LI NểI U

ỏn tt nghip l mt ỏn rt quan trng i vi sinh viờn cỏc ngnh
k thut núi chung. hon thnh tt ỏn ny ũi hi sinh viờn cn nm vng
cỏc kin thc c bn ca nhiu mụn hc, c bit kin thc ca mụn hc liờn
quan n ti tt nghip.
Trong cụng cuc cỏch mng cụng nghip húa v hin i húa, h thng
iu khin bng thy lc úng vai trũ quan trng. Nú gúp phn trong vic t
ng húa iu khin cỏc thit b v mỏy múc nhm nõng cao chớnh xỏc ca
thit b vn hnh, tng nng sut, cht lng sn phm, dn ti gim giỏ thnh
sn phm, nõng cao sc cnh tranh ca sn phm .
Vic ci tin h thng iu khin bng c khớ ca tu cuc sang h thng
iu khin bng thy lc l bin phỏp nhm tng chớnh xỏc lm vic ,nõng
cao nng sut lao ng. THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Chương I
NỘI DUNG VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.

của dầu.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
- Dễ biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của
cơ cấu chấp hành.
- Dễ đề phòng q tải nhờ van an tồn.
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả hệ thống phức tạp nhiều mạch.
- Tự động hóa đơn giản, kể cả thiết bị phức tạp, bằng cách sử dụng các
phần tử tiêu chuẩn hóa.
Tuy nhiên, hệ thống điều khiển bằng thủy lực cũng gặp một số nhược
điểm như sau:
-Mất mát trong đường ống và rò rỉ bên trong các phần tử làm giảm hệ số
và hạn chế phạm vi sử dụng.
-Khó giữ được vận tốc khơng thay đổi khi phụ tải thay đổi.
-Khi mới khởi động nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định ,vận tốc làm việc
thay đổi do độ nhớt thay đổi.
Tóm lại, với trình độ đóng tàu ở nước ta hiện nay, một ngành đang là ưu
tiên hàng đầu của nước ta việc đóng mới một con tàu là rất dễ dàng ,c việc nhập
thiết bị thủy lực từ một số hãng của nước ngồi ta hồn tồn có thể sản xuất ra
tàu cuốc điều khiển bằng hệ thống thủy lực khá hiện đại phù hợp với u cầu
của ta. Khơng những đảm bảo về mặt kĩ thuật mà giá thành đầu tư sẽ giảm rất
nhiều so với việc ta mua mới cả con tàu.
2. Mục tiêu của đề tài
Hiện nay, đất nước đang trên đà phát triển, từng bước tiến tới cơng nghiệp
hóa và hiện đại hóa đất nước, thì việc áp dụng những tiến bộ của khoa học kĩ
thuật vào trong sản xuất là một xu thế tất yếu. Điều này sẽ làm cho các thiết bị
sẽ trở nên hiện đại thay thế dần cho các máy móc đã cũ và lạc hậu, khơng đáp
ứng được những đòi hỏi ngày càng cao của sản xuất.
Việc cải tiến hệ thống điều khiển của tàu cuốc cũng khơng nằm ngồi xu
hướng phát triển này. Vì vậy mục tiêu của đề tài là:
Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển bằng thủy lực, thay thế cho hệ thống

2.1. Nguyờn lớ lm vic ca tu
Nguyờn lớ hot ng ca h thng dn ng mụt thy lc quay li ct:
Mụt thy lc quay li ct c cung cp du t hai tng bm A v B.
Khi ct vi tc thp ngi ta s dng tng bm A hoc B, khi cn ct vi tc
ln ngi ta kt hp c hai tng bm A v B , nh hai van phõn phi (16) v
(18). Hai van phõn phi ny c iu khin bng tay gt.
m bo an ton cho ng c thy lc khi gp quỏ ti ngi ta dựng hai van
an ton (17). Khi van an ton (13) bo v cho tng bm Av B.
Nguyờn lớ hot ng ca h thng dn ng ng c cun cỏp ti neo:
ng c thy lc di chuyn (20) ,(22) c cung cp du cú ỏp t bm C,
Khi tỏc ng vo van phõn phi (11) hoc (12) thỡ ng c thy lc c ni
vi ng cao ỏp t bm cp lờn, qua ú ng c thy lc hot ng v quỏ
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
trỡnh cun cỏp ti neo c thc hin. Khi ỏp sut trong h thng vt quỏ giỏ
tr cho phộp ca van trn thỡ du t bm s qua van trn gim ti cho bm , qua
b lc v b du. Khi hai van phõn phi v trớ trung gian thỡ du t bm khụng
cung cp c cho ng c v hi v b qua b lc.
Nguyờn lớ hot ng ca h thng dn ng c cu nõng h cc:
Khi nõng h cc thỡ tu khụng di chuyn v ngc li, chớnh vỡ vy m h
thng ch s dng mt bm ngun C cung cp du cho c h thng nõng ,h cc.
Khi bm ngun hot ng ta tỏc ng vo van phõn phi (10) hoc (9) thỡ ng
c thy lc c ni vi ng du cao ỏp t bm cp lờn, lm quay ng c
thy lc (23) hoc (29), lỳc ny du qua van lụgic (26) n m phanh thng
úng (28) v quỏ trỡnh nõng v h cc c thc hin. m bo an ton cho
ng c khi lm vic ngi ta b trớ van an ton. Tc nõng h cc di chuyn
c iu chnh nh b iu tc (25).
Nguyờn lớ hot ng ca h thng dn ng c cu nõng cn xộn:
ng c thy lc nõng h dn li ct c cung cp du t bm D, khi
tỏc dng vo van phõn phi (8) thỡ ng c thy lc c ni thụng vi ng
cao ỏp, du vi ỏp sut cao s cung cp cho ng c, lm quay ng c. Khi

vic. ng c c bo v khi lm vic nh b trớ hai van an ton.
H thng iu khin hot ng ca li xộn:
H thng s dng bm ngun B cp du cho h thng, khi bm hot
ng du s c hỳt t b lờn , qua b lc du. Nu ỏp sut trong h thng vt
quỏ giỏ tr cho phộp thỡ du s qua van an ton hi v b ,m bo an ton cho
h thng. H thng c iu khin bng hai van phõn phi, khi mt trong hai
van ny hot ng du s c cp cho ng c , ng c hot ng s dn
ng li xộn lm vic.B n tc t trc li vo ng c thy lc iu
chnh tc lu thụng ca dũng cht lng trong ng ng. Khi van phõn phi
v trớ trung gian thỡ du s c cp tr li b.
H thng iu khin c cu nõng h cn xộn:
Bm ngun s dng trong h thng l bm B. Bm b c s dng chung
cho hai h thng. Khi h thng lm vic thỡ h thng iu khin li xộn khụng
hot ng, khi ú du s c cp lờn t bm B, qua van mt chiu cú iu
khin( van chng ri) , qua b iu tc cung cp cho ng c thy lc.
Sau khi c cp du t ng cao ỏp, ng c s hot ng vic nõng h cn
xộn c thc hin.
Khi vic nõng hoc h c thc hin xong thỡ, van phõn phi s c y v v
trớ trung gian, nh cú van chng ri m cn xộn c gi nguyờn ti v trớ. Khi
h thng gp s c , hay bm ngun khụng hot ng thỡ nh cú van chng ri
cn xộn vn c gi nguyờn ti v trớ .
3.2.Nhn xột
S ny n gin hn hai s trờn rt nhiu ,tuy nhiờn cú nhiu khỏ
nhiu nhc im cn phi khc phc nh:
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
- Tớnh c ng ca vic xộn v nõng h cn xộn khụng cao, cựng mt lỳc
khụng th iu khin hai chuyn ng ny c . Ta khc phc nhc im
ny bng cỏch b trớ li h thng cn dn ng c iu khin riờng.
- Li xộn lm vic mt tc . Tớnh c ng khụng cao khi lm vic vi
nhiu loi bựn t.

iu chnh tc cun cỏp ta b trớ mt van tit lu mt chiu.
3 - H thng iu khin c cu nõng h cn xộn:
Khi bm ngun(D) hot ng , du vi ỏp sut cao s qua van phõn phi ,
qua b iu tc, qua van mt chiu cung cp cho ng c thy lc lm vic.
Sau khi c cp du t ng cao ỏp, ng c s hot ng vic nõng h
cn xộn c thc hin.Vic nõng h cn xộn c nh nhng v n nh nh cú
van phi hp(6) ( van gim ỏp mc song song vi van mt chiu) .Van an ton
c iu chnh nh tớn hiu ca du vo ng c
Khi vic nõng hoc h c thc hin xong thỡ, van phõn phi s c y
v v trớ trung gian, nh cú van phi hp (6) m cn xộn c gi nguyờn ti v
trớ.
4 -H thng iu khin li phay:
Khi lm vic vi tc cao, mụmen nh, ch cú bm A cung cp du cho
ng c. Du vi ỏp sut cao s qua van mt chiu, van phõn phi cht lng ,
qua b n tc vo ng c, ng c s lm vic iu khin li xộn hot ng
Khi lm vic vi tc thp ,mụmen nh, c hai bm A v B u hot
ng cung cp du cho ng c, c hai van phõn phi u lm vic.
Khi gp quỏ ti nh cú van an ton m h thng c bo v.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Chương 3
TÍNH TỐN HỆ THỐNG THỦY LỰC

I. HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ CẤU DI CHUYỂN CỦA TÀU CUỐC
u cầu chung đối với hệ thống di chuyển tàu đó là:
Tàu phải di chuyển nhanh và ổn định, đồng thời bộ cơng tác phải cắt được
tồn bộ chiều rộng của kênh , đảm bảo chiều dày lát cắt là lớn nhất.
Để tàu cuốc di chuyển làm việc thì cần hoạt động đồng thời của hai hệ
thống điều khiển:
- Hệ thống điều khiển cơ cấu nâng, hạ cọc di chuyển.
*u cầu:

2
4
d

- tit din pittụng
F- Lc (kN)
K n tn tht th tớch trong xilanh , tớnh toỏn n gin ta chon:
-ỏp sut : p=

.A
F

-Din tớch pittụng : A =
4
2
d


Trong ú: A- din tớch pittụng (m)
d-ng kớnh pittụng (m)
p-ỏp sut (Pa). p=130 bar=130.10
5
Pa


-hiu sut , ly theo bng

=0,9
F-lc(N). F= 10T= 10
5

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
b-Tính lưu lượng chảy vào xi lanh
áp dụng công thức :
q
v
= A.v. 10
–1

Trong đó:A- diện tích pittông (cm
2
):
A=
2
2
10
4
−
d
π
=
2
2
10
4
100.
−
π
=78,54 (cm
2
)

tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu.
-ống dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực là ống dẫn cứng (ống
đồng và ống thép) và ống dẫn mềm (vải cao su và ống mềm bằng kim loại có thể
làm việc ở nhiệt độ 135
0
C).
Vận tốc dầu chảy trong ống dẫn:
A
q
v
v
Liên hệ giữa lưu lượng q
v
, vận tốc v v diện
tích A của xilanh lm việc
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Khi làm việc để giảm thiểu tổn thất thủy lực trên đường ống dẫn ta chọn vận
tốc dòng chất lỏng trong đường ống cấp dầu cho động cơ thủy lực trong khoảng
tiêu chuẩn ứng với giá trị áp suất của hệ thống
p < 50 (bar) v=4
÷
5 (m/s)
p = 50
÷
100 (bar) v=5
÷
6 (m/s)
p > 100 (bar) v=6
÷
7 (m/s)

..6
π
d
Q

Trong đó:
Q: lưu lượng dầu thủy lực trong hệ thống (lít/phút)
Kí hiệu của các đường ống trên sơ
đồ thủy lực
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
v: vn tc cht lng trong ng ng (m/s)
d: ng kớnh tit din trong ca ng (mm)
- Nh vy, kớch thc ng ng dn l:
d=10
v
Q
..3
.2


a-Xỏc nh ng kớnh ng hỳt v ng x:
ng kớnh ng hỳt v ng x c xỏc nh:
d=10
v
q
v
..3
.2

=10.

1.3. Xỏc nh tn tht trong h thng
Khi h thng lm vic lu lng cn thit trong mi giõy l Q
b
=37,7
(l/phỳt)=0,63.10
3
(cm
3
/s).
ng kớnh lu thụng ca ng ng d
0
=12(mm), õy ta chn ng kớnh
ca ng nộn vỡ chiu di ca ng ng trong h thng ln v cỏc tn tht ch
yu trờn ng ng nộn.
Vn tc cht lng c xỏc nh theo cụng thc sau :
v
cl
=
2
.
.4
o
o
d
Q
F
Q

=



υ
=0,12 (St)
⇒
R
e
=
12,0
2,1. 557,32
=5573,2
Như vậy R
e
>2300 nên dòng chất lỏng chảy trong hệ thống là dòng chảy rối.
Khi đó hệ số tổn thất ma sát của đường ống (
o
λ
) được xác định theo công thức :

o
λ
=
2
)5,1lg.8,1(
1
−
e
R

=
2

=
o
λ
.
d
l
max
.
g
v
cl
2
2

=9.
81,9.2
57,5
2
=14,23 (m)
Mặt khác: h
w
=
γ
p

Trong đó:
h
w
: tổn thất cột áp (m)
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

a-Cụng sut ca bm :
Cụng sut truyn ng bm :
N
b
=
2
10
.6
.

t
v
qp


Trong ú: N
b
- cụng sut truyn ng bm(kW)
p
b
: ỏp sut trong bm thy lc(bar)
q
v
- lu lng chy vo xilanh (l/phỳt)


t
= hiu sut truyn ng(%). Chn

t

b
: vn tc gúc ca bm( rad/phỳt), chn s b tc quay
ca bm thy lc l n
b
= 1460 (vũng/phỳt).
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
=>w
b
=2
π
n
b
=2
π
.1460=9168,8 (rad/phút)
=> M
b1
=
b
b
w
N 1000.60.
1
=
9168,8
1000.60.12,9
=59,68 (Nm)
c-Xác định lưu lượng riêng (q
b
) của bơm:

π
.
2.
1
1
b
b
p
M
=
9,0.1313
14,3.2.10. 59,68
2
=31,7 (cm
3
/vòng)
d-Chọn bơm:
Xuất phát từ những tiêu chuẩn, đại lượng đặc trưng của bơm:
- Thể tích nén (lưu lượng riêng): là đại lượng đặc trưng quan trọng nhất,
kí hiệu q(cm
3
/vòng), ở loại bơm pittông thì đại lượng này tương ứng với
chiều dài hành trình của pittông.
- Số vòng quay n( vòng/phút)
- áp suất p (bar)
- Tiếng ồn
tKhi chọn bơm cần xuất phát từ những yếu tố về kĩ thuật và kinh tế sau:
- Giá cả
- Tuổi thọ
- áp suất

• áp suất làm việc lớn nhất của bơm (bar): 240
• Số vòng quay làm việc lớn nhất (vòng/phút): 3600
• Số vòng quay làm việc nhỏ nhất (vòng/phút): 500
• Trọng lượng (kg): 5,78

- Hình dạng và kết cấu của loại bơm trên: THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

V (1); Bớch np (2); Trc ra ca bm (3); ln (4); ng lút (5); Pht du
(6)
Bung hỳt(7); Bung y (8) .
2. Tớnh toỏn truyn ng thy lc h thng cun ti neo
2.1. Tớnh chn ng c thy lc
2.1.1. Giỏ tr mụmen trờn trc ng c thy lc
Tc quay ca ng c thy lc dn ng ti neo c xỏc nh t vn tc
qun cỏp :
V
c
=0,3(m/s)
Vn tc gúc trờn tang:
w
t
=
2/
t
c
D
V

dc
= n
t
.i
trong ú:
n
t
: tc quay ca tang qun cỏp (v/p)
i: t s truyn hp gim tc.
n
dc
=8,19. 30=245,7 (v/p)
Cụng sut cn thit ca ng c thy lc dn ng mt ti l:
N
dc
= 5(kW)
Mụmen trờn trc ng c thy lc:
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
M
dc
=
dc
dc
n
N
5
10.55,9.

trong đó:
M

dc
: lưu lượng riêng của động cơ thủy lực , (cm
3
/vòng)
M
đc
: mômen trên trục động cơ thủy lực (Ncm)
p
dc
: áp suất trong hệ thống (N/cm
2
),
p
dc
=130(bar)=1300(N/cm
2
)
q
dc
=
1300
14,3.2.26,19434
=93,88 (cm
3
/vòng)
2.1.3. Lưu lượng của động cơ thủy lực
Lưu lượng của động cơ thủy lực được xác định theo công thức:
Q
dc
=

p=130 (bar) ta chọn động cơ píttông hướng trục với các thông số cơ bản sau:

• Hãng sản xuất: Uchida
• Kí hiệu: A2F107
• Lưu lượng riêng lớn nhất(cm
3
/vòng): 106,7
• áp suất làm việc lớn nhất(bar): 350
• Số vòng quay làm việc lớn nhất(vòng/phút): 3000
• Trọng lượng(kg): 5
* Nhận xét: Bơm pittông hướng trục như trên là loại bơm có pittông đặt song
song với trục của rôto và được truyền bằng khớp hoặc đĩa nghiêng.
Loại bơm này hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pittông
xilanh. Vì bề mặt của xi lanh là bề mặt trụ nên đạt được độ chính xác gia công
cao. Chính vì vậy mà loại bơm này có ưu điểm:
-Hiệu suất thể tích tốt
-Có khả năng làm việc với áp suất và lưu lượng lớn.
-Kích thước nhỏ gọn.
2.2. Xác định đường kính ống trong hệ thống
áp suất trong hệ thống p > 100 (bar), nên ta chọn vận tốc trong đường ống
nén là v
n
= 6 (m/s).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Vn tc dũng cht lng trong ng hỳt v ng x ta chn vn tc nh nhau
v= 1,5(m/s) .
Theo phn trờn ,ta cú kớch thc ng ng dn l:
d=10
v
Q

ng kớnh ng nộn c xỏc nh :
d=10
n
dc
v
Q
..3
.2

=10.
6.14,3.3
63,25.2
=9,52 (mm)

Theo dóy kớch thc tiờu chun ca ng ng ta chn ng ng cú kớch
thc ng kớnh trong

=10 v ng kớnh ngoi

=14.
2.3. Xỏc nh tn tht trong h thng
Khi h thng lm vic lu lng cn cung cp cho ng c trong mi giõy
l Q=25,63 (l/phỳt)=0,427.10
3
(cm
3
/s).
ng kớnh lu thụng ca ng ng d
0
=10(mm), õy ta chn ng kớnh

Hệ số Reynol được xác định bởi:
R
e
=
υ
dv
cl
.

trong đó:
R
e
: hệ số Reynol
V
cl
: vận tốc chất lỏng trong ống, (cm/s)
υ
: độ nhớt động học của dầu thủy lực ,(St)

υ
=0,12 (St)
⇒
R
e
=
12,0
0,1. 543,9
= 4532,5
Như vậy R
e

.
d
l
max
=0,039.
0,1
300
=11,6
trong đó:
l
max
: chiều dài lớn nhất của đường ống trong hệ thống, ta lấy khoảng
l
max
=3(m)=300(cm)
Tổn thất áp suất trên đường ống là:
h
w
=
o
λ
.
d
l
max
.
g
v
cl
2

.


= 17,49. 8720=152512.8 (N/m
2
)
= 15,2(N/cm
2
)
Tn tht qua cỏc van phõn phi , van mt chiu, van tit lu , van trn, cỏc
cỳt ni.. trong ng ng ta ly khong p=16 (N/cm
2
).
Khi ú ỏp sut cn thit ca bm cn phi cú l:
p=1300+16=1316 (N/cm
2
)
2.4. Tớnh chn bm ngun dn ng ng c
H thng di chuyn ca tu hỳt bựn ta ch b trớ s dng mt bm ngun
chung cho h thng vỡ khi cc c h xung thỡ ti cỏp neo mi hot ng, v
ngc li khi h cc thỡ ti cỏp neo khụng quay.
Trong phn trờn ta ó tớnh toỏn c giỏ tr lu lng Q=25,63 (lớt/phỳt)
ca ng c kộo ti v giỏ tr lu lng chy vo xi lanh q
v
=37,7 (l/phỳt).
Ta thy rng giỏ tr lu lng vo xi lanh ln hn lu lng ca ng c
kộo ti ,nờn bm ngun ó chn trong h thng nõng h cc, dựng cho c h
thng dn ng ti neo l m bo. Cung cp c lu lng cho h thng dn
ng ti neo.
c tớnh v thụng s ca bm trong h thng di chuyn ó c ghi trong

lc) hoc iu khin nú chuyn ng theo mt quy lut nht nh.
Cht lng t bm trc khi n ng c thy lc thng qua c cu phõn
phi. C cu phõn phi l ni tp trung cỏc u ni lu thụng ca cht lng.
Cht lng t bm n c phõn phi vo cỏc nhỏnh khỏc nhau ca li ng.
4.1. Tớnh toỏn s b cỏc thụng s c bn ca van
Loi van dựng trong h thng l loi cú 4 ca lu thụng v 3 v trớ lm vic.
4.1.1. Tớnh toỏn ca lu thụng
Kớch thc ca con trt c xỏc nh s b t lu lng yờu cu ca h
thng:
Q= S.v
Trong ú:
Q: lu lng trong h thng (m
3
/s)
v: vn tc cht lng qua van phõn phi (m/s)
vi v= 3
ữ
5 (m/s), chn v=4 (m/s)
S: din tớch ca m lu thụng (m
2
)


S=
v
Q
dc
=
60.4
10.03,42

=
14,3.5,0
10.175,0
3
=0,0105(m)
Chn d= 11(mm)
x= 5,5(mm)

4.1.2. Tớnh toỏn cỏc ca ra v vo ca van
thun tin cho vic tớnh toỏn ta coi tit din cỏc ca bng tit din
ng ng cao ỏp, vỡ vy ta cú:
d=10
v
Q
ht
..3
.2


=10
5.14,3.3
03,42.2
=13,3(mm)
Vy ng kớnh cỏc ca ra vo ca van l: ly d=14 (mm)
4.2. La chn loi van dựng trong h thng
Theo c tớnh riờng ca h thng, cỏc van hot ng khụng ng thi vi lu
lng chung qua cỏc van l nh nhau nờn ta chn loi van c b trớ theo dng
tht, cỏc van s c ghộp sỏt vo nhau. Vi cỏch b trớ ny s tit kim c
ng ng v gim tn tht ỏp sut.
*Vi lu lng v ỏp sut yờu cu ca h thng, chn theo catalog ta chn c