GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ……………..……………. BÀI TẬP LỚN TỰ ĐỘNG HÓA THỦY KHÍ Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC XE CỨU HOẢ NHÓM 2 Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Thị Thanh Hải Mã lớp học: 137607 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đại 20194936 Lê Tiến Đạt 20194942 Nguyễn Văn Đoàn 20184384 Đặng Đức Độ 20194948 Nguyễn Thế Đức 20194962 Ngày 28 , tháng 02 , năm 2023 1
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải Mục lục Mục lục...........................................................................................................................................2 Phân công công việc.......................................................................................................................3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XE CỨU HOẢ..............................................................................4 1. Cấu tạo của thang nâng trong xe cứu hoả.............................................................................6 2. Nguyên lý làm việc...............................................................................................................7 3. Sơ đồ động và bản vẽ của thang nâng trong xe cứu hoả.......................................................7 4. Các cơ cấu chấp hành dùng thủy lực....................................................................................8 Chương 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC THANG NÂNG CỦA XE CỨU HOẢ....10 1. Thiết lập sơ đồ nguyên lý thủy lực.....................................................................................10 2. Tính chọn xylanh................................................................................................................10 3. Tính công suất bơm dầu và động cơ điện...........................................................................18 4. Chọn van tiết lưu.................................................................................................................21 5. Chọn lọc dầu.......................................................................................................................22 6. Chọn van phân phối............................................................................................................23 7. Chọn van cản......................................................................................................................23 8. Tính chọn van an toàn.........................................................................................................24 9. Chọn phương pháp điều khiển hệ thống thủy lực...............................................................24 Chương 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THỦY LỰC BẰNG PHẦN MỀM AUTOMATIO STUDIO........................................................................................................................................25 1. Giới thiệu phần mềm Automation Studio...........................................................................25 2. Mô phỏng hệ thống thủy lực xe cứu hoả IN – OUT...........................................................26 Sơ đồ IN-OUT............................................................................................................................26 Tài liệu tham khảo 2
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải Phân công công việc STT Họ và tên Công việc 1 Nguyễn Văn Đại Tìm hiểu tổng quan về thang nâng trong xe cứu hoả, tính chọn xi lanh 2 Lê Tiến Đạt Tính toán công suất bơm, tính chọn van, bộ lọc dầu, làm slide 3 Nguyễn Văn Đoàn Thiết kế mạch thuỷ lực, tính toán tải trọng, tính toán xi lanh 4 Đặng Đức Độ Vẽ mạch, mô phỏng mạch thuỷ lực trên Automation Studio 5 Nguyễn Thế Đức Tính toán xi lanh bậc, tìm bản vẽ cơ khí xe cứu hoả 3
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XE CỨU HOẢ Tổng quan về xe cứu hoả và hệ thống thuỷ lực Tổng quan về ngành cứu hoả - Ngành cứu hỏa là ngành liên quan đến việc cứu người khỏi tai nạn. Tùy theo từng loại sự cố mà ngành PCCC sử dụng các loại dụng cụ, phương tiện cứu nạn khác nhau. Hầu hết các xe chữa cháy đều được trang bị nhiều dụng cụ, bình chứa nước và thiết bị y tế khẩn cấp. Khi xem xét hệ thống thủy lực trong ngành chữa cháy, chúng ta không thể bỏ qua thực tế rằng hệ thống thủy lực có ở mọi bộ phận của ngành. Khái niệm hệ thống thuỷ lực - Hệ thống thủy lực là một loại máy móc sử dụng chất lỏng có áp suất để truyền năng lượng và công suất. Chất lỏng thường là dầu hoặc nước, và nó được chứa trong bình chứa áp suất cao. Khi một lực được tác dụng lên chất lỏng, nó sẽ được truyền qua các đường ống hoặc ống mềm đến một xi lanh thủy lực hoặc động cơ, nơi nó được chuyển thành chuyển động cơ học. Chuyển động này sau đó có thể được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau, chẳng hạn như nâng vật nặng, di chuyển máy móc và cung cấp năng lượng cho các hệ thống khác nhau. - Một trong những ưu điểm chính của hệ thống thủy lực là khả năng tạo ra lực và mô-men xoắn ở mức cao với lượng năng lượng tương đối nhỏ, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các nhiệm vụ nặng nhọc. Ngoài ra, các hệ thống thủy lực thường dễ điều khiển, khiến chúng phù hợp để sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm các hệ thống xây dựng, sản xuất và ô tô. - Nhìn chung, các hệ thống thủy lực được sử dụng rộng rãi vì chúng hiệu quả, đáng tin cậy và linh hoạt, đồng thời chúng có khả năng truyền năng lượng trên một khoảng cách dài với tổn thất năng lượng tối thiểu. Hệ thống thuỷ lực trong xe cứu hoả - Xe cứu hỏa được sử dụng trong các sự cố khẩn cấp, hầu hết các hoạt động đều dựa vào sức mạnh của chất lỏng có áp suất.Hệ thống bơm nước hay Cần cẩu/thang được sử dụng để giải cứu 4
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải công chúng khỏi tai nạn hỏa hoạn hoặc bị mắc kẹt trong điều kiện độ cao là một trong những ví dụ phổ biến về thủy lực. - Trong xe cứu hộ sử dụng hệ thống thuỷ lực cho Thang nâng ( sử dụng xi lanh thuỷ lực kính thiên văn ) . Tuy nhiên thang nâng của xe cứu hộ có thể giúp lính cứu hoả mang vòi nước lên cao phun nước chính xác vào đám cháy. VEMA 453 TFL - Vema 453 TLF (Tanker Löschfahrzeug) là xe cứu hỏa được sản xuất bởi Vema Lift Oy, một công ty Phần Lan chuyên thiết kế và sản xuất xe cứu hỏa và cứu hộ. - Vema 453 TLF được chế tạo trên khung gầm xe tải Mercedes-Benz Atego 1529 4x4 và nó được thiết kế chủ yếu như một phương tiện chở nước hoặc chở dầu. Nó có dung tích bể lên tới 4.500 lít (khoảng 1.190 US gallon) và công suất bơm lên tới 3.000 lít mỗi phút (khoảng 792 US gallon mỗi phút). - Ngoài khả năng chứa nước, Vema 453 TLF còn có thể mang theo nhiều thiết bị cứu hỏa và cứu hộ khác nhau, chẳng hạn như vòi, vòi phun và thiết bị thở, để hỗ trợ các hoạt động chữa cháy và cứu nạn. Xe tải cũng có bệ nâng thủy lực, có thể được sử dụng để vận chuyển nhân viên hoặc thiết bị lên các vị trí trên cao. - Vema 453 TLF được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và môi trường của Châu Âu, đồng thời bao gồm nhiều tính năng an toàn khác nhau, chẳng hạn như bảo vệ chống lật, 5
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải chống bó cứng phanh và túi khí. Nó có thể được tùy chỉnh để đáp ứng các nhu cầu và yêu cầu cụ thể của các tổ chức cứu hỏa và cứu hộ khác nhau. - Nhìn chung, Vema 453 TLF là một chiếc xe cứu hỏa linh hoạt và đáng tin cậy được thiết kế để hỗ trợ các hoạt động chữa cháy và cứu hộ, đặc biệt là ở các vùng nông thôn hoặc vùng sâu vùng xa, nơi có thể không có sẵn nguồn nước đáng tin cậy. 1. Cấu tạo của thang nâng trong xe cứu hoả. Xe cứu hỏa thường có thang được sử dụng cho các hoạt động cứu hộ trong các tình huống khẩn cấp. Cấu tạo của thang xe chữa cháy thông thường bao gồm các bộ phận sau: - Phần cơ sở: Đây là phần dưới cùng của thang và nó được gắn vào xe cứu hỏa. Phần đế cung cấp sự ổn định cho thang và thường được làm bằng kim loại chịu lực. - Phần mở rộng: Phần mở rộng là một phần của thang có thể được kéo dài và rút lại để đạt được độ cao cao hơn. Phần mở rộng thường được làm bằng nhôm nhẹ và được gắn vào phần đế bằng bản lề. - Bậc thang: Các bậc thang là các bậc thang mà nhân viên cứu hỏa sử dụng để leo lên và xuống. Các bậc thang thường được làm bằng vật liệu chống trơn trượt và cách đều nhau dọc theo chiều dài của thang. - Phần bay: Phần bay là phần trên của thang kéo dài ra ngoài bậc cuối cùng. Phần bay được sử dụng để tiếp cận cửa sổ hoặc mái nhà và thường được làm bằng nhôm nhẹ. Tính năng an toàn: Thang xe cứu hỏa cũng được trang bị nhiều tính năng an toàn khác nhau như cơ chế khóa giúp thang không bị sập, dây an toàn giúp tăng độ ổn định và dây đai an toàn mà lính cứu hỏa có thể sử dụng để tự bảo vệ mình khi làm việc trên thang. Kết cấu của xe thang chữa cháy được thiết kế chắc chắn, nhẹ và dễ vận hành giúp lính cứu hỏa có thể đến đích nhanh chóng và an toàn trong các tình huống khẩn cấp. 6
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải 2. Nguyên lý làm việc - Thang thường được gắn trên nóc xe cứu hỏa và có thể được kéo dài và nâng lên để tiếp cận các công trình cao hơn, chẳng hạn như các tòa nhà hoặc cầu. - Thang cứu hộ hoạt động thông qua việc sử dụng xi lanh , cung cấp năng lượng cần thiết cho việc kéo dài và nâng thang lên. Thang được điều khiển bằng bộ điều khiển điện tử, cho phép người vận hành điều chỉnh tốc độ và chiều cao của thang, đảm bảo an toàn cho người cứu hộ và người được giải cứu. - Để thang không bị sập, thang được thiết kế với các tính năng an toàn như cơ chế khóa, chân ổn định và phanh vượt tốc. Các tính năng này được kích hoạt tự động nhằm đảm bảo sự ổn định và an toàn của thang trong quá trình sử dụng. - Thang cứu hộ trong xe cứu hỏa là một công cụ quan trọng cho các hoạt động chữa cháy và cứu hộ, vì nó cung cấp cho lính cứu hỏa một cách an toàn và hiệu quả để tiếp cận các cấu trúc cao và giải cứu những người cần giúp đỡ. 3. Sơ đồ động và bản vẽ của thang nâng trong xe cứu hoả. 7
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải 4. Các cơ cấu chấp hành dùng thủy lực. Cơ cấu chấp hành gồm toàn bộ cơ cấu thủy lực và trong đó cần tới các hệ thống xi lanh bao gồm: - 2 xi lanh nâng hạ phần cơ sở - 2 xi lanh bậc để kéo dài - 2 xi lanh khớp ( phần bay ) - 4 xi lanh chống đất Xi lanh đẩy chân chống ra - 8
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải Chương 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC THANG NÂNG CỦA XE CỨU HOẢ 1. Thiết lập sơ đồ nguyên lý thủy lực Hình 1. Sơ đồ nguyên lý thủy lực 2. Tính chọn xylanh Xilanh nâng hạ thang ( phần cơ sở ) 9
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải - Có khối lượng của thang là 3.5 tấn, thang nâng chở người và vật nữa có Pmax=600kg( Khoảng 7 người) - P1 là tải tác dụng lên mỗi xy lanh cơ cấu đẩy cần có: o N - Ta có: p F >P 1 1 1 F =π D2 - Với: + 1 Tiết diện của piston nâng hạ 4 + p áp suất tác dụng lên tiết diện F 1 1 - Chọn π P - Từ: p F >P ↔F = D 2> 1 1 1 1 1 4 1 p 1 - →D >√2 4 . P1 =√2 4 . 20090 ≈63,7mm 1 π p π 63×105 1 - Chọn D =70mm 1 - Từ D ta sẽ tính được đường kính cán xylanh d =(0,56÷0,70).D =(39.2÷49)mm 1 1 1 - Vậy ta chọn d =45mm 1 Xi lanh bậc ( phần mở rộng ) : - Lực tác dụng lên pistong nâng hạ là: P = (400+600+74,8.14).9,81.sin(75) = 19398.7 kg - PTCB lực: (Hành trình đi) o (1) - Với: + + áp suất tác dụng lên tiết diện 10
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải - Chọn p =20¯¿20×105 N/m2 1 - Từ (1) => - = 0.111m = 111 mm - Chọn = 120mm - Từ ta sẽ tính được đường kính cán xylanh mm - ta chọn =80 mm - Từ ta sẽ tính được đường kính cán xylanh mm - ta chọn = 50 mm - Từ ta sẽ tính được đường kính cán xylanh mm - ta chọn = 30 mm Xi lanh khớp ( phần bay ): - Tải trọng giỏ: 400 kg - Tải trọng của thanh nâng giỏ: 5 x 74.8 = 374 kg - Tổng tải trọng tác dụng lên 2 xi lanh khớp : 374 + 400 +600 = 1374 kg - Xét 1 xi lanh ta có: P= 1374.9,81 sin(75)=6509.8N 2 - PTCB lực: (Hành trình đi) o (1) F =π D2 ,F =π (D2−d2) - Với: + 1 2 4 4 o + áp suất tác dụng lên tiết diện - Chọn p =30¯¿30×105 N /m2 1 11
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải - Từ (1) => - D>❑√4 . Pmax = √4 × 6509.8 =52.56mm π p π 30×105 1 - Chọn D= 60mm - Từ D ta sẽ tính được đường kính cán xylanh d=(0,56÷0,70).D=(33.6÷42)mm - Vậy ta chọn d =40mm 1 Tính Xy lanh đẩy chân chống - Có khối lượng của Xy lanh chân chống là 100kg. Hệ số ma sát là 0,2 - Chọn p1 = 1 bar = 1.105N/m2 - Có phương trình cân bằng lực - - Có - D>√Pmax+Fms =√0+0,2.150.9,81 ≈27.mm 4. p 4.1.105 1 - Chọn D1= 30 mm - Từ D ta sẽ tính được đường kính cán xylanh d =(0,56÷0,70).D =(16.8÷21)mm 1 1 1 - Chọn d1=20mm Xi lanh nâng xe - Có khối lượng của xe là 32000 kg - Tải trọng của xe: Ptổng = 313920 (N) - Lực tác dụng lên mỗi piston nâng hạ là - P 313920+600.9,81 P = tổng = =79951,5N 1 4 4 o Ta có: p F >P 1 1 1 12
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải F =π D2 - Với: 1 Tiết diện của piston nâng hạ 4 o p áp suất tác dụng lên tiết diện F 1 1 - Chọn p =50¯¿50×105=5.106 N /m2 1 p F >P màF =π D2↔ p . π D2>P - Từ: 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 - →D >√4 . P1 =√4 . 79951,5=142,69(mm) 1 π p π 5.106 1 - Chọn D =150(mm) 1 - Từ D ta sẽ tính được đường kính cán xylanh d =(0,56÷0,70).D =(84÷105)mm 1 1 1 - Vậy ta chọn d =100mm 1 Chọn xylanh: Ta có bảng thông số Tên Đường kính ngoài ( D ) Áp suất làm việc và hành trình Xi lanh nâng thang 70mm 63 bar / 1 m Xilanh bậc 150 ( Dmax) 10 bar / 9 m Xi lanh khớp 60 mm 30 bar / 1 m Xi lanh nâng xe 150 mm 50 bar / 1 m Xi lanh gạt chân chống 30 mm 1 bar Tham khảo trên web : http://sumac.vn/san-pham/xi-lanh-thuy-luc-130-cylinder-for- hydraulic_1114? fbclid=IwAR2lshRg3o7pacwtaE7rXWsAHNvX83rmGCNtDXaJkBaoBDeLLb3ZgrlWI9I ta có 13
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải Từ bảng trên ta chọn được các xi lanh như sau: Tên Mã model Đường kính ngoài ( D ) Đường kính trong ( d ) Xi lanh nâng thang Model 80 80mm 50 mm Xilanh bậc 3 tầng 70057-53-84 152.4 mm ( Dmax) 25.4 mm ( dmin) Xi lanh khớp Model 63 60 mm 35 mm Xi lanh nâng xe Model 150 150 mm 100 mm Xi lanh gạt chân Model 40 40 mm 25 mm chống 3. Tính công suất bơm dầu và động cơ điện 17
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải Xilanh nâng thang - Phương trình cân bằng lực: - p .F =p.F '+P 1 1 1 1 5×105 . π .(0,082−0,052)+20090 p.F '+P 4 - → p = 1 1 = 1 F π 1 .0,082 4 ¿4301466 N =43,01¯¿ - 2 m Xi lanh khớp - Phương trình cân bằng lực: - p .F =p.F '+P 2 2 2 2 5×105 . π .(0,0602−0,0352)+6509.8 p.F '+P 4 - p = 2 2 = 2 F π 2 .0,0602 4 ¿2632231 N =26,32¯¿ m2 Xi lanh bậc 5×105 N /m2 - chọn tổn thất áp suất đầu vào và áp suất đầu ra là: = 5 bar = - PTCB lực: (Hành trình đi) - - Với: + o + áp suất tác dụng lên tiết diện 18
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải - 5×105 N/m2 Với + = 5 bar = + = 152.4 mm = 0.1524 m + = 25.4mm = 0.0254 m + = (400+600+74,8.5).9,81.sin(75) = 10184.5 kg = 1044427 N/m2 = 10.44 bar - Xi lanh nâng xe - Phương trình cân bằng lực: - p .F =p.F '+P 4 4 4 4 5×105 . π .(0,152−0,12)+79951,5 p.F '+P 4 - p = 4 4 = 4 F π 4 .0,152 4 ¿4802107,2 N =48,02¯¿ m2 Xi lanh gạt chân chống - Phương trình cân bằng lực: - p .F =p.F '+P (với P =P +F ) 5 5 5 5 5 max ms 5×105 . π .(0,042−0,0252)+294,3 p.F '+P 4 - p = 5 5 = 5 F π 5 .0,042 4 ¿538884 N =5,39¯¿ m2 19
GVHD: TS. Trần Thị Thanh Hải - p =p =48.02¯¿ max 3 o Với thông số đầu vào nâng hạ v =24m/ ph nh π π m3 o Ta có: Q =F .v = .D 2 .v = .0,152.3=0,05301 =53,01l/ ph nh 1 nh 4 1 nh 4 ph o Lưu lượng của bơm phải lớn hơn lưu lượng của 4 xylanh nâng xe - Q >4Q =212,04l/ ph b nh - p >p =48,02¯¿ b max - Chọn Q =250l/ ph và chọn p =50¯¿ b b Công suất bơm dầu là: p Q 250.50 o N = b b = =20,42kW b 612 612 o Công suất động cơ điện sơ bộ: N 20,42 o N = b = =20,02kW Với h làhiệusuất bơm sb h 0,85 b b o Động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện: - N ≥ N đc sb - Từ đây ta chọn được động cơ điện 20
Hiển thị 20 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!