmvà các hướng sẫn sử dụng của nhà sản xuất. Tiêu chuẩn GOST 14892-69 xác địnhgiới hạn độ nhớt của dầu đối với các loại máy bơm khác nhau.

Giới hạn độ nhớt cho chất lỏng công tác của các máy bơm rotor. *[2]Bảng 2

Dạng máy bơm Độ nhất, сSт (mm²/s)Nhỏ nhất Lớn nhất

Bơm piston dọc trục Bơm cánh gạtBơm bánh răng

6-810-1216-18

1800-2003500-45004500-5000

* Với độ nhất bé nhất dầu thủy lực phải đảm bảo bôi trơn được các bề mặtma sát khi hiệu suất thể tích nhỏ hơn 0,8. Với độ nhớt lớn nhất dầu thủy lực phảiđảm bảo vẫn di chuyển được trong mạch thủy lực (khả năng có thể bơm).

Dầu thủy lực МG-20 и МG-30 thường sử dụng cho mạch truyền dẫn thể tíchlàm việc ngoài không khí ở vùng trung và miền nam LB Nga.(Có thể thay thếbằng: IS-20, IS-30); VМG-З dùng cho vận hành các mạch thủy lực làm việc tất cảcác mùa trong năm ở vùng cực Bắc, vùng Siberi, và Dalni Vostok, còn vùng trungvà miền nam LBN VMG-3 được sử dụng vào mùa đông (nhãn dầu tương tự là –АМG-10); МG-30, và silic lỏng (không hiểu nhầm là Si – chỉ hiểu đấy là một têngọi) 7-50-С3 thường được sử dụng trong điều kiện nhiệt đới.

10


4. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ LƯU LƯỢNG MÁY BƠM

Khi tính toán hệ thống thủy lực cho các máy công trình dựa vào các thông sốcơ bản ta dễ dàng thu được công suất. Để lựa chọn áp suất chuẩn ( )chp Pa cần phảibiết trước lực đẩy F(N) hoặc momen xoắn M (N.m), cũng như lưu lượng Q (m3/s),vận tốc V (m/s) hoặc tốc độ quay ω (1/s) của động cơ thủy lực.

Công suất có ích được xác định theo công thức sau:

Đối với cán xilanh: , ;1000x

F VN kW

×=

Đối với trục môtor thủy lực: , ;1000m

MN kW

ω×=

Khi tính toán sơ bộ cho mạch thủy lực, có sự hao phí áp suất trên đường dẫn,và tại các cản cục bộ hay do lực ma sát và lực quán tính, bởi vậy cần bù vào bằnghệ số an toàn cho lực đẩy hoặc mômen là 1,1 12fK = ÷ . Sự thất thoát và giảm lưulượng do khởi động động cơ cần bù vào bằng hệ số an toàn cho lưu lượng

1,1 1,3qK = ÷ . Với các hệ số an toàn các giá trị nhỏ áp dụng đối với các đường dẫnlàm việc ở chế độ nhẹ và trung bình, còn các giá trị lớn áp dụng cho chế độ vậnhành nặng và siêu nặng.

Nếu trong hệ thống thủy lực đường dẫn của động cơ nhận chất lỏng từ vàimáy bơm khác nhau, thì công suất hệ thống xác định tương tự đối với máy bơm,còn lưu lượng cần tính toán cho từng máy bơm. Trong trường hợp hệ thống thủylực hai ( nhiều) nhánh máy bơm, đảm bảo làm việc cho nhiều nhóm động cơ thủylực khác nhau, khi tính toán công suất hệ thống cần tính toán từng bộ phận với từtổ hợp (giàn) máy bơm. Khi đó công suất tổ hợp (giàn) máy bơm.

( )b f q x x m mN K K Z N Z N= × × × + × Ở đó Zx và Zm - số lượng xylanh và môtor thủy lực làm việc đồng thời.Xác định công suất trạm máy bơm, từ đó có thể xác định lưu lượng chất lỏng

công tác trong hệ thống.

bht

ch

NQ

p=

Trong mạch thủy lực 1 dòng (1 nhánh) với 1 máy bơm tổng, thì lưu lượngtính toán của máy bơm là Qb.t bằng lưu lượng trong mạch thủy lực

.b t ht x x m mQ Q Z Q Z Q= = × + × . Nếu một máy bơm không đảm bảo lưu lượng cần thiếtcung cấp cho mạch thủy lực, thì nên lắp đặt 2 máy bơm giống nhau với lưu lượngmỗi cái là Qb =Qht/2, hoặc lắp đặt 2 máy bơm cùng loại với lưu lượng khác nhauchỉ trong trường hợp mạch thủy lực hỗn hợp xylanh và môtor có chu kỳ làm việckhác nhau lớn, khi đó yêu cầu mỗi máy bơm cung cấp cho 1 bộ phận xylanh vàmôtor sao cho sử dụng hợp lý mạch truyền dẫn thủy lực 2 luồng. Nghĩa là đảm bảocung cấp riêng rẽ xylanh và môtor từ 2 máy bơm độc lập được lựa chọn phù hợpvới lưu lượng của xylanh và môtor.

Dựa vào các giá trị áp suất chuẩn pch và lưu lượng chuẩn Qch được chọn với

11


mạch thủy lực tương ứng để lựa chọn các thành phần của mạch thủy lực từ cácthiết bị thủy lực được sản xuất công nghiệp. Các thiết bị được lựa chọn phải có giátrị gần nhất với các giá trị chuẩn (pth.b ≥pch , Qth.b≥ Qch).

5. LỰA CHỌN MÁY BƠM

Kiểu của máy bơm được lựa chọn từ kinh nghiệm thiết kế và vận hành cácmáy công trình và từ sự phụ thuộc vào chế độ làm việc của hệ thống thủy lực.Trong hệ thống thủy lực làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình nên chọn máy bơmcánh gạt hoặc bơm bánh răng, đối với chế độ làm việc năng nên chọn các kiểu bơmpiston.

Khi lựa chọn máy bơm các thông số cơ bản là: lưu lượng riêng q(cm3/vòng),áp suất chuẩn pch (MPa), tốc độ quay chuẩn nch (vòng/phút=vg/ph), và lưu lượngchuẩn Qch. Lưu lượng chuẩn chính là giá trị lưu lượng hệ thống Qht.

Xác định giá trị lưu lượng riêng dự tính qdt (cm3/ vg) của máy bơm sẽ chọn3

w

10 htdt

ch

Qq

n η= ×

×Ở đó:Qht – lưu lượng hệ thống, lít/ph;nch – số vòng quay chuẩn của van máy bơm , vg/ph;ηw – hiệu suất thể tích, giá trị này được lấy từ đặc tính kỹ thuật của máy

bơm. Dựa vào các giá trị qdt, nch, pch chúng ta lựa chọn máy bơm với giá trị sấp xỉ lưu lượng riêng dự tính. Từ đặc tính kỹ thuật của máy bơm ta có giá trị lưu lượng riêng thực qb ( cm3/vg) , và tính toán lưu lượng thực của máy bơm Qb (lit/ph).

3w10b b chQ q n η−= × × ×

Giá trị lưu lượng thực của máy bơm có thể khác với giá trị dự tính.Máy bơm được chọn phải có áp suất:

pb=p+∑∆pỞ đó: p – áp suất tại cửa ra của động cơ thủy lực;∑∆p – tổng hao phí áp suất trong hệ thống;Giá trị áp suất lớn nhất pb.max có thể tạo bởi máy bơm khi quá tải được giới

hạn bởi van an toàn [1]pb.max =(1,10÷1,20) pb

Giá trị pb.max tính theo công thức trên không được vượt quá giới hạn lớn nhấtcủa áp suất pmax chỉ ra trong đặc tính kỹ thuật của máy bơm đã chọn. Và cả tần sốquay nb của máy bơm đã chọn cũng phải nhỏ hơn giá trị cho phép của nó nmax –được dẫn ra trong các đặc tính kỹ thuật của máy bơm.

Khi máy bơm làm việc ở chế độ khác với chế độ chuẩn, lưu lượng của máybơm được xác định theo công thức:

( )..w

1chch w

ch ch ch

Q n pQ

n pη

η

= − −

Công suất cần để dẫn động máy bơm xác định theo công thức:

12


, ;1000 b

p QN kW

η×=

×Ở đó p – áp suất, sinh ra bởi máy bơm, N/m2;Q – lưu lượng máy bơm, m3/s;ηb- tổng hiệu suất máy bơm theo đặc tính kỹ thuật của máy bơm. Trong tính

toán sơ bộ giá trị tổng hiệu suất ηb và hiệu suất thể tích ηb.w đối với các kiểu máybơm khác nhau có thể lấy theo giới hạn sau:

máy bơm bánh răng : .(0,80 0,85); (0,90 0,94);b b wη η= ÷ = ÷ máy bơm piston dọc trục: .(0,80 0,90); (0,95 0,98);b b wη η= ÷ = ÷ máy bơm cánh gạt: .(0,60 0,80); (0,70 0,90);b b wη η= ÷ = ÷

13


6. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN XYLANH THỦY LỰC

Trên các máy xây dựng-làm đường và nâng-vận tải (gọi chung máy côngtrình) ứng dụng chủ yếu các dạng xylanh thủy lực sau:

Dạng piston 1 cán tác động 1 chiều và 2 chiều; Dạng piston 2 cán tác động 2 chiều; Dạng piston trụ tác động 2 chiều ( các piston có khối lượng lớn được sử

dụng trong các cơ cấu đảm bảo cưỡng bức đưa cán xylanh về vị trí ban đầu –lợi dụng trọng lực từ khối lượng piston).

Các thông số cơ bản của xylanh thủy lực đó là: Chiều dài hành trình piston X,đường kính piston D, đường kính cán piston d, và áp suất chuẩn của xylanh px.ch.

Dựa vào cấu tạo chi tiết máy, chiều dài hành trình piston X thường được xácđịnh tương ứng với hành trình cơ cấu làm việc (hay cơ cấu chấp hành), hoặc đượcxác định thông qua khớp động, nếu giữa xylanh thủy lực và cơ cấu chấp hành có sựtruyền động. Nếu xylanh thủy lực trực tiếp nằm trong cấu tạo máy hoặc là một bộphận của cơ cấu chấp hành, thì kích thước của nó được xác định bởi cấu tạo chi tiếtmáy, sau đó dựa vào các kích thước được lựa chọn là đường kính cán xylanh d vàđường kính piston D xác định diện tích công tác (diện tích hiệu dụng) fct. Áp suấtcần thiết (hay áp suất công tác – áp suất dự tính) px.dt để tạo ra lực theo yêu cầu bài

toán Fx được xác định từ biểu thức: .x

x dtct

Fp

f= . Nếu cấu trúc hệ truyền dẫn chưa

xác định đường kính d và D của xylanh thủy lực, khi đó dựa áp suất công tác

. 0,9x dt chp p≈ × (pch – giá trị áp suất chuẩn được chọn trong hệ thống thủy lực) vàlực yêu cầu đã cho Fx , ta đi xác định diện tích hiệu dụng f1 và f2 của xylanh thủylực, từ đó xác định đường kính D và d ( xem bảng 3). Trong tính toán sơ bộ có thểlấy các giá trị: áp suất tại khoang hút của xylanh thủy lực . 0,9x dt chp p≈ × , và ápsuất tại khoảng xả (khoang thoát) 0,2 0,5 ;xap MPa≈ ÷ hiệu suất của xylanh: hiệusuất cơ học . 0,96x coη ≈ , hiệu suất thể tích .w 1xη = ( coi như xylanh không rò rỉ);tỷ số giữa đường kính cán và đường kính piston / 0,3 0,7d D = ÷ (xem phụ lục 2).Đường kính được chọn của piston D và của cán d cần phải phù hợp với tiêu chuẩnGOST 6540-68.

Khi áp suất chuẩn trong hệ thống pch=16 MPa kích thước xylanh thủy lựcđược khuyên lựa chọn phù hợp với qui định OH – 22–176–69 . Tương tự khi lắpráp và sản xuất các xylanh chuyên dụng cho ôtô cẩu được khuyên lựa chọn phùhợp qui định ТU-22-3277-55, cùng một qui định đó cho các xylanh thủy lực dùngcho máy xúc một gầu với áp suất chuẩn pch=32MPa.

Trong hệ thống thủy lực các máy công trình phổ biến nhất là các xylanh thủylực tách động 2 chiều với cán xylanh 1 chiều. Trong bảng 3 dưới đây thể hiện cácthông số cơ bản và các biểu thức quan hệ đối với dạng xylanh này.

14


Bảng 3Các thông số và các quan hệ tính toán của các xylanh thủy lực dạng cán 1 chiều.

Các thông số Các quan hệ tính toán

Hành trình đẩy cán xylanh Hành trình kéo cán xylanh về

Diện tích công táccủa piston

2

1 4

Df

π ×=

( )2 21 4

f D dπ= −

Lực sinh ra tại cánpiston Fthực

( )1 1 . 2 .x dt xa x mF f p f p η= × − × × ( )2 2 . 1 .x dt xa x mF f p f p η= × − × ×

Lưu lượng chấtlỏng:Yêu cầu

11 1yc yc

f xQ f V

t

×= = × 22 2yc yc

f xQ f V

t

×= = ×

Thực1 1

.w

yc

x

VQ f

η= × 2 2

.w

yc

x

VQ f

η= ×

Hiệu suất:

Thể tích1

.w1

yc ycx

Q V

Q Vη = =

2.w

2

yc ycx

Q V

Q Vη = =

Cơ học.

thucx co

lythuyet

F

Fη = .

thucx co

lythuyet

F

Fη =

Tổng hợp.w .x x x coη η η= × .w .x x x coη η η= ×

Việc tiến hành tính toán xylanh thủy lực được khuyến khích thực hiện theo cácbước sau:

1) Dựa vào tiêu chuẩn lắp ghép xác định giới hạn các kích thước cơ sở(kích thước cơ sở được hiểu: kích thước lớn nhất của sản phẩm theo cácchiều dài, rộng, cao);

2) Xác định giá trị dự tính của tải trọng ngoài đặt lên cán xylanh và tácdụng theo dọc trục của cán xylanh;

3) Xác định lực cần thiết ( lực yêu cầu) để vượt qua được tải trọng bênngoài ở cả 2 hành trình (đẩy ra – thu vào) khi cán xylanh chuyển động;

4) Thiết kế sơ đồ xylanh thủy lực và phương án cố định xylanh;5) Xác định chiều dài hành trình piston và làm tròn giá trị đó theo tiêu

chuẩn GOST 6540-68;6) Lấy giá trị áp suất công tác của xylanh thủy lực . 0,9x dt chp p≈ × phù hợp

với tiêu chuẩn GOST 12445-80;7) Xác định diện tích piston hiệu dụng yêu cầu dựa vào giá trị lực yêu cầu

đã tìm được và áp suất công tác của xylanh;8) Xác định đường kính piston và cán dựa trên tỷ số khuyên dùng d/D (theo

phụ lục 2). Giá trị thu được làm tròn theo tiêu chuẩn GOST 6540-68;9) Dựa vào tốc độ di chuyển của cán piston xác định lưu lượng dầu thủy lực

15


cần thiết (giá trị thực tế);10) Tiến hành tính toán độ bền và độ ổn định của xylanh thủy lực với các

thông số cơ bản phù hợp với tiêu chuẩn GOST;

Để đảm bảo việc chuẩn hóa xylanh thủy lực, sự tính toán được tiến hành theomục 6 và lựa chọn xylanh theo tiêu chuẩn GOST hoặc OST. Sau khi tính toán vàlựa chọn đường D và d của xylanh thủy lực cần tiến hành kiểm tra lực Fthực tácdụng lên cán xylanh theo các công thức phải thỏa mãn điều kiện:

Fthực xylanh ≥ Ftải trọng.

16


7. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MÔTOR THỦY LỰC

Dựa vào giá trị momen xoắn đã cho M và tần số quay (tốc độ quay) n xácđịnh nhóm môtor thủy lực cần tìm: nếu M/n>10 ( trường hợp mômen lớn),M/n<10 (trường hợp mômen nhỏ). Dựa vào đặc tính kỹ thuật của các dòng môtorthủy lực được sản xuất công nghiệp với các giá trị M và n cho trước, từ đó lựa chọnmẫu môtor thủy lực có kích thước tương tự (gần giống) nhất.

Môtor thủy lực có thể được lựa chọn theo lưu lượng riêng của môtor qm

(cm3/vòng):

( ). .0,159mm dt xa m co

Mq

p p η=

− ×Ở đó: M – momen xoắn, Nm;

( ).m dt xap p− – độ chênh áp suất trong môtor thủy lực, MPa;

.m coη – hiệu suất cơ học của môtor;

Nếu áp suất chuẩn của môtor được chọn là pm.dt lớn hơn áp suất chuẩn của hệthống pch , khi đó mômen xoắn trong hệ thống xác định theo biểu thức:

.m dt

ch ch

M p

M p=

Mch và pch - mômen xoắn chuẩn và áp suất chuẩn theo đặc tính kỹ thuật củasản phẩm; M và Mm.dt – tương ứng là các giá trị dự tính.

Trong mạch truyền dẫn thủy lực của các máy công trình để thu được momenxoắn lớn thường sử dụng bơm piston dọc trục mômen thấp (kiểu 210) và môtorbánh răng. Trong trường hợp này chúng thường truyền mômen xoắn ra trục cơ cấucông tác thống qua bộ giảm tốc thấp với tỷ số truyền của bộ giảm tốc.

.ct

m ct co

Mi

M η=

×Ở đó M, Mm – tương ứng là momen xoắn trên trục cơ cấu công tác và trên

môtor thủy lực; .ct coη - hiệu suất cơ học của bộ giảm tốc.

m ct oi i n= × ;(no – tốc độ quay của trục cơ cấu công tác).Vùng tốc độ quay của môtor thủy lực được sử dụng:Tốc độ quay chuẩn và lớn nhất lấy theo dữ liệu sản xuất; tốc độ quay nhỏ

nhất phụ thuộc vào kiểu của môtor thủy lực sau: 60 – đối với môtor piston dọctrục; 100 – đối với môtor bánh răng; 300 vg/ph – đối với môtor cánh gạt.

Lưu lượng cần thiết Qm (lit/ph) của môtor thủy lực để đảm bảo số vòng quayđã cho xác định theo công thức:

3

.w

10 ( / );m mm

m

q nQ lit ph

η−×= × ;

Ở đó qm – lưu lượng riêng của môtor thủy lực, cm3/vg;nm – số vòng quay của trục môtor thủy lực , vg/ph;

ηm.w – hiệu suất thể tích của môtor thủy lực, xác định dựa trên đặc tính kỹthuật của nó.

17


8. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU HƯỚNG

Các thiết bị thủy lực điều hướng có công dụng để thay đổi hướng đi củadòng chất lỏng bằng cách mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn tiết diện các cửathoát. Các thiết bị điều hướng bao gồm các van phân phối thủy lực, van một chiều,khóa thủy lực, van thủy lực nối tiếp, cụm điều khiển vô cấp.

Các thiết bị thủy lực như: van an toàn, van tràn, van hãm, van điều áp, vanđiều tiết và bộ điều chỉnh lưu lượng chất lỏng là các thiết bị thủy lực điều chỉnh.Chúng được sử dụng để điều chỉnh áp suất, lưu lượng chất lỏng công tác bằng cáchthay đổi diện tích tiết diện “cửa thoát”.

Áp suất chuẩn pch.thb, kích thước tiết diện của thoát Dc và lưu lượng chuẩnQch.thb là các thông số cơ bản của các thiết bị thủy lực điều hướng và điều chỉnh.

Khi thiết kế mạch truyền dẫn thủy lực, các thiết bị thủy lực được sử dụngthường không được tính toán mà được chọn theo các thông số chính (cơ bản) khithỏa mãn các điều kiện sau:

pch.thb ≥ pch.dt ,Qch.thb ≥ Qch.dt.

Khi lựa chọn các thiết bị thủy lực cụ thể ưu tiên chọn các thiết bị có giá trịáp suất chuẩn và lưu lượng chuẩn gần nhất với giá trị áp suất chuẩn dự tính pch.dt vàlưu lượng chuản dự tính Qch.dt.

9. LỰA CHỌN CÁC BỘ LỌC THỦY LỰC

Trong hệ thống thủy lực của các máy công trình áp dụng chủ yếu là các bộlọc tuyến tính (OST 22-883-75) với màng lọc giấy hoặc dạng lưới, đảm bảo mật độmàng lọc 25 tới 40 μm. Ngoài ra cũng có thể sử dụng các bộ lọc lá, lọc từ, lọc lướitừ theo tiêu chuẩn ENIMS.

Các bộ lọc thường được lắp tại nhánh xả và được lắp tại dòng chính với độmịn màng lọc phù hợp. Khi một bộ lọc không đạt đủ yêu cầu có thể lắp đặt songsong 2 tới 3 bộ lọc giống nhau ở nhanh xả của mạch thủy lực.

18


10. LỰA CHỌN ỐNG DẪN THỦY LỰC

Đường kính trong của ống dẫn (bao gồm cả ống kim loại dài và ống mềm)d(mm) được xác định theo công thức sau:

4,6Q

dV

= ×

Ở đó Q – lưu lượng chất lỏng trên đoạn ống đang xét , lit/ph;V– vận tốc trung bình của chất lỏng công tác trên đoạn đang xét, m/s.(cần phân biệt vận tốc chất lỏng với vận tốc chuyển động của cánxylanh ở các mục tính toán phía trên)

Giá trị đường kính thu được cần làm tròn cho phù hợp với các giá trị chuẩntheo tiêu chuẩn GOST 8732-78, GOST – 8734-75 (đối với kích thước của ống dẫnthép thẳng) và ТU-22-31-74, ТU-38-40534-75 (đối với kích thước của ống mềm).

Sau đó dựa vào đường kính chuẩn được chọn, xác định vận tốc thực củadòng chất lỏng.

221,1 ;

QV

d= ×

Khi tính toán giá trị dự tính đường kính nên sử dụng các giá trị vận tốc trungbình của chất lỏng công tác trong ống dẫn sau đây:

• với đường ống hút (đi vào máy bơm): V=0,5÷1,5 m/s;• với đường ống nén ( ra khỏi máy bơm): khi P<10 МPа thì V=3÷4 m/s ; khi

P>10 MPa thì V=5÷6 m/s.• với đường ống xả trong hệ thống hở: V=2 m/s.

Tiết diện của ống xả lựa chọn phù hợp với các thông số (cung cấp bởi sảnxuất) của thiết bị thủy lực. Áp suất trong đường ống xả của hệ thống không đượcvượt quá 0,15 MPa.

Các giá trị vận tốc, lưu lượng và đường kính được lấy và được tính toánđược điền vào bảng sau.

Bảng 4Bảng tính toán hao phí thủy lực

STTĐoạn

Công dụng Vận tốc Lưu lượngQ(lít/phút)

Đường kính d, mm ĐoạnốngL, mдопуст. Tính toán Tính toán Tiêu chuẩn

19


11. TÍNH TOÁN HAO PHÍ ÁP SUẤT TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC

Tính toán hao phí áp suất trong hệ thống thủy lực nhằm xác định hiệu quảcủa mạch thủy lực được thiết kế ra và tính chính xác các thông số đầu ra khi tínhtoán xác minh. Một hệ thống thủy lực được thiết kế đạt tiêu chuẩn khi hao phí ápsuất không được vượt quá 6% so với áp suất chuẩn của máy bơm. Trong hệ thốngthủy lực của các máy được vận hành ở Siberi và miền cực bắc, hao phí áp suấttrong thời gian mùa đông cho phép tới 12%, và trong chu kỳ làm mát chất lỏngcông tác cho phép hao phí áp suất tới 20% (hao phí áp suất tăng lên do dẫn chấtlỏng công tác qua các bộ phận làm mát).

Tổng hao phí áp suất trong hệ thống thủy lực là tổng các hao phí áp suất trêntừng thành phần trong hệ thống.

od thb cbp p p p∆ = ∆ + ∆ + ∆∑ ∑ ∑ ∑

Ở đó : odp∆∑ – tổng hao phí áp suất do ma sát theo chiều dài đường ống dẫn.

thbp∆∑ – tổng hao phí áp suất trên các thiết bị thủy lực.

cbp∆∑ – tổng hao phí áp suất cục bộ trên đường ống dẫn.

Hao phí áp suất do ma sát theo độ dài đường ống odp∆∑ và cbp∆∑ được

tính theo công thức:22

2 2od

l V l Qp p

d d f

ρλ λ ∆ = = × ÷

∑ và 2

2cb

Qp

f

ρζ ∆ = ÷

∑Ở đó λ , ζ – hệ số ma sát thủy lực và hệ hệ cản cục bộ; Q và Vn- lưu lượng và

vận tốc trung bình của dòng chất lỏng; l, d và f – độ dài, đường kính và diện tíchmặt cắt dòng chất lỏng trên đoạn ống được tính; ρ – khối lượng riêng của chất lỏngcông tác.

Xác định chế độ chảy của chất lỏng dựa vào số Reynolds.4

ReV d Q

v dvπ×= =

v - độ nhớt động lực học;

Hệ số ma sát thủy lực λ được tính:+ Khi chế độ chảy dòng (Re<2300) thì 75 / Reλ = ;+ Khi chế độ chảy theo công thức tương ứng với vùng cản nhẵn [6]. Ví dụ

0,250,3164 Reλ −= × . Hệ số cản cục bộ ζ được xác định dựa theo sự phụ thuộc vàodạng cản theo dữ liệu tra cứu.

Hao phí áp suất trong các thiết bị thủy lực được xác định dựa theo đặc tínhkỹ thuật với lưu lượng chuẩn, với lưu lượng khác thì xác định theo quan hệ:

2

ch chp Q

p Q

∆ = ÷∆

Khi thiếu các dữ liệu về hao phí áp suất của các thiết bị thủy lực, chúng ta có

20


thể coi hao phí của các thiết bị như là các hao phí áp suất cản cục bộ, khi đó hệ sốcủa các thiết bị ζth.b có thể tra từ bảng tra cứu .

Hao phí áp suất tổng hợp 2 thành phần: ống hút, ống xả đối với mỗi động cơthủy lực. Nếu các thành phần nối tiếp, khi đó tổng hao phí bằng tổng hao phí trênmỗi phần. Hao phí áp suất tạo bởi máy bơm là hao phí lớn nhất trong các hao phí.

Ví dụ, tổng hao phí áp suất trong hệ thống thủy lực (hình 1) xác định theobiểu thức sau đây;

• Đối với ống nén:

1 1 2 2 3 3 1 2nen l m l m l m van vanp p p p p p p p p∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆∑

• Đối với ống xả:

4 4 5 5 1'xa l m l m van locp p p p p p p∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆∑Ở đó: lip∆ và mip∆ - hao phí áp suất do ma sát và do cản cục bộ trên đoạn ống dẫn i.

1vanp∆ , 2vanp∆ , locp∆ - hao phí áp suất trên van phân phối, van tiết lưu với khóa 1chiều và lọc.

Hình. 1 Sơ đồ nguyên lý thủy lực để tính toán hao phí áp suất.

Khi tính toán hao phí áp suất cần phải tính đến trong một khoảng thời gian ởnhiều bộ phần hệ thống thủy lực khác nhau có lưu lượng chất lỏng chảy qua khácnhau, từ đó dẫn tới, có các chế độ chảy khác nhau. Ví dụ, ngoài việc chia dòngtheo các đường ống khi nối song song, trong quá trình đẩy cán piston ra thì xylanhthủy lực hao phí áp suất tại nhánh xả được tính theo lưu lượng xả từ khoang cánxylanh; nhưng cũng xylanh thủy lực đó trong quá trình kéo cán piston về thì lưulượng xả lại là lưu lượng từ khoang piston của xylanh thủy lực. (Giải thích: mộtxylanh thủy lực có 2 khoang –khoang chứa cán gọi là khoang cán piston, khoangcòn lại gọi là khoang piston).

21


12. TÍNH TOÁN XÁC MINH HỆ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC

Khi thiết kế hệ thống thủy lực có sử dụng các thiết bị được sản xuất sẵnkhông thể thu được kế quả thông số đầu ra chính xác. Bởi vậy cần phải tiến hànhtính toán kiểm tra với mục đích thiết lập các thông số thực của hệ thống.

Áp suất thực của máy bơm, xuất hiện khi xi lanh làm việc:• Quá trình đẩy cán xilanh:

2 w.

1

tai xa nb thuc nen

F f p T Tp p

f

+ × ∆ + += + ∆∑ ∑ ;

• Quá trình thu cán xilanh:

1 w.

2

tai xa nb thuc nen

F f p T Tp p

f

+ × ∆ + += + ∆∑ ∑

Ở đó Ftai – tải trọng bên ngoài đặt lên cán xylanh;f1, f2 – diện tích hiệu dụng của piston;

nenp∆∑ , xap∆∑ - tổng hao phí áp suất nhánh nén và nhánh xả.

Tn ,Tw – lực ma sát trong các đệm bit kín của piston và cán piston.Lực ma sát xuất hiện ở các đệm bit kín được xác định theo công thức:

bk bkT f pµ= × × Ở đó μ – hệ số ma sát;

bkf – diện tích bề mặt ma sát của đệm bít kín ;

bkp – áp suất chất lỏng công tác trong đệm bít kín.

Nếu đệm bit kín piston và cán piston được làm từ vòng đệm cao su (GOST14896-74) thì lực ma sát có thể tính theo công thức :

w; ;n t bk tT k D b f T k d bπ π= × × × = × × ×Với D, d – đường kính vòng bít kín

b – bề rộng vòng bit kín ;kt – ma sát riêng (theo dữ liệu ENIMS, khi vận hành trong dầu tự nhiên kt=0,22 MPa) [9].

Áp suất thực (hay áp suất hoạt động) của máy bơm khi vận hành hệ thống:

..

2;b thuc nen xa

m m co

pMp p p

a η= + ∆ + ∆

× ∑ ∑Để xác định vận tốc chuyển động của động cơ thủy lực đòi hỏi phải tính lưu

lượng thực ( hoạt động) Qthuc của chất lỏng công tác rót vào động cơ thủy lực..thuc b thuc roQ Q Q= − ∆∑ .thuc b thuc roQ Q Q= − ∆∑

Ở đó .b thucQ – lưu lượng thực của máy bơm đã chọn.

roQ∆∑ – tổng rò rỉ trên tất các các thiết bị giữa máy bơm và động cơ.

Vận tốc cán piston của xylanh:

. . ;thucx piston x w

hd

QV

fη= ×

22


Tốc độ quay của môtor thủy lực (min-1);3

. .

10;thuc

m thuc m wm

Qn

qη×= ×

Ở đó: Qthuc – lưu lượng hoạt động của môtor , lit/ph;fhd – diện tích hiệu dụng của piston;qm – lưu lượng riêng của môtor, cm3/vg;

.x wη – hiệu suất thể tích của xylanh thủy lực;

.m wη – hiệu suất thể tích của môtor thủy lực.

Sự khác biệt giữa các thông số ban đầu và các thông số tính toán tính theocông thức:

100%bandau thuc

bandau

Π − ΠΠ = ×Π

23


13. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC

Công suất toàn phần của hệ thống:

1000b b

ht bb

p QN N

η×= =

× ;

Ở đó ht biN N= ∑ - tổng công suất của các máy bơm thành phần;

( )bp Pa , 3( / )bQ m sCông suất có ích của hệ thống xác định theo các thông số hoạt động của

động cơ (xem mục 4)Hiệu suất của hệ thống:

iht

ht

N

Nη =

Để so sánh hiệu suất hệ thống có thể xác định hiệu suất hệ thống bằng tíchhiệu suất toàn phần của máy bơm, động cơ và mạch ống dẫn.

ht b dc odη η η η= × ×

Ở đó bod

b

p p

pη

− ∆= ∑

- là hiệu suất mạch ống dẫn;

dcη - hiệu suất động cơ thủy lực.

14. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO HỆ THỐNG THỦY LỰC

Đối với các máy làm việc ở chế độ trung bình, nặng và siêu năng thì cầnphải tính toán nhiệt với mục đích xác địch nhiệt độ chất lỏng làm việc và làm rõ sựcần thiết với các thiết bị chuyên dụng.

Nhiệt lượng (kW) qua các thành thùng chứa ước lượng công suất hao phí vớichế độ làm việc ( nK - xem bảng)

Xác định theo công thức sau.(1 )b b htG N K η= × × −

Tổng diện tích

( )T c x

GS

t tα=

−Tα - Hệ số truyền nhiệt của bề mặt ngoài hệ thống thủy lực với môi trường

xung quanh (không khí);

ct - Nhiệt độ làm việc của chất lỏng, oC;

xt - Nhiệt độ môi trường xung quanh, oC.Hệ số Tα (W/m2* oC) đối với các máy công trình có thể nhận giá trị: đối với

máy đào (40 – 42), đối với máy xúc gàu (38 – 40,5), đối với máy san đất (36-39);máy ủi (35-37). Khi không có hệ thống làm mát giá trị Tα không vượt quá 15W/m2* oC.

Tính toán nhiệt của hệ truyền dẫn thủy lực khuyến khích được thực hiện đối

24


với các chế độ chịu tải trọng bình thường, chế độ tải trọng nặng và siêu tải với mụcđích xác định nhiệt độ chất lỏng công tác và làm rõ sự cần thiết lắp đặt các thiết bịchuyên dụng.

Đối với một hệ thủy lực làm việc chuẩn để đảm bảo nhiệt độ dầu cần thiếtyêu cầu dùng thùng chứa dầu có dung tích chuẩn [1] cần nhận từ sự phụ thuộc vàochế độ làm việc đối với : nhẹ - 2; trung bình – 2,5; nặng – 3; siêu nặng 3,5.

Bộ trao đổi nhiệt (tản nhiệt) cần lắp đặt trong hệ thống nếu Sdu.tinh>Sthung.Nhiệt lượng, truyền cho bộ tản nhiệt để đảm bảo sự truyền nhiệt là :

( ).t o thung T c xG G S t tα= − × × − ;

PHỤ LỤC

Phụ lục 1Đặc tính kỹ thuật của chất lỏng công tác.

Nhãn dầu

Độ nhớt10-6

m2/s

Khốilượngriêng ở50oC,kg/m3.

Nhiệt độđôngđặc,˚С

Giới hạn nhiệt độdựa theo độ nhớt,

˚С

50˚С 0˚СChế độ

làm việcngắn hạn.

Chế độlàm việcdài hạn.

VМG3 10 66 860 -60 От-50До +60

От-35До +5

АМG – 10 10 42 890 -70 -60+50

-50+45

МG-30 30 760 980 -35 -1580

0+75

ИС – 30 30 916 -15

МG –20 20 985 -40

ИС - 20 20 900 -20 -15+15

-5+70

Phụ lục 2Quan hệ giữa các thông số lực của xylanh thủy lực

Lực tại cán xylanh,kg/m2. < 1 1,2-3,0 3,0-6,0 6,0-10,0 >10

Áp suất trong xylanh,kG/сm²

< 50(5)

60-70(6-7)

8-100(8-10)

120-150(12-15)

160-200(16-20)

Đường kính cán xylanh

25


Phụ lục 3Biểu đồ sự phụ thuộc của độ nhớt vào nhiệt độ của một số chất lỏng công tác

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Методические указания на проектирование систем объемного гидропривода машин транспортного строительства. –М: Оргтрансстрой, 1972.

2. Юшкин В.В. Основы расчета объемного гидропривода. – Минск: «Вышэйшая» школа, 1982.

3. Алексеева Т.В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно – транспортных машин. –М.: Маши-ностроение, 1966.

4. Савин И.Ф. Гидравлический привод строительных машин. – М.: Стройиздат, 1974.5. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу

строительных и дорожных машин. – Красноярск, Изд. Красноярского университета, 1984.

6. Яковлев Н.А. Основы гидравлического расчета насосных установок и гидроприводов. Учебное пособие. –Л: ЛПИ, 1982.

7. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. 2- е изд. – М.: Машиностроение, 1979.

8. Богданова Л.Б. Гиравлические приводы. – Киев: Вища школа, 1980.

26

Documents

Blog Thủy Lực - cgvt.vncgvt.vn/wp-content/uploads/2016/12/thiet-ke-he-thong-truyen-dan... · THIẾT KẾ HỆ THỐNG ... 14. Tính toán nhiệt cho mạch thủy lực 24