Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý của bộ phận chấp hành và tính toán, xác định các phần tử trong hệ thống truyền động thủy lực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CƠ KHÍ YÊU CẦU VỀ ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC *** 1. MỤC TIÊU: Áp dụng lý thuyết môn học truyền động thuỷ lực, các phần mềm hỗ trợ và các Catalogue của các Hãng sản xuất để tính toán, thiết kế hệ truyền động thủy lực của một hệ thống (máy) cụ thể. 2. NỘI DUNG: A. PHẦN I : PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH. 1. Mô tả hoạt động: 2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống: 2.1 Xác định loại kỹ thuật điều khiển: 2.2 Xác định loại cho các phần tử: 2.3 Vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực 2.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển B. PHẦN II: TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 1. Đường kính xilanh : 1.1 Đường kính cần piston của xilanh: d 1.2 Hành trình L: 1.3 Lưu lượng cần cung cấp cho từng xilanh 2. Xác định van phân phối: 2.1 Loại van: 2.2 Xác định van: 3. Xác định van điều khiển áp suất: ( pressure control valve) 3.1 Van tràn: (Relief valve ). 3.2 Van giảm áp: (Reducing valve ). 4. Van tiết lưu: 5. Van một chiều: (check valve) 6. Van một chiều có điều khiển: 7. Van điều khiền tỷ lệ (nếu đề bài yêu cầu) 8. Cảm biến, công tắt hành trình, relay áp suất, relay điều khiển : 9. Relay áp suất: 10. Relay điều khiển: 11. Xác định dây dẫn áp lực: 12. Xác định các loại khớp nối: Rắcco, ngã 3… C. PHẦN III:i1TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH BỘ NGUỒN THỦY LỰC. 1. Xác định bơm thủy lực: 1.1 Xác định áp suất làm việc. 1.2 Tính toán Tổn thất áp suất trong hệ thống 1.3 Xác định lưu lượng: 3. Bề chứa chứa dầu: (Tank ). 4. Lọc dầu: (Filter ) 5. Bộ làm mát: 6. Xác định công suất động cơ điện kéo bơm dầu. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CƠ KHÍ HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC. ******** PHẦN I: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH. 1. Mô tả hoạt động: Dựa vào yêu cầu, trình tự hoạt động của các xilanh trong hệ thống thủy lực thể hiện giãn đồ hoạt động: ¾ ¾ Dùng sơ đồ hành trình - bước. Dùng phương pháp GRAFCET. Để làm quen sinh viên trình bày cả 2 cách. 2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống: Dựa vào sự mô tả hoạt động của hệ thống, sinh viên phải xây dựng được hệ thôùng thủy lực đáp ứng được yêu cầu công nghệï đặt ra. Cụ thể là: - Đúng yêu cầu. - Đúng tiêu chuẩn. - Đơn giản, dễ hiểu. 1.4 Xác định loại kỹ thuật điều khiển: Tất cả các phần tử đều dùng thủy lực còn gọi là thuần thủy lực cho những trường hợp đơn giản. Dùng các phần tử điện thủy lực: solennoil thủy lực, relay điện từ... cho các trường hợp phức tạp hơn. Dùng bộ điều khiển lập trình PLC cho tững trường hợp thiết bị hoạt động phức tạp, có yêu cầu thay đổi qui trình hoạt động, nối kết với các thiết bị khác. Để làm quen, sinh viên cần phải trình bày cả 3 phương án. 1.5 Xác định loại cho các phần tử: Nếu điều khiển hệ thống thuỷ lực bằng khí cụ điện thì cần xác định rõ loại phần tử cần dùng: - Van phân phối: 3/2, 4/2, 4/3...tác động đơn hoặc kép, cuộn solenoid của van dùng điện một chiều (DC) hay xoay chiều (AC), bao nhiêu volt. - Sensor, công tắt hành trình. - Relay, công tắt tơ, relay áp suất: 24VDC, 110 VAC, 220 VAC... Chú ý: - Phải thống nhất về dòng điện cho các phần tử trên. - Thông thường dòng điện cho nhóm điều khiển trong mạch điều khiển là 24 VDC, trong nhó động lực có thể là 24 VDC,110 VAC hoặc 220 VAC. 2.3 Vẽ sơ đồ nguyên lý: Thể hiện toàn bộ các phần tử trong hệ thống, sự phối hợp giữa chúng với nhau để hoạt động đúng yêu cầu. Cách trình bày toàn bộ hệ thống: Thể hiện trên khổ giấy A3 • Phía trên là hệ thống sơ đồ nguyên lý mạch thủy lực: Có ký hiệu riêng cho từng phần tử trong mạch theo thứ tự. • Phía dưới là hệ thống mạch điều khiển: Phía bên trái mạch điều khiển là nhóm điều khiển. Phía bên phải mạch điều khiển là nhóm động lực. • Thể hiện sơ đồ mạch thủy lực NỐI GHÉP MODUL với nhau sau khi đã chọn xong các van modul được trình bày ở mục 2, 3, 4, 5, 6 phần II. Viết chương trình PLC: Từ sơ đồ nguyên lý xác định địa chỉ vào\ra. Viết chương trình dưới dạng LADER hoặc STL tùy ý. PHẦN II: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG (Phần này Sinh viên sử dụng Catalogue dưới dạng phần mềm trong đĩa CD Rom đã gởi cho Lớp, trong đó có phần mềm hỗ trợ thiết kế hoặc có thể sử dụng các máy vi tính ở PTN Thủy lực & Khí nén để tra cứu). 1. Xilanh thuỷ lực : Loại xilanh: dựa vào yêu cầu làm việc của từng xilanh trong hệ thống đã cho trong đầu đề BTL mà ta xác định đúng loại xilanh cần dùng. 1.1 Đường kính xilanh : Đường kính trong D của xilanh phụ thuộc vào 2 thông số: Lực tác động (đã cho). Aùp suất làm việc của hệ thống . Trong dó áp suất làm việc của hệ thống được xác định phụ thuộc vào các yếu tố: Aùp suất làm việc lớn nhất của cơ cấu chấp hành. Khoảng không gian trong máy hoặc trong dâ chuyền không cho phép xilanh có kích thước lớn hơn ( do vậy để đảm bảo đủ lực cần thiết thì phải tăng ap suất làm việc của hệ thống ). Nếu không gian chổ đặt xilanh trong hệ thống không bị hạn chế t hì có thể chọn áp suất làm việc của hệ thống là 60 bar. Lực đẩy lý thuyết Flt được xác định như sau: Flt = Fth/η Trong đo:ù Fth là lực đẩy thực tế đã cho trong đầu đề. η là hệ số hiệu dụng η = 0.8 Từ quan hệ: 10 4 2 ×××= pDFlt π ta xác định đường kính D. Trong đó: Flt tính bằng N. D tính bằng cm. p tính bằng bar. Sau đó tra catalogue của Hãng sản xuất để chọn đường kính xilanh theo tiêu chuẩn. Có thể dùng bảng tra cứu xilanh dựa vào lực F và áp suất làm việc của Hãng FESTO. 1.2 Đường kính cần piston của xilanh: d Đối với mỗi xilanh có đường kính D có 2 giá trị đường kính cần piston điều khiển theo tiêu chuẩn. Chọn giá trị d nhỏ khi hành trình làm việc của xilanh L < 3D và cần piston không chịu lực tác động ngang. Chọn giá trị d lớn khi hành trình làm việc của xilanh L > 3D. 1.3 Hành trình L: L lớn hơn hành trình làm việc yêu cầu trong đề bài. Xác định xilanh có sản xuất của các Hãng: Từ các thông số kỹ thuật của xilanh đã được xác định ở trên, tra catalogue của Hãng sản xuất để chọn xilanh thích hợp. Lập bảng: Tên xilanh D (mm ) Q (lít/phút ) L Hành trình Port size Có giảm chấn Có nam châm từ Hãng Sản Xuất Mã hiệu Của Hãng A B … 1.4 Lưu lượng: Lưu lượng cần cho mỗi xilanh hoạt động dựa vào 2 thông số: Đường kính xilanh D (Đường kính đã được xác định theo tiêu chuẩn) và vận tốc làm việc lớn nhất của xilanh. Lưu lượng làm việc lớn nhất của xilanh được xác định dựa vào quan hệ: S Qv 6 = Trong đó: v tính bằng m/s đã cho trong đầu đề. Q tính bằng lít/phút. S tính bằng cm2. 2. Xác định van phân phối: 2.1 Loại van: Chọn loại van phụ thuộc vào: - Loại xilanh mà van phải cung cấp lưu lượng dầu: Xilanh tác động đơn, xilanh tác động kép. - Kiểu tác động của van: Phụ thuộc vào kiểu điều khiển. - Loại van lắp trên đường ống, lắp rời hay loại lắp modul. Nếu lắp modul thì buộc phải chọn loại van modul và có sự thống nhất giữa các van với nhau. 2.2 Xác định van: Sau khi đã xác định loại van, dùng catalogue của Hãng sản xuất để xác định van sao cho lưu lượng đi qua van bằng hoặc lớn hơn lưu lượng cần thiết cho xilanh mà van đó cung cấp. Lập bảng: Tên van theo xilanh Loại van 4/2, 4/3… Tác động Lưu lượng Qmax Aùp suất Pmax Hãng Sản xuất Mã hiệu Theo Hãng A B C D 3 Xác định van điều khiển áp suất: ( pressure control valve) 3.1 Van tràn: (Relief valve ). Loại van: Loại điều khiển trực tiếp hay tác động bằng điện. Kích cỡ van: - Lưu lượng lớn nhất: Lớn hơn 10% lưu lượng bơm. - Aùp suất làm việc lớn nhất: Tối thiểu phải lớn hơn 20% Pmax. - Aùp suất làm việc nhỏ nhất. 3.2 Van giảm áp: (Reducing valve ). Loại van: - Có hay không bảo vệ quá tải ở ngõ ra. - Loại lắp trên đường ống hay lắp modul. Kích cỡ van: Lưu lượng lớn nhất. Aùp suất làm việc lớn nhất: Tối thiểu phải lớn hơn 20% Pmax. Aùp suất làm việc nhỏ nhất: Nhỏ hơn giá trị cần giảm áp. 4 Van tiết lưu: Loai van: - Tiết lưu 2 chiều. - Tiết lưu 1 chiều. - Loại lắp trên đường ống hay lắp modul. Kích cỡ van: - Lưu lượng lớn nhất : Tương ứng hoặc lớn hơn giá trị lưu lượng lớn nhất mà xilanh cần. - Lưu lượng nhỏ nhất: lưu lượng nhỏ nhất phải nhỏ hơn trị số cần tiết lưu. - Aùp suất làm việc lớn nhất. 5. Van một chiều: (check valve) Loai van: - Loại lắp trên đường ống hay lắp modul. Kích cỡ van: - Lưu lượng lớn nhất : Tương ứng với lưu lượng lớn nhất mà xilanh cần. - Aùp suất làm việc lớn nhất. - Aùp suất mở van. 6. Van một chiều có điều khiển: Loai van: - Điều khiển trực tiếp bằng dầu hoặc bằng điện. - Loại lắp trên đường ống hay lắp modul. Kích cỡ van: - Lưu lượng lớn nhất : Tương ứng với lưu lượng lớn nhất mà xilanh cần. - Aùp suất làm việc lớn nhất. Phải lớn hơn áp suất hệ thống. Dùng catalogue của Hãng để xác định chọn các van trên cho thích hợp. Lập bảng: Stt Loại van Lưu lượng Qmax Aùp suất Pmax Aùp suất Pmin Hãng sản xuất Mã hiệu theo Hãng 1. 2. … Chú ý: - Nếu chọn van modul cho hệ thống thì các van được chọn phải có cùng cỡ van (size) với nhau: (01, 03, 04, 06, 08, 10…). - Chỉ cần xác định những van có trong hệ thống thủy lực trong phạm vi đề bài của mình. 7. Cảm biến, công tắt hành trình, relay áp suất, relay điều khiển : 7.1 Cảm biến: - Loại: Nam châm, điện từ, điện dung hoặc quang. - Dòng điện: A, mA… - Điện thế. - Cách lắp trên hệ thống. 7.2 Công tắt hành trình: - Loại : kiểu con lăn, gờ tựa, nút nhấn… - Số tiếp điểm. - Công suất. 7.3 Relay áp suất: - Phạm vi áp suất điều chỉnh. - Số tiếp điểm. - Công suất. 7.4 Relay điều khiển: - Dòng điện cung cấp cho cuộn dây. - Số tiếp điểm: Đủ để sử dụng trong yêu cầu của mạch điều khiển . - Dòng điện lớn nhất có thể qua những tiếp điểm. 8. Xác định dây dẫn áp lực: Loai dây: - Dây cứng. - Dây mềm. - Aùp suất làm việc lớn nhất. Đường kính ống dẫn: - Đường kính ống dẫn ngõ vào. - Đường kính ống dẫn ngõ ra. Tham khảo tài liệu để xác định cho chính xác. Dùng catalogue ( Hãng GATE) chọn loại dây dẫn thích hợp với các yêu cầu trên cho từng nhánh trong mạch thủy lực. Lập bảng: Tên dây dẫn Loại dây Cỡ dây Aùp suất Mã hiệu ứng với từng xilanh Pmax của Hãng A B C D Dây dẫn vào bơm 9. Xác định các loại khớp nối: Rắcco, ngã : - Loại. - kích cỡ. - Kiểu ren. Tra theo catalogue C. PHẦN III: XÁC ĐỊNH BỘ NGUỒN THỦY LỰC. 1. Xác định bơm thủy lực: Có nhiều tiêu chí để lựa chọn 1 bơm thủy lực đáp ứng yêu cầu, ví dụ như: • Aùp suất làm việc • Lưu lượng • Tiếng ồn • Giá thành • Tuổi thọ ... Ở đây ta chỉ xét 2 chỉ tiêu quan trọng nhất: 1.6 Aùp suất làm việc lớn nhất: Pmax Aùp suất làm việc lớn nhất của bơm được xác định như sau: Nếu gọi Pb max là áp suất làm việc lớn nhất của bơm. P max là áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống. ∆P là các tổn thất áp suất. Thì: Pbmax = ( Pmax + ∑∆p ) ∑ ∆P là tổng các tổn thất áp suất trong hệ thống. Cụ thể là: Tổn thất qua van phân phối. Tổn thất qua van một chiều. Tổn thất qua van tiết lưu. Tổn thất qua bô lọc dầu. Tổn thất qua van giảm áp suất… Đối với từng loại linh kiện, các Hãng sản xuất đã cho sẵn trong catalogue, thể hiện bằng các đường đặc tuyến van. Sinh viên chỉ cần chọn giá trị tổn thất áp suất tương ứng với lưu lựung mà ta đã xác định . Ví dụ: ∆P 15 10 05 Van A 0 10 20 30 40 50 Lưu lượng (∆P của van A ở lưu lượng 40 lít/phút lá 05 bar). Chỉ cần tính ∑ ∆p cho nhánh nào có nhiều tổn thất nhất (thông thường tính cho trường họp nhánh có nhiều linh kiện nhất trên đường đi của dầu từ bơm đến xilanh rồi về hùng chứa hoặc xilanh có đường kính lớn nhất ). Các tổn thất ∆p của từng van thành phần được xác định dựa vào đường đặc tuyến của van đó trong catalogue của Hãng mà ta đã chọn. Nó phụ thuộc vào áp suất làm việc và lưu lượng qua van. 1.7 Xác định lưu lượng: Tại một thời điểm có thể có 1 hoặc nhiều xilanh trong hệ thống làm việc đồng thời (tiến hoặc lùi ) do đó cần xác định chính xác lưu lượng lớn nhất của hệ thống Qmax. Cần xác định lưu lượng cần thiết cho mỗi Bước hoạt động trong hệ thống để từ đó so sánh và xác định được lưu lượng lớn nhất của hệ thống Qmax. Sau khi đã có được lưu lượng lớn nhất Qmax của hệ thống, ta tiến hành xác định lưu lượng bơm Qb. Xác định lưu lượng bơm Qb Từ công thức: vb qnQ η⋅×= 310 Ỉ suy ra lưu lượng riêng của bơm q (cm3/vòng ). Với: n (vòng /phút ) ( lít/phút) bQ ηv < 1 hiệu suất thể tích, tra catalogue Ta sẽ biết được giá trị lưu lượng riêng q của bơm cần chọn. Dùng catalogue của Hãng sản xuất để chon bơm có thông số tương ứng. Lập bảng: Loại bơm Aùp suất làm việc Pmax (bar ) Lưu lượng riêng q (cm3/vòng ). Dãy vận tốc quay n (vòng /phút ) Hiệu suất thể tích ηv Mã hiệu của Hãng 3. Thùng chứa dầu: (Tank ). - Tính toán xác định kích thước thùng chứa: Loại bể dầu di chuyển: Dùng trên xe… Thể tích : V = 1.5 Qb Loại bể dầu cố định: Thể tích : V = ( 3 ÷ 5 ) Qb Xác định cách lắp đặt bơm: 7. Lọc dầu: (Filter ) Loại lọc: Lắp ở đường hút, đường nén hay đường thoát. Lưu lượng dầu qua bộ lọc Q Aùp suất làm việc lớn nhất Pmax Lập bảng: Loại lọc Aùp suất Pmax (bar ) Lưu lượng Q (lít/phút ) Mã hiệu của Hãng 8. Bộ làm mát: Xác định phương án làm mát dầu từ đó xác định bộ làm mát: - Làm mát bằng gió - Làm mát bằng nước. - Cần xác định các thông số: lưu lượng nước, dầu trao đổi qua bộ làm mát, các cửa ống (port size ). Lập bảng: Loại Port size (dầu) Port size (nước ) Lưu lượng (lít/phút ) Mã hiệu của Hãng 9. Xác định động cơ điện kéo bơm dầu: Thực chất phần này chúng ta xác định công suất thủy lực. Các máy móc công nghiệp có ứng dụng truyền động thủy lực được sử dụng trong các nhá máy, xí nghiệp hầu hết dùng động cơ điện kéo bơm thủy lực thay vì dùng động cơ nhiệt kéo bơm như các máy móc dùng trong cơ giới. Do đó trong phạm vi đề tài ta chọn động cơ điện để kéo bơm thủy lực: Chọn động cơ điện thích hợp: Công suất: Công suất định mức của động cơ điện lớn hơn công suất thủy lực từ 15 % đến 20 %. Xác định và chọn theo catalogue của Hãng sản xuất. CHÚC CÁC BẠN THÀNH CÔNG!