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

CENNITEC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
LE THE TRUYEN
le the truyen
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 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.
le the truyen
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
le the truyen
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
le the truyen
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.
le the truyen
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
le the truyen
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.
le the truyen
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
le the truyen
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
le the truyen
Cennitec
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
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
Xác định lưu lượng:
le the truyen
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
le the truyen
Cennitec
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Thiết kế mạch thủy lực
E1
Y1 Y2P
A B
T
Xy lanh A
D1
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 luôn lớn
hơn vận tốc hành trình đi ra nếu không có sự điều
chỉnh lưu lượng.
le the truyen
Cennitec
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Xy lanh B
E2
Y3 Y4
Y5
P
A B
T
P
A
T
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.
le the truyen
Cennitec
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
E1
Y1 Y2P
A B
T
Xy lanh A
D1
E2
Y3 Y4
Y5
P
A B
T
P
A
T
Xy lanh B
Đến động cơ
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:
le the truyen
Cennitec
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Động cơ thủy lực
Y6
Động cơ thủy lực
P
A B
T
Động cơ thủy lực chỉ làm vi