Giới thiệu về xe thu gom rác
Giới thiệu về các loại xe thu gom rác
Xe thu gom rác thải là phương tiện phổ biến tại các thành phố lớn và khu công nghiệp, với tính cơ động cao và tải trọng lớn Chúng được thiết kế để thu gom rác hiệu quả nhờ cơ cấu nén rác dưới áp lực thủy lực Có hai loại xe thu gom rác: loại điều khiển bằng tay và loại tự động Hiện nay, nhiều hãng đang phát triển công nghệ để cho ra đời các xe thu gom rác thông minh và tiện lợi, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc quản lý rác thải.
1.1.1 Xe thu gom rác thông thường
Các loại xe thu gom rác hiện nay rất phổ biến ở Việt Nam nhờ vào giá thành hợp lý và khả năng đáp ứng nhu cầu thu gom rác tại các đô thị Thùng chứa của xe có thể tích từ 14m3 đến 22m3, cho phép lựa chọn kích thước phù hợp với yêu cầu cụ thể.
Hình 1.1: Xe chở rác Dongfeng 1.1.2 Xe thu gom rác tự động
Hiện nay, các loại xe thu gom rác tự động ở nước ta chưa được triển khai do nhiều lý do khác nhau Tuy nhiên, trong tương lai, những phương tiện này dự kiến sẽ dần thay thế các loại xe thu gom rác truyền thống.
Hiện nay, có 6 công nghệ thông thường đang được áp dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm vượt trội mà chúng mang lại Những công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu sức lao động chân tay của con người mà còn nâng cao hiệu quả công việc.
Xe thu gom rác tự động, được thiết kế với hệ thống thủy lực tiên tiến, giúp nâng cao hiệu quả thu gom và nén rác Việc sử dụng loại xe này không chỉ tăng năng suất mà còn giảm bớt gánh nặng cho công nhân Hình 1.2 và 1.3 minh họa hai mô hình xe thu gom rác tự động từ hãng E-Z PACK.
Hình 1.2: Xe thu gom rác tự động Hercules
Hình 1.3: Xe thu gom rác tự động với tay gắp phía trước
Kết cấu cơ khí tay gắp rác
Kết cấu các bộ phận tay gắp rác
Cơ cấu kẹp thùng rác được thể hiện trong Hình 2.3 Gồm các bộ phận chính sau: 1- Xylanh kẹp, 2- Tay đòn, 3- Bánh răng ăn khớp, 4- Thanh đỡ, 5- Càng kẹp.
Hình 2.3: Cơ cấu kẹp thùng rác
2.2.2 Cơ cấu xoay đổ rác
Cơ cấu xoay đổ rác là hệ thống tạo chuyển động quay, cho phép cơ cấu kẹp và thùng rác xoay một góc nhất định để đổ rác vào thùng chứa của xe tải Các bộ phận chính của cơ cấu bao gồm xylanh và trục quay, giúp liên kết các phần của cơ cấu và đảm bảo chuyển động quay giữa các khâu liên kết.
Hình 2.4: Cơ cấu xoay đổ rác.
2.2.3 Cơ cấu nâng hạ tay cần
Cơ cấu nâng hạ (Hình 2.5) là bộ phận quan trọng giúp nâng cánh tay lên cao, đảm bảo thùng rác ở vị trí thích hợp để rác có thể được đổ vào thùng chứa Các thành phần chính của cơ cấu này bao gồm xylanh nâng hạ, cánh tay đòn và trục quay.
Hình 2.5: Cơ cấu nâng hạ tay cần.
Sơ đồ hệ thống thủy lực
Nguyên lí hoạt động của mạch thủy lực
3.1.1 Các phần tử chính trong mạch thủy lực
STT Tên phần tử Kiểu Chức năng Số lượng
1 Xy lanh ra vào Tác động kép vào cho tay cần 1
2 Xy kẹp Tác động kép Tạo lực kẹp cho cơ 1 cấu kẹp
3 Xy lanh nâng Tác động kép Tạo lực nâng cho 1 tay cần Tạo chuyển động
4 Xy lanh xoay Tác động kép xoay cho cơ cấu đổ 1 rác
5 Xy lanh nén rác Tác động kép Nén rác 2
6 Xy lanh mở nắp thùng Tác động kép Mở nắp 2
7 Xy lanh đổ rác Tầng và tác Nâng thùng đổ rác 1 động đơn Bơm bánh răng Cung cấp nguồn cho
8 Bơm nguồn ăn khớp ngoài hệ thống 1
4/3 điều khiển Điều khiển hướng
9 Van phân phối điện hồi vị bằng cho cơ cấu chấp 6 lò xo hành
4/2 điều khiển Giảm tải cho bơm
10 Van phân phối điện hồi vị bằng 1 lò xo 3/2 điều khiển Điều khiển xy lanh
11 Van phân phối điện hồi vị bằng tầng 1 lò xo Điều khiển vận tốc
12 Van tiết lưu 1 chiều các cơ cấu chấp 8 hành
13 Van tiết lưu 2 chiều Điều khiển vận tốc 1 xy lanh tầng
14 Bộ chia lưu lượng Dạng van kiểu Đồng tốc 2 xy lanh 2 con trượt
STT Tên phần tử Kiểu Chức năng Số lượng
15 Van an toàn Tác động trực Bảo vệ hệ thống 1 tiếp
16 Bộ lọc dầu Lọc cặn bẩn cho 1 dầu
18 Van một chiều Có điều khiển lanh nâng và xy 2 lanh mở nắp thùng
19 Đồng hồ đo áp Đo áp suất trong hệ 1 thống
20 Đường ống thủy lực ống thép Dẫn dầu trong hệ thống Làm mát dầu trước
21 Bộ làm mát khi về thùng 1
3.1.2 Ngyên lý hoạt động của mạch thủy lực a) Chế độ chờ
Chế độ này xảy ra khi bơm nguồn đã được bật nhưng các cơ cấu trong hệ thống chưa hoạt động Van phân phối 4/2 luôn ở vị trí thường mở do y4 chưa nhận nguồn điện, dẫn đến dầu được bơm qua van phân phối, đi qua bộ phận làm mát và bộ lọc, rồi trở về thùng dầu Khi chế độ cánh tay hoạt động gắp thùng rác được kích hoạt, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động hiệu quả hơn.
Khi đã xác định vị trí của thùng rác, hãy nhấn nút điều khiển gắp thùng rác trên bảng điều khiển Lúc này, van phân phối 4/2 sẽ chuyển sang trạng thái thứ hai, ngừng chế độ giảm tải cho bơm nguồn và cung cấp lưu lượng cho các cơ cấu tay gắp.
Tay gắp thùng rác hoạt động tự động theo chu trình tuần tự Đầu tiên, xylanh ra vào đưa toàn bộ cơ cấu tay gắp ra cho đến khi chạm giới hạn hành trình Sau đó, xylanh gắp thực hiện kẹp thùng rác, và khi đã kẹp xong, xylanh ra vào thụt lại đưa tay gắp và thùng rác về vị trí ban đầu Khi đến cuối hành trình, xylanh nâng cánh tay và thùng rác hoạt động nhờ cảm biến Khi xylanh nâng tay đạt vị trí cảm biến, xylanh xoay đổ rác bắt đầu hoạt động, tạo chuyển động quay cho cơ cấu kẹp thùng rác, giúp rác đổ vào thùng xe chở Xylanh này sẽ giữ trong 3 giây để đổ rác theo thiết lập của bộ điều khiển PLC.
Hành trình của xylanh nâng hạ bắt đầu khi tay cần hạ xuống Khi đạt đến vị trí ban đầu, xylanh sẽ ra vào để đưa thùng đựng rác về vị trí cũ, sau đó thụt lại để hoàn tất quá trình kẹp và đổ thùng rác.
Cơ cấu gắp thùng rác tự động được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC, tiếp nhận tín hiệu từ người điều khiển và các cảm biến vị trí gắn trên thân xylanh Trong đó, chế độ nén rác đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý rác thải hiệu quả.
Hệ thống nén rác sử dụng hai xylanh lắp song song, hoạt động đồng bộ và được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC Việc điều khiển diễn ra thông qua tín hiệu từ nút bấm và cảm biến vị trí, giúp người điều khiển dễ dàng nén rác khi nhấn nút.
Khi nhấn nút "nén rác" trên bảng điều khiển, hai xylanh sẽ được cấp nguồn và bắt đầu hành trình nén rác Khi xylanh đạt vị trí cảm biến, chúng sẽ ngay lập tức quay trở lại, hoàn thành quá trình nén rác Chế độ đổ rác cũng được kích hoạt trong quy trình này.
Để bắt đầu quá trình đổ rác, cảm biến áp suất P sẽ gửi tín hiệu khi đạt áp suất đã cài đặt Người điều khiển sẽ mở nắp thùng rác bằng cách nhấn nút trên bảng điều khiển Khi nắp mở hoàn toàn, nút đổ rác sẽ được nhấn để nâng thùng rác lên thông qua xy lanh đổ rác Sau khi hoàn tất, nút đổ rác được nhả ra, và xy lanh sẽ tự động hạ xuống nhờ vào trọng lượng của thùng xe Cuối cùng, người điều khiển nhấn nút đóng nắp thùng rác để kết thúc quy trình Trong suốt quá trình này, van giảm tải cho bơm nguồn sẽ đóng để ngăn dầu chảy về bể, đảm bảo cung cấp nguồn cho các cơ cấu chấp hành.
Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển
3.2.1 Chu trình hoạt động của tay cần
3.2.2 Các phần tử trong mạch điều khiển
STT Tên phần tử Chức năng Số lượng
1 Bộ nguồn điện 24VDC Cung cấp nguồn chính 1
2 Cảm biến vị trí Theo dõi hành trình của xy lanh 10
3 Bộ điều khiển lập trình PLC Điều khiển hệ thống 1
4 Công tắc , nút bấm Cung cấp tín hiệu điều khiển 16
5 Cảm biến áp suất Cung cấp tín hiệu điều khiển 1
6 Bảng điều khiển Lắp ráp các phần tử điều khiển 1
7 Dây điện Đấu nối các phần tử
3.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển a) Chế độ gắp rác tự động của tay cần
Khi xác định vị trí thùng chứa rác, người điều khiển nhấn nút “gắp rác” trên bảng điều khiển, gửi tín hiệu đến PLC để xử lý PLC sẽ phát tín hiệu điều khiển tới các cuộn dây (y1 đến y8 và y14) của van phân phối, điều chỉnh trạng thái van điều khiển xy lanh của tay gắp Qua các cảm biến vị trí (A0 đến A7) gắn trên thân xy lanh, PLC tiếp tục xử lý và phát tín hiệu để tay gắp rác hoạt động theo đúng chu trình.
Trong chế độ nén rác, người điều khiển sử dụng nút bấm để gửi tín hiệu đến PLC, từ đó PLC xử lý và phát tín hiệu điều khiển đến các cuộn dây y9, y10 và y14 thông qua các cảm biến vị trí A8 và A9 Ngược lại, trong chế độ đổ rác, việc điều khiển không thông qua PLC mà tín hiệu được cấp trực tiếp từ các nút bấm trên bảng điều khiển, cho phép điều khiển mở nắp thùng rác, đóng nắp thùng rác và đổ rác, với tín hiệu được gửi trực tiếp đến các cuộn hút của các van phân phối để điều khiển các cơ cấu chấp hành.
Cảm biến áp suất P1 sẽ thông báo cho người điều khiển đi đổ rác khi đạt tới áp suất đã cài đặt ban đầu.
Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực
Tính toán thiết kế xylanh
4.1.1 Tính lực và hành trình a) Xylanh kẹp
Hình 4.1: Sơ đồ phân tích lực xylanh kẹp
Lực tác dụng lên xylanh kẹp mở chủ yếu nhằm tạo ra mô men, giúp di chuyển hai mỏ kẹp và giữ thùng mà không cần lực kẹp quá lớn.
Hình 4.2: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh kẹp
Tính hành trình của xylanh kẹp với các thông số trên Hình
4.2 Độ dài cánh tay đòn là l 135mm
Góc quay của cánh tay đòn được tính bằng cách lấy góc quay lớn nhất trừ đi góc quay nhỏ nhất bằng: 145 o 76 o 69 0
Hành trình của xylanh được tính dựa vào chiều dài cánh tay đòn và góc quay của nó với hành trình là: H l sin
Hình 4.3: Sơ đồ biểu diễn lực tác động lên xylanh lật
Lực tác dụng lên xylanh lật (Hình 4.3) là F 2 được tính dựa vào các thông số chiều dài cánh tay dòn điểm đặt lực và trọng lượng của thùng rác.
Trong đó: p 1 Trọng lượng của thùng rác. m 1 Khối lượng của thùng rác. g Gia tốc trọng trường, lấy g 9,81m / s 2
Từ đó ta tính được F 2
Trong đó: l 1 Chiều dài cánh tay đòn điểm đặt trọng lực l 2 Chiều dài cánh tay đòn điểm đặt lực F 2
Hình 4.4: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh lật
Tính hành trình xylanh lật H
Ta có: Độ dài cánh tay đòn là:
Góc quay là: 65,68 dựa vào các thông số trên Hình 4.4.
Hành trình của xylanh là:
Hình 4.5: Sơ đồ phân tích lực xylanh nâng hạ
Lực tác dụng lên xylanh nâng hạ (Hình 4.5) là F 3
Trong đó: m - Là khối lượng của thùng rác.
1 m 2 - Là khối lượng của cánh tay. m 3 - Là khối lượng của cơ cấu gắp. l , l ,l - Lần lượt là chiều dài cánh tay đòn của F F , F
Để tính toán hành trình cho xylanh nâng hạ H 3, ta sử dụng các thông số từ Hình 4.6 Hành trình của xylanh được xác định bằng cách lấy chiều dài lớn nhất khi xylanh ở vị trí tối đa trừ đi chiều dài xylanh ở vị trí tối thiểu, tức là khi hành trình bằng 0.
Hình 4.6: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh nâng hạ
L Là chiều dài của xylanh khi đi hết hành trình.
18 l 652mm Là chiều dài khi xylanh có hành trình bằng 0.
Chọn hành trình của xylanh nâng hạ là H
Hình 4.7: Sơ đồ phân tích lực tác động lên xylanh ra vào
Xylanh là bộ phận quan trọng giúp đẩy cánh tay di chuyển ra và vào, hỗ trợ quá trình gắp những thùng rác nằm xa vị trí ban đầu của tay kẹp.
Lực F 4 do xy lanh tạo ra cần phải lớn hơn lực ma sát nghỉ, được gây ra bởi trọng lượng của cánh tay và thùng rác, như thể hiện trong Hình 4.7 Để tính toán lực của xy lanh cần thiết để di chuyển cánh tay, ta cần xem xét khối lượng của các phần và hệ số ma sát.
Hệ m1, m2, m3, m4 đại diện cho khối lượng của thùng rác và các phần của cánh tay Hệ số ma sát giữa các phần trượt tương đối trên cánh tay được xác định là μt = 0.7.
Từ yêu cầu gắp thùng rác có khoảng cách từ 0 đến 1200mm so với vị trí ban đầu của tay kẹp ta chọn hành trình là H 4 1200mm
Hình 4.8: Sơ đồ phân tích lực tác động lên xylanh mở nắp thùng
Để xác định lực F 5 do xylanh tạo ra, chúng ta cần dựa vào khối lượng và chiều dài cánh tay đòn từ trọng tâm của thùng đến trục quay, như được minh họa trong Hình 4.8.
Trong đó:2 m 5 , g Lần lượt là khối lượng nắp thùng và gia tốc trọng trường. l 1 ,l 2 Lần lượt là chiều dài cánh tay đòn điểm đặt lực P 5 , F 5
Ta chọn hành trình của xylanh là H
Rác thải có độ xốp cao, chiếm nhiều diện tích trong thùng rác Khi chất rác lên xe, phần lớn thường tập trung ở đầu thùng Để tối ưu hóa không gian và tăng khối lượng rác chứa, việc sử dụng các xylanh nén rác là cần thiết để đẩy rác về phía cuối thùng.
Xe có lực ép rác lớn nhất là 8000kG hệ số nén rác là 2 :1 chiều dài buồng ép rác là 1000mm
Xe sử dụng 2 xylanh ép rác nên ta chọn lực ép F 6 (Hình 4.8) một xylanh cần sinh ra để nén rác là F 6 40000N
Hành trình của xylanh là: H 6 1000mm
Kích thước của thùng xe dài x rộng x cao là: 4m x 2.5m x 2m
Xe có thể tích thùng chứa rác là 20m 3 , tổng khối lượng của thùng xe khi có đầy tải là: 10000kg
Hình 4.9: Sơ đồ phân tính lực xylanh tầng.
Từ sơ đồ phân tích lực Hình 4.9 ta tính được:
Trọng lượng của thùng rác khi đầy tải là:
Lực của xylanh cần tạo ra là:
Trong đó: m Khối lượng của thùng khi đầy rác
A Là độ dài cánh tay đòn của F T
B Là độ dài cánh tay đòn của F XL
Tính hành trình của xylanh.
Dựa vào sơ đồ phân tích Hình 4.10, chúng ta có thể tính toán hành trình của xylanh thông qua góc nghiêng lớn nhất của thùng xe và khoảng cách từ điểm đặt xylanh đến trục quay của thùng xe.
Hình 4.10: Sơ đồ phân tích hành trình xylanh tầng
Công thức tính hành trình xylanh tầng (dựa theo công thức tính cho bởi catalog của hãng parker): H B D
D Là hệ số tỉ lệ với góc nghiêng của thùng xe.
B Là khoảng cách từ điểm tâm trục quay thùng xe tới điểm đặt xylanh Bảng 4.1:
Bảng tra hệ số D theo góc nghiêng của thùng
Góc nghiêng ( 0 ) Hệ số D Góc nghiêng( 0 ) Hệ số D
Dựa vào Bảng 4.1 với thùng xe nghiêng một góc 45 o tra bảng ta được D 0,765
4.1.2 Tính toán thiết kế xylanh
Ta có lực tác dụng lên xylanh được tính theo công thức:
F - Lực tác dụng lên cần piston ( N
P - Áp suất làm việc của hệ thống ( của bơm.
N / m 2 ) được chọn theo dải áp suất làm việc
Sau khi tính được đường kính piston theo tiêu chuẩn D ta tra bảng và chọn đường kính cần d
Khi xác định đường kính kiểm tra bền cho xylanh (D, d), bước tiếp theo là tính toán độ dày thành xylanh Để đảm bảo độ bền cho cần piston, việc kiểm tra bền là cần thiết Điều này dựa trên điều kiện bền của xylanh theo công thức đã được thiết lập.
K Tải lớn nhất tính tới hệ số an toàn
F Tải trọng tác dụng vào đầu cần.
S Hệ số an toàn thường lấy S
E Momen đàn hồi Chọn vật liệu làm cần xylanh là thép E 2,1.10 6 kg / cm 2
J cm 4 d Đường kính cần piston (cm) 64
L Chiều dài phụ thuộc vào phương pháp cố định xylanh và cần piston (cm)
Vậy điều kiện bền cần piston là d 4 64.L 2 F S
Lưu lượng của mỗi xylanh được tính theo công thức:
Q - Lưu lượng cần cung cấp tại mỗi xylanh.
Vận tốc của xylanh được tính theo công thức:
Với H là hành trình của mỗi xylanh. a) Xylanh kẹp
Chọn áp suất làm việc của xylanh là 1 5bar Đường kính piston:
Chọn theo bảng chuẩn ta được:
Tính lại áp suất làm việc:
Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:
Do đó cần piston đủ bền.
Tính lưu lượng cung cấp cho xylanh kẹp.
Lưu lượng cấp cho hành trình kẹp: 0,05m / s
Lưu lượng cấp cho hành trình mở: 0,05m / s
Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 2
Chọn theo bảng chuẩn ta được: D 2
Tính lại áp suất làm việc:
Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:
Do đó cần piston đủ bền.
Lưu lượng cung cấp cho xylanh lật.
Lưu lượng cấp cho hành trình đẩy ra: 0,1m / s
Lưu lượng cấp cho hành trình thu vào: 0,1m / s
Chọn áp suất làm việc của xylanh là Đường kính piston:
Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được: D 3 63mm ,
Tính lại áp suất làm việc: d
Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức: lấy P 3 100bar d
Do đó cần piston đủ bền.
Lưu lượng cung cấp cho xylanh nâng hạ
Lưu lượng cấp cho hành trình nâng: 0,1m / s
Lưu lượng cấp cho hành trình hạ: 0,1m / s
Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 4 15bar Đường kính piston:
Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được: D 4 50mm , d 4 36mm
Tính lại áp suất làm việc:
Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức: d 4 4
Do đó cần piston đủ bền.
Tính lưu lượng cho xylanh ra vào.
Lưu lượng cấp cho hành trình ra: 0, 2m / s
Lưu lượng cấp cho hành trình vào: 0, 2m / s
Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 5
- Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được:
- Tính lại áp suất làm việc:
Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:
Do đó cần piston đủ bền.
Tính lưu lượng cho xylanh mở lắp thùng.
Lưu lượng cấp cho hành trình ra: 0, 2m / s
Lưu lượng cấp cho hành trình vào:
Ta sử dụng hai xylanh để mở lắp thùng.
Q v Q 2 2 16.2 2 32.4l / ph m 3 / s 16, 2l / ph f) Xylanh nén rác
Chọn áp suất làm việc của xylanh là P 6
Chọn theo bảng tiêu chuẩn ta được: D 6
Tính lại áp suất làm việc:
Kiểm tra bền cho cần piston theo công thức:
Do đó cần piston đủ bền.
Tính lưu lượng cho xylanh nén rác.
Lưu lượng cấp cho hành trình ra:
Lưu lượng cấp cho hành trình vào: 0, 2m / s
Lưu lượng cần cung cấp cho hai xylanh ép rác là:
Với xylanh tầng ta tiến hành tính toán lực theo cần piston có đường kính nhỏ nhất.
Bảng 4.2: Bảng tra đường kính cần xylanh tầng Đường kính 800 psi 1000 psi 1500 psi 2000 psi cần( inh )
Khi tính toán và lựa chọn các thông số của xylanh, cần chuyển đổi các đơn vị đo lường chiều dài, áp suất và khối lượng từ inh, psi và lbs sang mm, bar và kg tương ứng, như đã chỉ ra trong Bảng 4.2.
Ta tính được khối lượng mà xylanh cần nâng lên là 10000kg 22046lbs chọn áp suất làm việc của xylanh là P 7 140bar 2000 psi
Dựa vào thông số khối lượng cần nâng và áp suất làm việc của xylanh, chúng ta có thể xác định đường kính piston nhỏ nhất cho xylanh tầng bằng cách tham khảo bảng 2.
Ta đã tính được hành trình của xylanh là: H
1530mm Dựa vào catalog của hãng Parker ta chọn được xy S52CC-41-60.24
60, 24inh lanh tầng có kí hiệu:
S Kí hiệu xylanh tầng tác động đơn
5 kí hiệu đường kính lớn nhất của tầng có thể di chuyển được trong xylanh tầng
2 kí hiệu số tầng có thể di chuyển
C kí hiệu loại đầu ắc lắp đặt trên thân và đầu cần xylanh
41 Kí hiệu về biến thể sửa đổi của xylanh 60,24 Kí hiệu hành trình của xylanh Tính lưu lượng của xylanh tầng.
Tra theo catalog của hãng parker ta được bảng thông số lưu lượng thay đổi trong mỗi một inh của hành trình xylanh.
Bảng 4.3: Bảng tra lưu lượng thay đổi trên một đơn vị hành trình xylanh tầng Đường kính tầng (
) Lưu lượng thay đổi ( gallons )
0.0480.0770.1121inh được tính bằng cánh cộng tổng thể tích
Thể tích thay đổi khi xylanh đi được thay đổi ở các tầng chia cho số tầng.
Ta tính được thể tích thay đổi trong 1inh của xylanh là: 0,079gallons
Khi xylanh đi hết hành trình thì V 0,079 60.24
4,76gallons Đổi từ gallons sang lít ta có 1gallon 3,785l suy ra V
Thời gian để xylanh đi hết hành trình là 30s ta tính được lưu lượng cần cấp cho xylanh:
Tính chọn đường ống
Công vệc yêu cầu chọn chiều dài các đường ống như sau:
Khi lựa chọn đường ống, cần đảm bảo rằng tổn thất qua đường ống là tối thiểu và đáp ứng tiêu chí kinh tế Đường ống nhỏ sẽ dẫn đến tổn thất lớn, trong khi đường ống quá lớn sẽ giảm tổn thất nhưng tăng chi phí Do đó, việc chọn đường ống phù hợp là rất quan trọng.
Thực tế cho thấy đường ống phụ thuộc vào vận tốc và áp suất Thông thường nên chọn đường ống theo vận tốc sau:
Loại ống Ống hút Ống đẩy Ống xả vận tốc 0.5 1.2m / s
2 6m / s 1.2 4m / s Để tính toán đường ống dây ta chọn vận tốc các đường ống như sau:
- Vận tốc đường ống hút V h 1m / s
- Vận tốc đường ống đẩy V d 4m / s
- Vận tốc đường ống xả V x 2m / s Đường kính của đường ống được tính theo công thức sau: d 4Q
Lưu lượng Q qua đường ống là lưu lượng bơm cung cấp cho hệ thống Mỗi bơm cung cấp lưu lượng cho xylanh hoạt động tuần tự, do đó, lưu lượng yêu cầu của bơm cần phải đáp ứng lưu lượng lớn nhất của xylanh, cộng thêm khoảng 10% để bù cho tổn thất lưu lượng Vì vậy, lưu lượng mà bơm yêu cầu được xác định dựa trên các yếu tố này.
Do đó ta tính được đường kính của các đường ống như sau:
Tính toán và chọn bơm nguồn
Trên cơ sở tính toán sơ bộ đường ống như trên và dựa vào catalog ta chọn được các đường ống theo tiêu chuẩn như sau:
19mm Đường ống đẩy: d d Đường ống xả: d x 25mm
4.3 Tính toán chọn bơm nguồn
4.3.1 Tính áp suất và lưu lượng của bơm
Lưu lượng yêu cầu của bơm được tính toán là 62 lít/phút Áp suất của bơm bằng tổng áp suất lớn nhất của xylanh và tổn thất áp suất qua mạch, trong trường hợp này, chúng ta xem xét xylanh tầng với áp suất làm việc lớn nhất.
Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực bao gồm tổn thất qua đường ống, các van và các phần tử khác Để tính toán tổn thất này, cần xem xét chiều dài đường ống và số lượng van trong mạch.
P Tổn thất áp suất tại van một chiều Chọn P
P 2 Tổn thất áp suất tại van phân phối Chọn P 2
P 3 Tổn thất áp suất tại van tiết lưu Chọn P 3 5bar
P 4 Tổn thất áp suất qua bộ lọc Chọn P 4 3bar
P 5 Tổn thất áp suất qua đường ống gồm tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường.
Là khối lượng riêng của chất lỏng
L, v, d Là chiều dài, vân tốc, đường kính
Chiều dài các đoạn đường ống được chọn:
900 của đường ống hút, đẩy và đường ống xả.
, Hệ số tổn thất dọc đường và hệ số tổn thất cục bộ, hệ số phụ thuộc vào hệ số
Hệ số phụ thuộc vào độ gấp khúc của khuỷu ống, ta coi khuỷu ống thẳng góc và chọn
1.2 Trên đường ống ta giả sử có 4 điểm trên ống hút, 4 điểm trên ống đẩy, 4 điểm trên ống xả xảy ra tổn thất cục bộ.
Thay số vào ta được:
Vậy áp suất yêu cầu của bơm là:
Hệ thống thủy lực trên xe tải được vận hành bằng động cơ đốt trong, cụ thể là động cơ Diesel HINO J08E-UG với 6 xylanh thẳng hàng, có tăng áp và công suất tối đa 184KW tại 2500 vòng/phút Động cơ này dẫn động bơm thông qua hệ thống truyền động đai, thay vì sử dụng động cơ điện.
Với số vòng quay của động cơ đốt trong là bơm là 2500v / ph
2500v / ph chọn số vòng quay của
Từ số vòng quay và lưu lượng ta tính lưu lượng riêng của bơm:
Trong đó: q – Lưu lượng riêng của bơm ( cm 3
Q – Lưu lượng yêu cầu của hệ thống ( l / ph n - Số vòng quay của bơm ( v / ph )
Từ lưu lượng và áp suất tính được ta chọn bơm theo catalog của hãng Rexroth.
Ta chọn bơm bánh răng có kí hiệu:
AZ- Kí hiệu tên sản phẩm bánh răng ăn khớp ngoài.
P- Kí hiệu chức năng là bơm.
N- Series sản phẩm có lưu lượng riêng từ 20 đến
1- Series có thiết kế vỏ bao 92mm
1- Kí hiệu Version của bơm.
025 - Lưu lượng riêng của bơm là 25cm
R - Hướng quay theo chiều kim đồng hồ.
C - Đầu trục dẫn động dạng thon.
B - Mặt bích phía trước loại loại vuông định tâm 10
20 - Cổng dẫn dòng vào ra là thẳng
M - Phớt làm kín loại NBR góc.
B - Mặt bích phía sau là tiêu chuẩn.
Tính chọn van
Trong sơ đồ hệ thống thủy lực bao gồm 1 van an toàn (Hình 4.11)được lắp trên đường ống đẩy của bơm.
Kí hiệu của van an toàn: Áp suất làm việc của hệ thống là:
Do đó áp suất đặt tại van an toàn được tính bằng áp suất làm việc của hệ thống cộng thêm với 10%.
Do đó chọn van an toàn theo thông số P at 179bar và Q 62l / ph theo catalog của hãng Rexroth ta chọn kiểu van:
DBD- kí hiệu van của van an toàn.
S – Điều chỉnh áp suất bằng vít lục giác
6 – Size 6 kích thước cổng kết nối là
G1 G – Cổng kết nối bằng ren.
200 – Áp suất giới hạn của van.
V - Kí hiệu phớt làm kín loại FKM. có/ 4nắp bảo vệ.
4.4.2 Tính chọn van phân phối
Van phân phối bao gồm 6 van loại 4/3, điều khiển hai đầu bằng điện và có hồi vị bằng lò xo, cùng với 1 van 4/2, điều khiển một đầu bằng điện và một đầu hồi vị bằng lò xo.
Van 4/2 Áp suất làm việc và lưu lượng qua van:
Dựa vào áp suất và lưu lượng làm việc ta chọn được van 4/3 theo catalog của hãng Rexroth với loại:
Hình 4.12: Van phân phối 4 cửa 3 vị trí
4 – Số cổng kết nối là 4 WE – Loại sản phẩm.
E- Dạng con trượt cho van 4 cửa 3 vị trí.
6X – Series từ 60 đến 69, kích thước lắp đặt và kết nối cố định.
E – Cuộn dây có công suất lớn, có thể tháo rời.
G24 – Cuộn dây sử dụng điện áp 24V
DC N9 – Sử dụng thiết bị gạt phụ trợ.
V – Phớt làm kín loại FKM.
Hình 4.13: Van phân phối 4 cửa 2 vị trí
Y-Dạng con trượt cho van 4 cửa 2 vị trí.
6X-Series từ 60 đến 69, kích thước lắp đặt và kết nối cố định.
E-Cuộn dây công suất có thể tháo rời.
G24-Cuộn dây sử dụng điện áp 24V DC.
V-Phớt làm kín loại FKM.
4.4.3 Tính chọn van giảm tải
Van giảm tải bao là một van 4/2 (Hình 4.14) một đầu điều khiển bằng điện một đầu hồi vị bằng lò xo.
Chọn theo catalog của hang Rexroth loại van: 4WE 6 D6X/EG24N9K4/V
D-Dạng con trượt cho van 4 cửa 2 vị trí.
6X-Series từ 60 đến 69, kích thước lắp đặt và kết nối cố định.
E-Cuộn dây công suất có thể tháo rời.
G24-Cuộn dây sử dụng điện áp 24V DC.
V-Phớt làm kín loại FKM.
Van một chiều được lắp đặt ở đường ra của bơm nhằm ngăn chặn dầu thoát ra khỏi mạch thủy lực trong quá trình tháo dỡ, sửa chữa hoặc bảo trì bơm.
Chọn theo catalog của hãng Rexroth ta chọn loại van: S8A0.0/
S-Kí hiệu van một chiều.
A-Kiểu ren cổng kết nối.
0-Chỉ số sửa đổi (được nhập sẵn trong nhà máy).
Van chống (Hình 4.16) rơi được sử dụng là van một chiều có điều khiển.
Van chống rơi kí hiệu như hình:
Chọn theo catalog của hãng Rexroth loại van: Z2S 6A-2-6X/V
Hình 4.16: Van một chiều có điều khiển
Z2S- Chỉ kí hiệu van một chiều có điều khiển
A-Đặt tại vị trí cổng A
V-Phớt làm kín loại FKM
4.4.6 Chọn van điều chỉnh lưu lượng
Van điều chỉnh lưu lượng là thiết bị quan trọng trong mạch thủy lực, giúp điều chỉnh lưu lượng cấp vào cơ cấu chấp hành để thay đổi tốc độ hoạt động của nó theo yêu cầu tính toán Có hai loại van tiết lưu phổ biến: van tiết lưu một chiều và van tiết lưu thông thường, mỗi loại đều có những ứng dụng riêng trong hệ thống.
Giá trị lưu lượng đặt tại các bộ ổn tốc như sau:
- Đối với xylanh nâng hạ:
Hành trình nâng:18,7l / ph Hành trình hạ: 8,15l / ph
- Đối với xylanh ra vào:
Hành trình ra: 23,55l / ph Hành trình vào:16, 2l / ph Xylanh nén rác:
Hành trình nén: 28l / ph Hành trình về:13,8l / ph Xylanh tầng: 36l / ph
Theo catalog Rexroth ta chọn được 6 van có kí hiệu:
Hình 4.17: Van tiết lưu một chiều
Z2FS- Van tiết lưu một chiều hai đường.
“-“- loại van tiết lưu cả đường A và B
7- Núm quay với vạch chia độ
4X- series phần tử từ 40 đến 49
V- Phớt làm kín loại FKM
Theo catalog ta chọn được một van có kí hiệu:
MG- Kí hiệu van tiết lưu
G-Kiểu ren cổng kết nối
V-Phớt làm kín loại FKM
4.4.7 Chọn bộ chia lưu lượng
Bộ chia lưu lượng được sử dụng để phân phối lưu lượng giữa các đầu ra, thường chia đều nhưng có thể điều chỉnh tỉ lệ lưu lượng đầu ra trong các trường hợp đặc biệt Trong trường hợp này, bộ chia lưu lượng đồng đều được áp dụng cho hai đầu ra nhằm đảm bảo sự đồng bộ tốc độ của hai xylanh.
Hình 4.19: Bộ chia lưu lượng
Dựa vào các thông số đã tính tóan tra catalog hãng Rexroth ta chọn được bộ chia có kí hiệu:
Trong đó: dùng cho xylanh mở nắp thùng. dùng cho xylanh nén rác.
Tính chọn bộ lọc
Để bảo vệ độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của các phần tử thủy lực trong mạch thủy lực, việc sử dụng bộ lọc là cần thiết nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của cặn bẩn có thể gây hư hỏng.
Bộ lọc có thể đặt tại 3 vị trí trong mạch:
Vị trí 1: đặt tại đường hút của bơm, phương chỉ lọc bụi bẩn có kích thước không lớn hơn 150 pháp này thường được sử dụng nhưng
Vị trí 2 được đặt tại đường ống đẩy của bơm, thường được áp dụng trong các hệ thống yêu cầu cao về độ sạch của dầu thủy lực đến các van và cơ cấu chấp hành.
Vị trí 3 được đặt tại đường dầu hồi của hệ thống, là lựa chọn phổ biến cho hầu hết các mạch thủy lực Phương pháp này cho phép bộ lọc hoạt động ở áp suất thấp, từ đó chỉ cần sử dụng một bộ lọc có giá thành rẻ hơn.
Trong hệ thống thủy lực của bài tập, chúng ta lắp đặt bộ lọc tại đường dầu hồi về Việc lựa chọn bộ lọc được thực hiện dựa trên các thông số lưu lượng và áp suất qua bộ lọc Dựa theo catalog của hãng Rexroth, chúng ta đã chọn bộ lọc với ký hiệu phù hợp.
01 – Kí hiệu bộ lọc đường về.
2 - Với phần tử lọc theo tiêu chuẩn DIN 24.550
4 – Vật liệu sợi thủy tinh
5 – Chênh lệch áp suất lớn nhất qua các phần tử lọc là 30bar
06- Áp lực chuyển dịch là 2,
07– Phớt làm kín loại FKM
2ba r áp lực mở là 3,5bar
Tính toán thiết kế trạm nguồn
Trong hệ thống thủy lực bể dầu đảm nhiệm các chức vụ sau:
- Cấp dầu đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường.
- Nạp dầu mới xả dầu cũ của hệ thống.
- Bù dò gỉ cho hệ thống.
- Loại bọt khí ra khỏi dầu.
- Lắng đọng các cặn bẩn bị lẫn vào dầu.
- Tỏa nhiệt làm mát cho dầu.
- Dùng để lắp đặt các phần tử thủy lực.
Hình 4.21: Kết cấu thùng dầu
1-Cửa hút, 2-Cửa xả, 3-cửa xả đáy, 4-lỗ lắp thông hơi, 5-lỗ lắp bộ lọc đường về, 6-Cửa vệ sinh, 7-Vạch thăm dầu.
Theo kinh nghiệm để đảm bảo những điều kiện trên thường chọn thể tích dầu như sau:V (3 5) Q b
Thể tích cần thiết của thùng dầu là:
Thể tích của bể tính theo các kích thước bể dầu:
Chiều dài của bể dầu: b k 1 a
Chiều cao của bể dầu: H k 2 a
Chiều cao của mực dầu trong bể: h 0,8.H
Với k 1 , k 2 là các hệ số
Vậy chiều rộng của bể k 1 3; k
Chiều cao mức dầu trong bể: h 0,8 0.6 0.48m
Khi thiết kế trạm nguồn, thường lắp đặt động cơ, bơm thủy lực, cụm van điều khiển, bộ lọc và hệ thống làm mát trên bể dầu Tuy nhiên, trong hệ thống thủy lực của xe tải, bơm được dẫn động bằng puli từ động cơ diesel, do đó vị trí của bơm được bố trí bên ngoài thùng dầu Các cụm van, bộ lọc và hệ thống làm mát được lắp đặt trên mặt thùng dầu, như thể hiện trong hình.
Thiết kế panel
Để giảm bớt sự phức tạp trong lắp đặt đường ống và giảm thiểu rò rỉ qua đường ống ta sử dụng panel.
Panel là một chi tiết dung để ghép nối nhiều phần tử van thay cho các đường ống vì vậy panel phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đáp ứng, cung cấp đầy đủ lưu lượng cho các van làm việc ổn định.
- Tổn thất qua panel là nhỏ nhất.
- Kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp và gia công khi chế tạo.
Theo sơ đồ thủy lực, cần thiết kế ba panel: một panel để lắp van an toàn và van giảm tải, một panel để lắp các van điều khiển cho xylanh nén rác, xylanh tầng và xylanh mở thùng, và một panel để lắp các van điều khiển cho xylanh của cơ cấu tay gắp rác.
Sơ đồ lắp các van trên panel được trình bày tại sơ đồ bên dưới:
- Với panel 1đặt hai van: van an toàn và van giảm tải.
- Với panel 2 đặt 3 cụm van.
- Với panel 3 đặt 4 cụm van.
