Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
1

MỤC LỤC MỤC LỤC 1
1. Tổng quan. 4
1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài. 4
2. Giới thiệu hệ thống truyền động thuỷ lực trên máy công trình 5
2.1. Các hệ thống truyền động trên máy công trình. 5
2.1.1. Truyền động cơ khí. 5
2.1.2. Truyền động thuỷ lực. 5
2.2. Ưu nhược điểm của truyền động thuỷ lực trên máy công trình. 7
2.2.1. Ưu điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực. 7
2.2.2. Nhược điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực. 8
3. Giới thiệu hệ thống thuỷ lực trên máy ủi KOMATSU D65PX-12. 8
3.1. Giới thiệu chung về máy ủi KOMATSU D65PX-12. 8
3.1.1. Cấu tạo của máy ủi KOMATSU D65PX-12. 8
3.1.3. Đặc điểm và công dụng của hệ thống thủy lực máy ủi KOMATSU D65PX-
12 11
3.1.4. Giới thiệu các phần tử chính của hệ thống thủy lực máy ủi. 12
3.2. Sơ đồ, nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực công tác máy ủi KOMATSU
D65PX-12 15
3.2.2. Sơ đồ mạch thuỷ lực nâng hạ khi lưỡi ủi ở vị trí giữ . 17
4. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực. 20
4.1 Khái niệm. 20

6.4. Đánh giá tính thông số đầu ra của mạch 73
6.5 Tính toán kiểm nghiểm và đánh giá vận tốc của piston công tác. 74
6.5.1. Tính toán kiểm nghiệm 74
6.5.2. Nhận xét đánh giá. 77
7. Kết quận và hướng phát triển. 77
7.1. Nhận xét về phần mềm Fluidsim 3.6. 77
7.2. Hướng phát triển của đề tài. 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79


báu cho Em. Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến cô Phạm Thị Kim Loan, đã giúp đỡ
trong suốt quá trình làm việc và em xin cảm ơn tất cả các thầy trong bộ môn thuỷ khí
và máy thuỷ khí đã đóng góp ý kiến để tạo điều kiện thuận lợi cho bản thân em hoàn
thành.
Cuối cùng Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 28 tháng 04 năm 2012
Sinh viên thực hiện Võ Quốc Hoàng

Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
4 1. Tổng quan.
1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài.
Hiện nay, có rất nhiều loại hệ thống truyền động được sử dụng điều khiển các
loại máy công nghiệp trong các lĩnh vực khác nhau như truyền động cơ khí, truyền
động điện, truyền động thuỷ lực, truyền động khí nén, truyền động kết hợp Trong

Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
5

ta đánh giá được quá trình làm việc của máy một cách nhanh chóng, sát với thực tế và
trực quan nhất.
2. Giới thiệu hệ thống truyền động thuỷ lực trên máy công trình.
2.1. Các hệ thống truyền động trên máy công trình.
Hệ thống truyền động bao gồm nhiều bộ phận kết hợp lại để có thể truyền công
suất, chuyển động từ động cơ hay các nguồn năng lượng khác đến các bộ phận công
tác. Trong ngành động lực nói chung, trên ôtô và máy công trình nói riêng các hệ
thống truyền động có thể sử dụng như: Truyền động cơ khí, truyền động điện - điện
tử, truyền động thuỷ lực, truyền động khí nén hoặc truyền động kết hợp,…Tuy nhiên
với đề tài này chúng ta có thể tìm hiểu kỹ hơn về hai truyền động cơ khí, thuỷ lực.
2.1.1. Truyền động cơ khí.
Truyền động cơ khí là phương pháp truyền động quen thuộc và đã có một thời
gian dài được coi là hình thức truyền động quan trọng nhất. Hình thức truyền động
này được sử dụng để mang, tạo và truyền năng lượng chủ yếu dựa vào trục, bánh răng,
xích hay dây đai. Nhờ đó người ta có thể phân loại truyền động cơ khí bao gồm các
loại như: Truyền động bánh răng, truyền động xích, truyền động bánh vít
2.1.2. Truyền động thuỷ lực.
Trên các loại máy công trình nói chung, truyền động thuỷ lực là phương pháp
truyền động được sử dụng phổ biến đem lại hiệu quả kinh tế khá cao. Đặc biệt nó là
một phần không thể thiếu trong quá trình điều khiển và vận hành quá trình hoạt động
sản xuất hiện nay trong quá trình công nghiệp hoá. Theo nguyên lý làm việc của hệ
thống truyền động thuỷ lực người ta có thể chia ra: Truyền động thuỷ động và truyền
động thuỷ tĩnh (hay còn gọi là truyền động thể tích).

Hình 2-1 Sơ đồ cơ bản của hệ thống truyền động thuỷ tĩnh.
* Máy lai:
Cung cấp cơ năng để bơm thuỷ lực làm việc, được trích công suất từ động
diezen.
* Bơm thuỷ lực:
Tạo ra dòng dầu thuỷ lực có áp suất và lưu lượng theo yêu cầu. Điều khiển
bơm có thể bằng tay (theo ý của người lái và không phụ thuộc vào tải trọng ngoài)
hoặc có thể điều khiển tự động. Lưu lượng chất lỏng công tác truyền từ bơm thuỷ lực
đến động cơ hoặc xi lanh thuỷ lực được điều chỉnh tự động, sự điều chỉnh tự động này
đảm bảo công suất luôn ổn định không phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài.
* Van phân phối:
Có chức năng phân chia dầu cao áp từ bơm đến các bộ máy khác nhau và đưa
dầu thấp áp về thùng chứa. Van phân phối được chia thành ba nhóm chính: nhóm van
trượt, nhóm van thường và nhóm van nâng. Trong các loại van trượt người ta điều
khiển dòng dầu bằng cách trực tiếp làm cho van chuyển động tịnh tiến. Trong van
Động cơ hoặc xi lanh TL.
Hệ thống van thuỷ lực
Thùng dầu thuỷ lực

2.2. Ưu nhược điểm của truyền động thuỷ lực trên máy công trình.
Trên các máy công trình hiện nay, truyền động thuỷ lực là một phần không thể
thiếu trong hệ thống truyền động. Nó phát triển nhanh và đang thay thế dần vào các
máy chuyên dùng nói chung cũng như máy xây dựng nói riêng.
2.2.1. Ưu điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực.
+ Dể thực hiện điều chỉnh vô cấp vận tốc trong phạm vi rộng và tự động điều
chỉnh vận tốc chuyển động của các bộ phận công tác ngay cả khi máy đang làm
việc.
+ Truyền động công suất lớn.
+ Dể đảo chiều chuyển động của bộ công tác và dễ dàng thay đổi được quy
luật chuyển động: Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và
ngược lại
+ Có thể đảm bảo cho máy làm việc ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổi
tải trọng bên ngoài
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
8

+ Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất
của truyền động nhỏ.
+ Tự bôi trơn tốt.
+ Truyền động êm, không có tiếng ồn.
+ Độ nhạy, chính xác cao khi điều chỉnh, tính ổn định cao trong chuyển động
của bộ công tác, điều khiển nhẹ nhàng và làm việc an toàn.
+ Dễ tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá các phần tử cấu thành của hệ truyền động,
do đó có thể tổ chức sản suất hàng loạt.
2.2.2. Nhược điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực.


9

vuông góc với trục dọc của máy và không thể quay được trong mặt phẳng ngang.
Thanh chống xiên (14) giữ cho bàn ủi ổn định trong khi làm việc dưới tác dụng của áp
lực khối đất trướt bàn ủi.
Để nâng cao tính vạn năng của máy, đằng sau của máy kéo cơ sở lắp đồng thời
thiết bị xới dùng để phá vỡ và xới các loại đất rất cứng giúp cho các loại máy làm đất
khác như máy ủi, máy san,… làm việc dễ dàng và cho năng suất cao. Thiết bị xới
được lắp ở phía sau máy kéo, gồm: giá đỡ số (13) được liên kết với vỏ cầu sau của
máy kéo. Đầu trên của giá đỡ để lắp xilanh nâng hạ (11) và xilanh nghiêng thiết bị xới
(12); Đầu dưới của giá đỡ để lắp khung của thiết bị xới (16). Bộ răng xới (9) được lắp
với đế (10) bằng các chốt.
5550
3480
1
2
3
4
6
7
8
10
9
5
3970
3015

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí các cơ cấu của máy
1-Máy kéo cơ sở;2- Xilanh nâng hạ bàn ủi; 3-Xilanh nghiêng lưỡi ủi; 4- Bàn ủi;

Lục kéo cực đại 980/1200 Nm/(v/ph)
Tốc độ không tải tối đa 2100 v/ph
Tốc độ không tải tối thiểu 825 v/ph
Suất tiêu hao nhiên liệu tối thiểu 215 g/kwh
Môtơ khởi động 24V;7,5kw
Máy phát xoaychiều 24V; 35A
Ăc quy 12V, 140Ah×2
Tôc độ của máy
Tốc độ tới
Số 1 3,9 Km/h
Số 2 6,8 Km/h
Số 3 10,6 Km/h
Tốc độ lùi
Số 1 5,0 Km/h
Số 2 8,6 Km/h
Số 3 13,4 Km/h
Hệ thống
thiết bị
làm việc
thủy lực
Bơm bánh

răng
Áp suất đẩy 210 KG/cm
2

Lưu lượng 36,8 l/ph
Số vòng quay 3500 v/ph

Bơm

nghiêng
dao ủi
Đường kính trong xilanh 140 mm
Đường kính cần pittông 70 mm
Hành trình pittông 145 mm

3.1.3. Đặc điểm và công dụng của hệ thống thủy lực máy ủi KOMATSU D65PX-12.
Máy ủi được điều khiển bằng hệ thống truyền động thuỷ lực. Nhờ thế khả năng
làm việc của máy được ứng dụng trên các công trình khai thác đất đá, khai thác
khoáng sản…Ở đây ta khảo sát quá trình điều khiển bằng hệ thống truyền động thuỷ
lực của nó để thấy được công dụng đối với các ngành công nghiệp nói chung và ngành
khai thác nói riêng trong máy công trình hiện nay.
Hệ thống điều khiển thiết bị dẫn động thuỷ lực của máy ủi dùng để thay đổi
hướng chuyển động và điều chỉnh tốc độ của khâu đi ra (động cơ thuỷ lực), cũng như
để đảm bảo cho kết cấu của máy ủi không bị quá tải. Thực hiện việc điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi lượng tiêu thụ chất lỏng đưa vào động cơ thuỷ lực. Các thành phần
chính của hệ thống điều khiển là cơ cấu điều chỉnh (van các kiểu, bộ phân phối thuỷ
lực, van tiết lưu .v.v ) cũng như các cơ cấu khớp, đòn và hệ thống khác mà nhờ chúng
người điều khiển có thể điều khiển quá làm việc một cách tự động từ các cơ cấu điều
chỉnh.
Để điều chỉnh công việc của thiết bị dẫn động thuỷ lực trong máy ủi, người ta
sử dụng trực tiếp các cơ cấu điều khiển: Áp lực trong ống dẫn và hệ thống thiết bị dẫn
động thuỷ lực; hướng chuyển động của dòng chất lỏng công tác, trong đó bao gồm cả
việc phân phối dòng này vào các động cơ thuỷ lực; lượng cung cấp (lưu lượng) chất
lỏng công tác tới các động cơ thuỷ lực.
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12

Bơm bánh răng được sử dụng rộng rãi bởi các ưu điểm sau : kết cấu đơn giản,
dễ chế tạo, độ tin cậy cao, kích thướt nhỏ gọn, có khả năng chụi quá tải trong một thời
gian ngắn.
Hình 3.1: Bơm bánh răng tăng cường.
1- Bánh răng chủ động; 2- Cửa đẩy; 3- Bánh răng bị động; 4- Van an toàn; 5-
Cửa hút; 6 - Vỏ bơm
Các bánh răng chủ động (1) và bị động (3) ăn khớp ngoài với nhau và được đặt khít
trong vỏ (6).
* Nguyên lý làm việc :
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
13

Khi bơm làm việc, bánh răng chủ động (1) quay, kéo bánh răng bị động (3)
quay theo chiều mũi tên (trên hình 6.1) ; chất lỏng chứa đầy trong các rãnh a giữa các

o

Hình 3.2. Sơ đồ bơm piston rôto hướng trục
1- Xylanh; 2- Piston; 3- Đĩa nghiêng

Đây là loại bơm có nhiều piston quay hướng trục điểm khác với bơm hướng
kính là các trục của các piston đều song song với trục của rôto và cách trục rôto một
khoảng piston nằm trong lỗ khoan trong của rôto. Cán piston được khớp với cơ cấu
các đăng hoặc tì lên mặt phẳng nghiêng. Nhờ vậy khi rôto quay sẽ mang theo piston
cùng quay và piston còn chuyển động qua lại trong rôto. Cứ mỗi vòng quay của rô to
thì mỗi piston thực hiện được một lần hút đẩy. Năng suất thể tích của loại bơm này
cũng phụ thuộc vào các yếu tố như: đường kính của piston d; số piston z; khoảng
chạy s và số vòng quay của rôto n.
* Nguyên lý:
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
14

Nguyên lý chuyển động của máy: piston (2) và xilanh (1) đều quay quanh trục
của bơm, nhưng tay quay (3) lại quay quanh trục của nó , trong kết cấu cụ thể của máy
tay quay (3) được thay bằng một đĩa nghiêng (đặt trong mặt phẳng quay của tay quay).
Nhờ có mặt phẳng quay của tay quay (đĩa nghiêng) bố trí nghiêng một góc γ so với
trục của bơm nên tạo ra được chuyển động tương đối giữa piston (2) và xilanh (1) với
hành trình S.
Như vậy để thực hiện sự chuyển động tương đối của piston trong xilanh chỉ cần
một trong hai bộ phận roto hoặc đĩa nghiêng quay.
3.1.4.2. Xilanh thuỷ lực.


15

1-Lỗ bắt chốt; 2- Ống lót;3 Nắp đệm; 4- Đầu xy lanh; 5- Xy lanh; 6- Cần
piston; 7- Ống lót; 8- Nắp xylanh; 9. Phớt làm kín; 10- Đệm lót; 11- Phớt làm kín; 12-
Van piston; 13- Piston; 14- Đế van .
* Nguyên lý làm việc :
Khi dòng chất lỏng có áp suất cao được van điều khiển cung cấp vào một trong
hai khoang của xylanh thuỷ lực thì piston và cần piston sẽ dịch chuyển về phía tương
ứng. Xy lanh thuỷ lực có nhiệm vụ nâng hạ lưỡi ủi của máy ủi khi làm việc cũng như
khi đang di chuyển không tải, trên piston xy lanh thuỷ lực có gắn 3 van piston (12),
van này nằm trong ổ đặt , đặt lệch nhau 120
0
, có tác dụng đảm bảo áp suất dầu xy lanh
không tăng lên khi piston kết thúc hành trình
3.2. Sơ đồ, nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực công tác máy ủi KOMATSU
D65PX-12.
3.2.1 Sơ đồ mạch thủy lực tổng quát.
a, Sơ đồ mạch.
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
16
Hình 3.4 : Sơ đồ mạch tổng quát.
1-Cần điều khiển xilanh nâng hạ ủi. 2- Cần điều khiển xilanh nghiên lưởi ủi.3,4-cần

b, Nguyên lý chung :
Sơ đồ mạch thuỷ lực này bao gồm các hệ thống công tác như nâng, hạ lưỡi ủi,
nghiêng lưỡi ủi, nâng hạ lưỡi xới, nghiêng lưỡi xới và điều khiển quạt làm mát động
cơ.
Cả mạch được cung cấp dầu bởi bơm HPV95 qua hệ thống 3 van trượt phân
phối được điều khiển bởi hai cần điều khiển để cung cấp dầu cho các bộ phận công
tác.
Trong mạch này có bơm banh răng SBR(1)-010, các van tiết lưu, van an toàn,
van một chiều Nhờ sự phối hợp hợp lý các loại van trong mạch truyền động thuỷ
lực, chúng ta có thể tạo nên được chế độ làm việc ổn định của truyền động theo ý
muốn.
3.2.2. Sơ đồ mạch thuỷ lực nâng hạ khi lưỡi ủi ở vị trí giữ .
a, Sơ đồ mạch: (Hình 3.5).
b, Nguyên lý làm việc :
Khi lưỡi ủi ở vị trí giữ, cần gạt của van điều khiển (1) ở vị trí trung gian, van
phân phối (4) ở vị trí đóng đường từ cụm bơm (7) đến các xilanh công tác (8) và (9),
đồng thời đóng luôn đường dầu từ xilanh về thùng chứa, lưỡi ủi được giữ tại vị trí cố
định. Dầu từ thùng chứa dầu (10) qua bơm dầu (7) chia thành 2 đường dầu :
- Cung cấp dầu cao áp đến van phân phối (4) để điều khiển nâng hạ lưỡi ủi.
- Cung cấp dầu điều khiển cho van LS để điều khiển việc điều chỉnh góc
nghiêng đĩa bơm (điều chỉnh công suất bơm dầu mạch thuỷ lực công tác)
cao áp qua từ bơm bánh răng (5) qua van giảm áp (6) cung cấp áp suất dầu điều khiển
cho van điều khiển nâng hạ lưỡi ủi (1), ở vị trí giữ của lưỡi ủi dầu điều khiển qua van
này được xả hết về thùng chứa dầu (10).
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
18


10
4
7
1
2
8
9
3
5
6

Hình 3.6. Sơ đồ mạch thuỷ lực khi nâng lưỡi ủi
khoang cần piston của hai xilanh nâng hạ lưỡi ủi (8) và (9) đồng thời nối đường dầu từ
khoang piston về thùng chứa để thực hiện việc nâng lưỡi ủi. Một lượng nhỏ dầu từ
bơm qua lọc và van tiết lưu đến cung cấp cho mạch điều khiển van LS để điều chỉnh
công suất bơm cho hợp lý.
- Hành trình hạ lưỡi ủi, cần điều khiển của van (1) nghiêng sang trái, khi đó van phân
phối (4) được đẩy sang trái mở thông đường dầu từ bơm đến khoang piston trong
xilanh (8) và (9) để thực hiện quá trình hạ lưỡi ủi. Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
20

4. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực.

Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp
trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực.
4.2.2. Phân loại
Van áp suất gồm có các loại sau:
+ Van tràn và van an toàn
+Van giảm áp
+ Van cản
+ Van đóng, mở cho bình trích chứa thủy lực.
4.2.2.1. Van tràn và van an toàn.
Van tràn và van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống
thủy lực vượt quá trị số quy định. Van tràn làm việc thường xuyên, còn van an toàn
làm việc khi quá tải.

Hình 4.3: kí hiệu van an toàn.
Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
22

Có nhiều loại: Kiểu van bi (trụ, cầu)
Kiểu con trượt (pittông)
Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp)

a, kiểu van bi Hình 4.4: sơ đồ cấu tạo kiểu van bi
Giải thích: khi áp suất p

Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
23
Hình 4.5: sơ đồ cấu tạo kiểu van con trượt

Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3. Nếu lực do áp suất
dầu tạo nên lỡ F lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo F
lx
và trọng lượng G của pittông, thì
pittông sẽ dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dùng để tháo dầu rò ở
buồng trên ra ngoỡi.
Ta có: p
1
.A = F
lx
(bỏ qua ma sát và trọng lượng của của pittông)
F
lx
= C.x
0

Khi p
1
tăng ⇒ F =p

suất đến một giá trị cần thiết.

Sử dụng phần mềm Fluidsim 3.6 thiết kế và mô phỏng một mạch thủy lực
của máy ủi KOMASU D65PX-12
24

Hình 4.6: sơ đồ cấu tạo và kí hiệu van giảm áp

Hình 4.7: ví dụ sơ đồ mạch có lắp van giảm áp. Trong hệ thống này xilanh 1 làm việc với áp suất p
1
, nhờ van giảm áp tạo nên áp
suất p
1
> p
2
cung cấp cho xilanh 2. áp suất ra p
2
có thể điều chỉnh được nhờ van giảm
áp.
Ta có lực cân bằng của van giảm áp: p
2

p
2
.A - F
lx
=0 ⇒ p
2
=F
lx
/A

như vậy ta thấy rằng áp suất ở cửa ra (tức cản ở cửa ra) có thể điều chỉnh được tùy
thuộc vào sự điều chỉnh lực lò xo F
lx
.
3.2.2.4. Rơle áp suất (áp lực)
Rơle áp suất thường dùng trong hệ thống thủy lực. Nó được dùng như một cơ cấu
phòng quá tải, vì khi áp suất trong hệ thống vượt quá giới hạn nhất định, rơle áp suất
sẽ ngắt dòng điện ⇒ Bơm dầu, các van hay các bộ phận khác ngừng hoạt động.
4.3. Van đảo chiều .
4.3.1. Nhiệm vụ
Van đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng
lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành.
4.3.2. Các khái niệm