ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
- - -    - - -

LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI:
1
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
MỤC LỤC
I. LỜI NÓI ĐẦU 1
I.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực trên 2
I.2. Các phần tử thủy lực trong hệ thống 2
I.2.1. Động cơ thủy lực(xi lanh nâng – đẩy hàng) 2
I.2.2. Van phân phối (van tỷ lệ) 4
I.2.3. Van tiết lưu 6
I.2.4. Van tràn (van tổ hợp bi - piston) 7
I.2.5. Van cản (van một chiều) 8
I.2.6. Bơm 9
II. Tính Toán Các Phần Tử Thủy Lực Trong Hệ Thống 9
II.1. Xi lanh thủy lực 10
II.1.1. Tính toán các thông số của xi lanh thủy lực 10
II.1.2. Tính áp suất chất lỏng làm việc chính xác cho xi lanh 12
II.1.3. Tính lưu lượng cần thiết cung cấp cho xi lanh 12
II.1.4. Kết cấu của xilanh nâng và thông số kỹ thuật 13
II.2. Tính chọn bơm và động cơ điện dẫn động bơm 13
II.2.1. Tính chọn bơm 13
II.2.2. Tính và chọn động cơ điện 14
II.3. Tính chọn van phân phối 14
II.4. Tính chọn van tiết lưu 15
II.5. Tính toán van tổ hợp bi piston 17
II.5.1. Van tổ hợp bi piston có tác dụng là van tràn 17
II.5.2. Van tổ hợp bi piston có tác dụng là an toàn 19

2 – bơm dầu
3 – van tổ hợp bi-piston
4 – van tiết lưu
5 – van phân phối
6 – xi lanh nâng hàng
7 – xi lanh đẩy hàng
8 – van cản (van 1 chiều)
I.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực trên
Động cơ điện 1 dẫn động bơm 2, bơm dầu có áp suất p
b
qua van tràn 3, nhờ van
tràn nên dầu vào hệ thống có áp suất không đổi. Cho nhánh nâng làm việc, dầu
qua van tiết lưu 4, qua van phân phối 5 vào buồng dưới các xi lanh nâng 6, dầu ở
buồng trên của xi lanh lực 6 chảy xuống van phân phối về bể. Sau khi các xi lanh
nâng thực hiện xong hành trình nâng L, cho nhánh đẩy làm việc bằng cách mở van
phân phối ở nhánh đẩy để các xi lanh đẩy thực hiện việc đẩy hàng với hành trình
đẩy L’, sau khi thực hiện xong việc đẩy ta đảo chiều van phân phối ở nhánh đẩy để
lui nhánh đẩy về, tương tự ta hạ nhánh nâng xuống.
I.2. Các phần tử thủy lực trong hệ thống
I.2.1. Động cơ thủy lực(xi lanh nâng – đẩy hàng)
Xi lanh lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi áp năng dầu thành cơ năng,
thực hiện chuyển động thẳng . Dầu có áp suất p
1
vào buồng dưới xi lanh, nếu có kể
đến tổn thất thì phần dầu trong khoang xi lanh tác dụng lên bề mặt làm việc của
piston tạo nên áp lực cân bằng với phụ tải.
2
2
3
4

ba bộ phận chính: thân van, con trượt và nam châm điện. Để thay đổi tiết diện
chảy của van, tức thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện
4
Hình 5: Sơ đồ kết cấu xi lanh tác dụng kép có cần piston một phía
1 – Thân; 2 – Cần piston; 3,8 – Mặt bích hông
4,12 – Vít cố định mặt bích; 6 – Piston
5,7,10,11 – Vòng chặn dầu; 9 - Ổ trượt
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi
điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là van điều khiển vô cấp.
5
Hình 6: sơ đồ kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ
1,5 – cuộn dây của nam châm điện
11 – con trượt piston; 10,12 – lò xo điều khiển con trượt
2,4 – piston đóng mở đường dầu điều khiển con trượt piston
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Khi con trượt ở vị trí b tức đưa tín hiệu điện vào cuôn dây 1 thì piston 2 sẽ bị
hút về phía cuộn dây 1, cho phép dầu điều khiển vào khoang 13 đẩy con trượt
piston 11 mở cửa thông P – A và B – T. Lúc này dầu vào xi lanh lực qua van phân
phối theo cửa P sang A, dầu ra khỏi xi lanh lực qua van phân phối về bể theo cửa
B sang T.
Khi con trượt ở vị trí a thì dầu qua van theo cửa P sang B vào xi lanh lực, dầu ra
xi lanh qua van về bể theo cửa A sang T.
Khi đồng thời đưa tín điện vào 2 cuôn dây 1, 5 thì con trượt sẽ ở vị trí giữa làm
cho các cửa thông của van đều bị khóa, lúc đó hệ thống không làm việc.
I.2.3. Van tiết lưu
Trong quá trình làm việc thực tế sẽ có sự thay đổi phụ tải, lúc này vận tốc của
cơ cấu chấp hành sẽ thay đổi. Do đó, để điểu chỉnh lại vận tốc cơ cấu chấp hành
người ta dùng phương án tiết lưu, bộ điều tốc đặt vào hệ thống có thể tại vị trí:
đường vào, đường ra hoặc song song với động cơ thủy lực hoặc dùng bơm thay

6 – Lổ tiết lưu
f
b
c
a
d
e
p
1
p
2
p
3
1
2
3
4
5
6
Hình 8: Van an toàn tác dụng gián tiếp
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
I.2.5. Van cản (van một chiều)
Van một chiều có tác dụng giữ cho chất lỏng đi theo một chiều nhất định. Van
một chiều có ba bộ phận: vỏ van, nắp van, lò xo giữ nắp van. Khi mở van 1 chiều
phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dễ dàng ít tổn thất năng lượng. Vì
vậy lò xo giữ van phải thật nhỏ đủ để ép sát nắp van vào đế van và thắng lực ma
sát giữa piston và vỏ van. Nếu chất lỏng đi theo chiều ngược lại thì chính áp lực
chất sẽ ép chặt nắp van vào đế van ngăn không cho chất lỏng đi theo chiều ngược
lại.
8

tạo ra công
suất phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, công suất tổn hao do ma sát
và công suất của lực quán tính. Từ đó, ta có phương trình cân bằng lực của cụm
piston xét ở hành trình công tác:
p
1
.A
1
– p
2
.A
2
– F
ms
– F
N
– F
qt
= 0 . (1)
Trong đó : F
ms
= F
msp
- F
msc

p
1
là áp suất dầu ở buồng công tác.
p

2
10
F
msp
F
qt
F
N
Q
2
Q
1
F
msc
A
2
A
1
p
1
p
2
d
D
Hình 11: Sơ đồ tính toán xilanh
F
N
- Tải trọng nâng
F
msc

dv
mF =
lực quán tính sinh ra ở giai đoạn piston bắt đầu chuyển
động
Lực ma sát của piston và xi lanh:
NF
msp
×=
µ
Trong đó:
µ
- hệ số ma sát. Đối với vật liệu làm xi lanh là thép vòng găng bằng gang
thì
µ
= (0,09 -0,15), chọn
µ
= 0,1
N - lực của vòng găng tác dụng lên xi lanh và được tính :
N =
π
.D.b.(p
2
+ p
k
) +
π
.D.b(z-1).p
k
(2)
D- là đừờng kính của piston , chọn D = 80 mm = 8 cm

) - lực của vòng găng đầu tiên.

π
.D.b.(z-1).p
k
- lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo.
Thay các giá trị trên vào biểu thức (1) ta được
N = 3,14.8. 0,4.[(5+0,1) + ( 2-1).0,1] = 52,2496 kG
Vậy ta được: F
msp
= 0,1.10. 52,2496 = 52,2496 N
Lực ma sát giữa cần piston và vòng khít:
F
msc
= 0,15.f.
π
.d.b.p
Trong đó :
f- hệ số ma sát giữa cần và vòng chắn, với vật liệu làm bằng cao su thì f =
0,1.
d - đường kính cần piston, chọn d = 0,5D = 4 cm.
b - chiều dài tiếp xúc của vòng chắn, chọn b = d = 4 cm.
p - áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p
2
= 5 bar.
11
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
0,15 - hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn.
⇒ F
msc

= 10 + 0,0145696 = 10,0145696 kN (3)
Với: D = 8 cm => A
1
= 0,005024 m
2
d = 4 cm => A
2
= 0,003768

m
2
p
2
= 5 bar
⇒ p
1
= 23,68346 at = 23,68346 bar
II.1.2. Tính áp suất chất lỏng làm việc chính xác cho xi lanh
Trong quá trình làm việc thực tế thì luôn luôn có sự rò rỉ, do đó để chính xác
hơn ta thêm vào hệ số kể đến tổn thất áp suất k, chọn k=1,1.
Viết lại phương trình (3):
p
1
.A
1
– p
2
.A
2
= k*10,0145696 kN.

- vận tốc công tác max
Với V
max
= 0,5 m/s thì lưu lượng lớn nhất cung cấp cho mỗi xilanh là :
3
1max max 1
. 0,5.0,005024 0,002512( / )Q V A m s= = =
Hay:
1max
150,72( / )Q l ph=
12
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
II.1.4. Kết cấu của xilanh nâng và thông số kỹ thuật
Đường kính trong của xilanh D 80 mm
Đường kính cần piston d 40 mm
Hành trình nâng cần lớn nhất L 3000 mm
Vận tốc nâng cực đại v 0,5 m/s
Diện tích bề mặt piston ở buồng công tác
1
A
0,005024 m
2
Diện tích buồng làm việc phía cần piston
2
A
0,003768

m
2
Lưu lượng vào mỗi xi lanh

- áp suất vào của động cơ thủy lực
Do đặc điểm của hệ thống thủy lực (áp suất nhỏ và lưu lượng lớn) và điển kiện
thực tế, ta chọn bơm sử dụng cho hệ thống là bơm bánh răng vì loại bơm này có
kết cấu đơn, dễ chế tạo và giá thành rẽ.
13
A
B
2
3
1
1 - Bánh răng chủ động
2 - Bánh răng bị động
3 - Vỏ bơm
A - Buồng hút
B - Buồng đẩy
Hình 12: Sơ đồ kết cấu bơm bánh răng
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Bơm chọn có các thông số sau:
Lưu lượng cung cấp: Q
b
= 310 (l/ph)
Áp suất bơm tạo ra: p
b
= 30 (bar)
Lưu lượng riêng của bơm: q
b
= 0,237548 (l/ph)
Số vòng quay của bơm: n
b
=

η
=0,9
Công suất của động cơ điện: N
đ
= N
tr
/η
k
= 16,88453 /1 = 16,88453 kW
Tra bảng chọn loại động cơ điện A02 – 62 – 4 có:
Công suất động cơ: N
đ
= 17 kW
Số vòng quay: n = 1450 v/ph
Hiệu suất: η = 89%
II.3. Tính chọn van phân phối
Độ sụt áp qua van sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diên tích R:
p
v pp
– p
1
= (p
2
– p
r pp
).R
2
(5)
Đối với các xi lanh không đối xứng thì lưu lượng vào, ra van không bằng nhau
và quan hệ với nhau theo biểu thức sau: Q

1
– áp suất dầu vào xi lanh lực
p
2
– áp suất dầu ra xi lanh lực
p
r pp
– áp suất dầu ra van phân phối
Với:
2
1
0,005024( )A m=
;
2
2
0,003768( )A m=
⇒ R = 4/3
p
1
= 25,6768 bar; p
2
=5 bar; chọn p
r pp
= 4 bar
⇒ p
v pp
= 27,01014 bar
Lưu lượng qua van phân phối cũng chính là lưu lượng vào động cơ thủy lực:
Q
pp

1
= p
v tl
: áp suất
vào van tiết lưu
p
2
= p
r tl
: áp suất ra
van tiết lưu
Hình 14: Sơ đồ tính toán van tiết lưu
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Trong đó:
µ
- hệ số lưu lượng;
x
A
- diện tích mặt cắt của khe hở
tl
p∆
- tổn thất áp suất tại van tiết lưu
ρ
- khối lượng riêng của dẩu kg/m
3
x
2. . . .sin
t
A r h
π α

2.
Q .2. . . .sin .
tl
g
r h p
µ π α
ρ
= ∆
Tổn thất áp suất qua van tiết lưu (tổn thất cục bộ tại tiết lưu) được xác định:
2
. .
2
tl
v
p
g
ξ γ
∆ =
Trong đó:
ξ
- hệ số tổn thất cục bộ tại van, chọn
ξ
= 4
γ
- trọng lượng riêng của dầu; chọn dầu có
3 -6 3
9000[ / ]=9000.10 [ / ]N m N cm
γ
=
v

p p
−
+ ∆ + ∆
Với :
v pp
p
- áp suất vào van phân phối,
v pp
p
= 27,01014 bar
tl pp
p
−
∆
– tổn thất áp suất từ van tiết lưu đến van phân phối (tổn thất dọc
đường: do độ không đồng đều của tiết diện chảy, các ống nối thẳng, các đầu nối
với góc ngoặc 90
0
gây ra). Sau khi tính toán ta được
tl pp
p
−
∆
= 0,98536221 bar
⇒ p
v tl
= 27,03 + 0,0045 + 0,98536221 = 28 bar
16
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Vậy các thông số của tiết lưu nhánh nâng:

tr bt
Gọi d là đường kính trung bình của lổ tiết lưu A
2
, lưu lượng qua van bi trụ (qua
lổ tiết lưu) được xác định theo biểu thức sau:
Q
l _b-p
=
2
. 2.
. .
4
d g
p
π
µ
ρ
∆
=
( )
2
v_b p 1 tr bt
2.
. p -p
4
d g
π
µ
ρ
−

3
= p
r_ bt
: áp suất ra
ở buồng bi trụ
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
d – đường kính của lổ tiết lưu
D – đường kính lớn nhất của bi trụ
F
lx 2
– lực lò xo 2
Từ 2 phương trình (5) và (6), ta thấy rằng: để giữ cho áp suất vào van tràn
không đổi thì ta phải thay đổi lực F
lx1
tương thích với từng giá trị của Q
l tl
.
⇒
2
1_
v_b p 1 tr bt
2
4.
p -p .
. . 2.
b p
Q
d g
ρ
µ π

p -p
−
= 4,452082 bar
Chọn: p
v_b-p 1
= 26 bar ⇒ p
tr bt
= p
v_b-p 1
– 4,452 = 21,54792 bar
Dưới tác dụng của áp suất dầu p
tr bt
làm cho bi cầu mở ra với độ mở là x
1
1
, ta có
lưu lượng qua van bi là: Q
l_b-p
=
1
1 1 _ _
2.
. . .x . .( )
tr bt r bc
g
d p p
µ π
ρ
−
Trong đó:

1
sẽ cân bằng với áp lực do p
tr bt
tạo ra, do đó:
18
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
F
lx1
= p
tr bt
.
4
.
2
1
d
π
= 1,522360407 kG
Lực lò xo F
lx2
được xác định khi p
v_b-p
> 26 bar thì lò C
2
sẽ bị ép lại và con trượt
sẽ đi lên để cho dầu về bể.
Gọi:
x
2
0

v_b-p
tăng đến p
v_b-p 2
thì con trượt mở ra với độ mở là x
2
1
một phần dầu qua cửa 3 của van về bể:
Q
2_b-p
=
2
2 1 _ 2 _
2.
. . .x . .( )
v b p r bt
g
d p p
µ π
ρ
−
−
,
Ta có: Q
2_b-p
= Q
1_ht
- Q
2_ht
; chọn


r bt
= 0 vì thông với bể
⇒ x
2
max
=
max2
max
.
.2

Q
p
g
d
ρ
πµ
Trong đó:
19
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
d
2
– đường kính con trượt ở tiết diện A
1
, chọn d
2
= 1cm; p
max
= 29,5 bar;
Q

+ x
2
max
). C
2
=
4
.
2
D
π
.( p
max
- p
tr bt
) =
)548,5060(
4
2.14,3
2
−
= 30 kG (9)
Với x
2
bđm
– là chiều dài bị nén khi con trượt ở vị trí bắt đầu mở, chọn x
2
bđm
= 0,2
Từ 2 phương trình (8) và (9) suy ra: C

Van cản phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dể dàng, ít tổn thất. Vì
vậy lực lò xo phải thắng lực ma sát giữa con trượt và vỏ van. Ta chọn kích thước
của van cản như sau: d = 12 mm; D = 18 mm; α = 90
0
; β = 45
0
20
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Xác định áp suất về bể dầu:
Như ta đã chọn áp suất ra khỏi van phân phối là p
r pp
= 4 bar và ta chọn tổn
thất áp suất tại van cản là
c
p∆
= 2 bar.
Xác định độ mở của van:
Ta có lưu lượng qua van được xác định như sau:
Q
vc
=
2.
.
c
g
F p
µ
ρ
∆
Trong đó:

Q
-
lưu lượng ra xi lanh lực.
Do đó ta có:
h =
c
vc
p
g
d
Q
∆
.2
2
sin
ρ
α
µπ
= 0,790569415cm = 7,90569415 mm
Xác định lực lò xo:
21
h
d
D
α
β
Hình 17: Sơ đồ tính toán van cản
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
Để đảm bảo độ kín khít ta tính lực lò xo cho độ chênh áp giữa cửa vào và cửa
ra của van cản là

).C = p
r_pp
.
4
.
2
d
π
= 4.
4
2,1.314
2
= 4,5216 kG.
22
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY, THS. TRẦN NGỌC HẢI, Giáo trình hệ
thống truyền động thủy khí, trường đai học Bách Khoa Đà Nẵng, 2005.
2. TRẦN SĨ PHIỆT, VŨ DUY QUANG, Thủy khí động lực kỹ thuật, Nhà
xuất bản đại và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1979.
3. NGÔ VĨ CHÂU, NGUYỄN PHƯỚC HOÀNG, VŨ DUY QUANG, VÕ SĨ
HUỲNH, LÊ DOANH LIÊM, ĐẶNG HUY CHI, Thủy lực và máy thủy
lực, Nhà xuất bản đại và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1972.
4. TS. NGUYỄN NGỌC CẨN, Giáo trình truyền động dầu ép trong máy cắt
kim loại, trường Đạ Học Bách Khoa 1974.
5. TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG, THS. HUỲNH NGUYÊN HOÀNG, Hệ
thống điều khiển bằng thủy lực, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2000.
6. TS. TRẦN XUÂN TÙY, Hệ thống điều khiển tự động bằng thủy lực, Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002.
7. PGS. TS. TẠ DUY LIÊM, Kỹ thuật điều khiển chỉnh và lập trình khai thác