[HƯỚNG DẪN] Trình Tự Tính Toán Xilanh Điển Hình Trên Máy Xúc Đào

Hôm nay B2bmart sẽ giới thiệu đến các bạn đọc về kết cấu các bộ phận chính của hệ thống truyền động thủy lực máy xúc đào điển hình. Chúng tôi lấy đại diện là Komatsu PC200-8. Phần này tập trnng tính toán xilanh, bơm như mô hình bên dưới.

Xylanh thủy lực

Nhiệm vụ

Xilanh thủy lực bao gồm xilanh cần, xilanh tay cần và xy lanh gàu. Các xy lanh đều có nguyên lý hoạt động tương tự nhau và có nhiệm vụ biến đổi áp năng của dòng dầu cao áp thành cơ năng để tạo chuyển động tịnh tiến tương đối giữa cặp xilanh-piston.

Sự phối hợp làm việc của các xilanh trên tạo nên quỹ đạo chuyển động của gầu xúc. Điều này giúp chúng ta thực hiện công việc mong muốn như đào đất, xúc trộn, gạt chướng ngại vật, phá tường ,v.v…

Nguyên lý hoạt động

Các xilanh thủy lực trong hệ thống truyền động thủy lực trên máy đào đều có nguyên tắc hoạt động hai chiều, khi ta cấp dầu cao áp một đầu thì piston sẽ có chiều chuyển động về phía đầu bên kia. Chẳng hạn như khi ta cấp dầu cao áp phía bên phải piston thì lực đẩy do áp năng của dầu tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của piston với dầu cao áp sẽ đẩy piston chuyển động về phía bên trái

Dầu trong khoang phía bên trái piston sẽ được dẫn về thùng chứa. Nếu mà ta đóng van phân phối thì hai bên piston đều có dầu cao áp và đều tác dụng lực lên piston, dầu cao áp không được cấp thêm và không được thoát đi nên piston sẽ đứng yên và không di chuyển.

1-Ống Xy Lanh; 2- Bạc ;3- Chắn Bụi; 4-Cần Piston; 5- Piston; 6-Vòng Đệm Dự Phòng; 7- Vòng Đệm;8- Vòng Chịu Mò;9-, Đai Ốc Piston ;10-Trụ Trượt; 11- Vòng Chặn ;12-  Vòng Tựa;13- Vành Ống;14- Vòng Đệm ;15- Vòng Đệm;16-  Vòng Đệm Dự Phòng;17- Bạc Cần;18- Sạc Líp;19- Vòng Đệm Bậc; 20- Vòng Đệm;21- Đệm Cần;22- Chắn Bụi ;23- Bu Lông Lỗ ;24- Van Một Chiều ;25-  Đầu Nối ;26- Khe Hở; 27- Vòng Đệm Trượt ;28- Vòng Chặn;29- Bạc Chốt; 30- Chắn Bụi ; 31- Lò Xo; 32- Đế Lò Xo ;33- Vòng Chịu Mòn

Mô hình tính toán xylanh cần – Boom cylinder

Tính lực và vận tốc chuyển động trong xylanh thủy lực khi nâng cần

* Tính lực tác dụng lên cần piston:

Các thông số cho trước của xylanh thủy lực

Đường kính trong của xylanh : D = 120 mm

Đường kính cần piston d = 85 mm

Áp suất đẩy của bơm cung cấp: p = 380 at = 372.105 N/m2

Lưu lượng dầu cung cấp từ bơm: Q = 439 l/ph = 7,3. 10-3 m3/s

Sơ đồ lực tác dụng trong xylanh thủy lực khi nâng cần

Phương trình cân bằng lực của một xylanh:

Trong đó: 

p1 : Áp suất dầu ở buồng công tác (N/m² )

p2 : Áp suất dầu ở buồng chạy không (N/m² )

S1: Diện tích piston ở buồng công tác. Cụ thể:

S2: Diện tích piston ở buồng chạy không. Cụ thể:

F (t): Tải trọng tác dụng lên cần piston  (N)

F (msc): Lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít.  (N)

F (msp): Lực ma sát giữa piston và xy lanh.  (N)

Ta sẽ xác định sự ảnh hưởng của các lực này thông qua hiệu suất cơ khí của xilanh lực sau khi đã xác định được lực F1. Hiệu suất cơ khí trong xilanh lực ƞc = 0,85 ÷ 0,97 (tr 152-Máy thủy lực). Nghĩa là lực ma sát trong xylanh bằng 3 ÷ 15% lực tổng cộng tác dụng lên piston. Lực ma sát trong xilanh thuỷ lực là:

Trong đó p2 nối với bộ ổn tốc trên đường dầu về bể, chọn áp suất lớn nhất trong khoang chứa cần piston  p2 = 0,6.p1 = 0,6.372.105  N/m².

Thay các giá trị vào (4.3.1) ta có:

               

*  Tính vận tốc chuyển động của piston trong xylanh khi nâng cần:

Tính lực và vận tốc chuyển động trong  xylanh thủy lực khi hạ cần

– Khi hạ cần: Piston chuyển động về bên trái, dầu từ  bơm chảy vào buồng phải và dầu từ buồng trái về thùng chứa (bỏ qua tổn thất rò rỉ và các yếu tố khác).     

Lực đẩy Ft và vận tốc vchuyển động của piston trong trường hợp này là:         

*   Lực tác dụng lên cần piston: 

*  Tính vận tốc chuyển động của piston trong xylanh khi hạ cần:           

*  Tính chiều dày thành xylanh:

Theo công thức ( 4.IV.23b ) tài liệu [6]  ta có:

Chiều dày thành xylanh:

                                Trong đó: 

D (n): đường kính ngoài của xylanh (mm)

P:  Áp suất của dầu trong hệ thống thủy lực (N/m2 )

m: Hệ số kể đến đặc điểm công nghệ, m = 0,9 ÷ 1,0

δ (gh): Giới hạn bền của vật liệu chế tạo xylanh ( ứng suất kéo cho phép )

n: Hệ số an toàn. Đối với hệ thống thủy lực tĩnh n = 3 ÷ 3,5

Ta có:  Dn = D + δ  thế vào biểu thức trên ta rút ra được:

                                                   

=>

Ta có :

D = 120 mm  = 0,12  m 

p = 380  at = 372.105  N / m2  

Chọn vật liệu làm xi lanh là thép ST52 có:

 δgh gh = 7,6 KG/mm2 = 74,556 N/mm2=74,556.106  N/m2

Chọn: m = 0,9 ; n = 3

Thế vào biểu thức trên ta được  chiều dày thành xylanh:

δ= δ =10  mm

Tính bền cho cần piston

Cần  piston là một thanh chịu nén đúng tâm. Muốn bảo đảm sự làm việc an toàn khi thanh chịu nén thì ứng suất trên mặt cắt ngang của nó không được vượt quá ứng suất cho phép. 

                       

Trong đó

N: lực  dọc:   F: tiết diện cần piston  `

Ta có :

N = Ft = 252 KN                   

                   

Vậy ứng suất trong cần piston:

Chọn vật liệu làm cần piston là thép JIS SCM440 chúng ta sẽ có 

          δgh   = 7,6 KG/mm2  =  74,556 N/mm2

 Ta thấy ứng suất trong cần piston vẫn nhỏ hơn ứng suất cho phép nên cần piston vẫn đảm bảo đủ điều kiện bền.

Như vậy, B2bmart.vn đã trình bày 1 cách chi tiết cho bạn đọc về trình tự tính toán 1 xilanh điển hình trên các máy xúc đào. Hy vọng bạn đọc có thể tự tính toán cho thiết kế của mình. Mọi góp ý có thể để ở phần bình luận.