NGUYỄN CHU THÀNH LỘC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN CHU THÀNH LỘC

CHUYÊN NGÀNH:
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN NÂNG CAO
HIỆU SUẤT THỦY LỰC CHO XE NÂNG HÀNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

KHỐ 2017-2018

Hà Nội – Năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN CHU THÀNH LỘC

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN NÂNG CAO HIỆU SUẤT
THỦY LỰC CHO XE NÂNG HÀNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. TS. LÊ XUÂN TRƯỜNG

Hà Nội – Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN CỦA HỌC VIÊN
Tôi – Nguyễn Chu Thành Lộc – Cam kết Luận văn Thạc sỹ khoa học là cơng
trình nghiên cứu của bản thân tơi dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Xuân Trường.
Các kết quả nêu trong Luận văn Thạc sỹ là trung thực, không phải là sao chép
tồn văn của bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng

năm 2018

Tác giả ĐATN

Nguyễn Chu Thành Lộc

XÁC NHẬN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.....................................................
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Giáo viên hướng dẫn

TS. LÊ XUÂN TRƯỜNG


TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN NÂNG CAO HIỆU SUẤT THỦY LỰC
CHO XE NÂNG HÀNG
Tóm tắt:. Hệ thống thủy lực từ trước đến nay ln đóng một vai trị quan trọng đối với
ngành cơng nghiệp nói chung và các máy móc nói riêng. Ngày nay đa số các máy móc
sử dụng trong cơng nghiệp đều được hiện đại hóa với việc điều khiển và truyền động
bằng thủy lực. Với rất nhiều ưu điểm và ứng dụng nên việc tìm hiểu và nghiên cứu
phát triển các hệ thống thủy lực luôn được quan tâm trên rất nhiều nước trên thế giới
trong đó có Việt Nam. Xe nâng hàng hiện nay được sử dụng phổ biến và thông dụng
với nhiều lợi ích thiết thực cho mục đích sử dụng nâng hạ, vận chuyển hàng hóa tại
các kho hàng, siêu thị, nhà xưởng, bến bãi, bến cảng, sân bay,… Trong đó thì các chức
năng của xe như nâng hạ, nghiêng, lái, di chuyển ngang,… đều sử dụng hệ thống thủy
lực. Trong quá trình hạ tải của một xe nâng bình thường, dầu với áp cao được đưa
thẳng về bể dầu gây lãng phí thế năng nhờ trọng lực của tải tạo ra. Đây cũng chính là
cơ hội để ta có thể nghiên cứu một hệ thống với mục đích tái sinh năng lượng khi hạ
tải để nâng cao hiệu suất thủy lực và giảm năng lượng tiêu thụ.
Trong luận văn này, tôi sẽ thiết kế hệ thống nâng hạ thủy lực có khả năng tái sinh

năng lượng cho xe nâng hàng.
Từ khóa: Hydraulic system (hệ thống thủy lực), Forklift (xe nâng hàng), Energy
recovery (tái sinh năng lượng), Accumulator (bình tích áp)
RESEARCH, CALCULATING, ENHANCED HYDRAULIC EFFICIENCY OF
FORKLIFT
Abstract: Hydraulic systems have traditionally played an important role in the
industry as a whole and in machines in particular. Today, most of the machinery used
in the industry is modernized with hydraulic control and transmission. With many
advantages and applications, the research and development of hydraulic systems are
always interested in many countries in the world, including Vietnam.
Forklift trucks are now commonly used and popular with many practical benefits for
the purpose of lifting and transporting goods at warehouses, supermarkets,
workshops, yards, ports, airports. ... In which the functions of the car such as lifting,
tilting, steering, ... all use hydraulic system. During the lowering process of a normal
forklift, the high pressure oil is fed directly to the oil tank, which cause waste of the
potential power of the load. This is also a chance for us to study a system for recovery
the potential power in lowering process to enhance the hydraulic efficiency and reduce
the energy consumption
In this project, I will design hydraulic lifting systems with the capable of regenerating
energy for forklift.
Keywords: Hydraulic system, Forklift, Energy recovery, Accumulator


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Trang
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC
TRÊN
XE NÂNG HÀNG .....................................................................................................1
1.1. Giới thiệu về xe nâng........................................................................................1

1.1.1. Xe nâng hạ bằng tay ..................................................................................1
1.1.2. Xe nâng hạ bằng điện ................................................................................1
1.1.3. Xe nâng hạ động cơ ...................................................................................2
1.2. Các bộ phận cơ bản trên xe nâng động cơ ........................................................3
1.3. Hệ thống nâng hạ thủy lực trên xe nâng ...........................................................4
1.4. Hệ thống thủy lực thường dùng cho xe nâng ...................................................5
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC ..........................................10
2.1. Thiết kế mạch thủy lực ...................................................................................10
2.2. Lựa chọn các phần tử......................................................................................10
2.2.1. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài .................................................................10
2.2.2. Xi lanh......................................................................................................11
2.2.3. Bể dầu ......................................................................................................12
2.2.4. Bộ lọc .......................................................................................................12
2.2.5. Van phân phối ..........................................................................................13
2.2.6. Van an tồn ..............................................................................................13
2.2.7. Van một chiều ..........................................................................................14
2.3. Tính tốn .........................................................................................................14
2.3.1. Xi lanh nâng .............................................................................................14
2.3.2. Thông số bơm ..........................................................................................15
2.3.3. Lựa chọn đường ống ................................................................................16
2.3.4. Tính động cơ. ...........................................................................................20
2.3.5. Kích thước bể dầu ....................................................................................20
2.3.6. Bình tích áp ..............................................................................................20
2.4. Nghiên cứu tích hợp hệ thống tái sinh năng lượng vào mạch thủy lực ..........22
2.4.1. Cơ sở của việc tái sinh năng lượng thủy lực............................................22
2.4.2. Các phương pháp tái sinh năng lượng thủy lực .......................................22


CHƯƠNG 3 : MƠ PHỎNG TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA
HỆ THỐNG .............................................................................................................25

3.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm .......................................................................25
3.1.1. Sơ đồ mạch thủy lực không sử dụng hệ thống tái sinh năng lượng.........25
3.1.2. Sơ đồ mạch thủy lực có tích hợp hệ thống tái sinh năng lượng ..............26
3.1.3. Các phần tử điều khiển và tín hiệu ..........................................................27
3.1.4. Các cụm điều khiển .................................................................................34
3.1.5. Phương pháp thí nghiệm và đánh giá hệ thống .......................................44
3.2. Kết quả thu được ............................................................................................45
3.2.1. Nâng hạ tải 3,5 tấn ...................................................................................45
3.2.2. Nâng hạ tải 2,5 tấn ...................................................................................45
3.2.3. Nâng hạ tải 1,5 tấn ...................................................................................46
3.2.4. Nâng hạ tải 0,5 tấn ...................................................................................46
3.3. Đánh giá kết quả .............................................................................................47
3.3.1. Đánh giá chung ........................................................................................47
3.3.2. Đánh giá chi tiết .......................................................................................47
TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................51
1. Tổng kết ..........................................................................................................51
2. Hướng phát triển .............................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................52


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1: Bảng thông số ống và tổn thất ..................................................................19
Bảng 2-2: Các phương án chọn bình tích áp .............................................................21
Bảng 3-1: Nâng hạ tải 3,5 tấn....................................................................................45
Bảng 3-2: Nâng hạ tải 2,5 tấn....................................................................................46
Bảng 3-3: Nâng hạ tải 1,5 tấn....................................................................................46
Bảng 3-4: Nâng hạ tải 0,5 tấn....................................................................................47


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Xe nâng hạ bằng tay ...................................................................................1
Hình 1-2: Xe nâng hạ bằng điện .................................................................................2
Hình 1-3: Xe nâng hạ động cơ ....................................................................................2
Hình 1-4: Cấu tạo xe nâng [1] .....................................................................................3
Hình 1-5: Hệ thống khung nâng hạ [1] .......................................................................4
Hình 1-6: Hệ thống thủy lực thường dùng trên xe nâng [1] .......................................5
Hình 2-1: Mạch thủy lực xe nâng .............................................................................10
Hình 2-2: Cấu tạo bơm bánh răng .............................................................................10
Hình 2-3: Nguyên lý làm việc của bơm ....................................................................11
Hình 2-4: Cấu tạo xi lanh ..........................................................................................11
Hình 2-5: Cấu tạo bể dầu ..........................................................................................12
Hình 2-6: Bộ lọc ........................................................................................................13
Hình 2-7: Van an tồn ...............................................................................................13
Hình 2-8: Van một chiều ...........................................................................................14
Hình 2-9: Các lực và áp trên xi lanh .........................................................................14
Hình 2-10: Dải làm việc của bơm .............................................................................16
Hình 2-11: Các trạng thái của ắc quy thủy lực..........................................................21
Hình 2-12: Phương pháp trực tiếp [8] .......................................................................22
Hình 2-13: Phương pháp gián tiếp [8] ......................................................................23
Hình 3-1: Mạch thủy lực không sử dụng hệ thống tái sinh năng lượng ...................25
Hình 3-2: Mạch thủy lực có sử dụng hệ thống tái sinh năng lượng ..........................26
Hình 3-3L Nguồn tín hiệu tuyến tính ........................................................................27
Hình 3-4: Các thơng số của nguồn tín hiệu tuyến tính..............................................27
Hình 3-5: Đồ thị ví dụ về nguồn tín hiệu tuyến tính .................................................28
Hình 3-6: Nguồn tín hiệu khơng đổi .........................................................................28
Hình 3-7: Đồ thị ví dụ về nguồn tín hiệu khơng đổi .................................................28
Hình 3-8: Tín hiệu thời gian ......................................................................................29
Hình 3-9: Đồ thị ví dụ về tín hiệu thời gian ..............................................................29
Hình 3-10: Cảm biến áp suất .....................................................................................29
Hình 3-11: Đồ thị ví dụ về cảm biến áp suất ............................................................29

Hình 3-12: Cảm biến vị trí ........................................................................................30
Hình 3-13: Đồ thị ví dụ về cảm biến vị trí ................................................................30
Hình 3-14: Cảm biến đo cơng suất và mơ men xoắn ................................................31
Hình 3-15: Phần tử trễ ...............................................................................................31
Hình 3-16: Đồ thị ví dụ về phần tử trễ ......................................................................31
Hình 3-17: Phần tử nhân theo cấp số ........................................................................31
Hình 3-18: Đồ thị ví dụ về phần tử nhân theo cấp số ...............................................32
Hình 3-19: Phần tử cộng ...........................................................................................32
Hình 3-20: Đồ thị ví dụ về phần tử cộng ..................................................................32


Hình 3-21: Phần tử trừ ..............................................................................................33
Hình 3-22: Phần tử chia tín hiệu ...............................................................................33
Hình 3-23: Phần tử nhận kết quả...............................................................................33
Hình 3-24: Phần tử so sánh .......................................................................................33
Hình 3-25: Phần tử điều kiện ....................................................................................33
Hình 3-26: Ví dụ về phần tử điều kiện ......................................................................34
Hình 3-27: Hàm tích phân .........................................................................................34
Hình 3-28: Cụm điều khiển cấp nguồn động cơ .......................................................35
Hình 3-29: Cụm nâng hạ tự động ..............................................................................36
Hình 3-30: Phần tử nâng lần 1 ..................................................................................37
Hình 3-31: Phần tử điều kiện hạ ...............................................................................38
Hình 3-32: Phần tử điều kiện nâng lần 2...................................................................39
Hình 3-33: Cụm nạp xả bình tích áp .........................................................................40
Hình 3-34: Cụm mở van xả về bể .............................................................................41
Hình 3-35: Cụm xuất kết quả ....................................................................................41
Hình 3-36: Phần tử điều kiện xuất kết quả lần 1 .......................................................42
Hình 3-37: Phần tử điều kiện xuất kết quả lần 2 .......................................................43
Hình 3-38: Ví dụ về cụm xuất kết quả ......................................................................44
Hình 3-39: Năng lượng tiêu thụ được tiết kiệm khá nhiều khi nâng tải 2,5 tấn .......47

Hình 3-40: Q trình tích áp khi hạ tải 1,5 tấn sử dụng 3 bình tích áp 2,5l ..............48
Hình 3-41: Năng lượng trong bình tích áp 13l với áp suất mở 40 bar ......................48
Hình 3-42: Độ trễ lớn khi hạ tải 1,5 tấn với bình tích áp 13l có áp suất mở 40 bar .49
Hình 3-43: Quá trình nâng hạ tải 2,5 tấn với áp suất mở van 40bar của 1 bình 13l .49
Hình 3-44: Sự tương quan giữa độ trễ khi hạ và tỷ lệ tái sinh năng lượng ...............50


DANH MỤC KÝ HIỆU
G
v
p
D
d
g
Q
L
A
𝛿
Re
𝜆
𝜁
ν
∆𝑝
N
𝜂𝑏
𝜂𝑑𝑐
V
ɳ𝑥𝑙

Khối lượng

Vận tốc
Áp suất
Đường kính mặt pittơng
Đường kính cần pittơng
Gia tốc trọng trường
Lưu lượng
Chiều dài xi lanh
Diện tích xi lanh
Chiều dày ống
Số Reynolds
Hệ số tổn thất dọc đượng
Hệ số tổn thất cục bộ
Độ nhớt động học
Tổn thất
Công suất
Hiệu suất bơm
Hiệu suất động cơ
Thể tích
Hiệu suất xi lanh


LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống thủy lực từ trước đến nay ln đóng một vai trị quan trọng đối với
ngành cơng nghiệp nói chung và các máy móc nói riêng. Ngày nay đa số các máy
móc sử dụng trong cơng nghiệp đều được hiện đại hóa với việc điều khiển và truyền
động bằng thủy lực. Với rất nhiều ưu điểm và ứng dụng nên việc tìm hiểu và nghiên
cứu phát triển các hệ thống thủy lực luôn được quan tâm trên rất nhiều nước trên thế
giới trong đó có Việt Nam.
Xe nâng hàng hiện nay được sử dụng phổ biến và thơng dụng với nhiều lợi ích
thiết thực cho mục đích sử dụng nâng hạ, vận chuyển hàng hóa tại các kho hàng, siêu

thị, nhà xưởng, bến bãi, bến cảng, sân bay,… Trong đó thì các chức năng của xe như
nâng hạ, nghiêng, lái, di chuyển ngang,… đều sử dụng hệ thống thủy lực.
Trong quá trình hạ tải của một xe nâng bình thường, dầu với áp cao được đưa
thẳng về bể dầu gây lãng phí thế năng nhờ trọng lực của tải tạo ra. Đây cũng chính là
cơ hội để ta có thể nghiên cứu một hệ thống với mục đích tái sinh năng lượng khi hạ
tải để nâng cao hiệu suất thủy lực và giảm năng lượng tiêu thụ.
Trong luận văn này, tôi sẽ thiết kế hệ thống nâng hạ thủy lực có khả năng tái
sinh năng lượng cho xe nâng hàng.
Luận văn này các phần:
-

Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng
Thiết kế hệ thống thủy lực và nâng cao hiệu suất
Mơ phỏng tính tốn và đánh giá hiệu suất của hệ thống
Tổng kết và hướng phát triển

Luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp sử dụng bình tích áp để tái sinh năng
lượng cho q trình nâng hạ của xe nâng hàng.
Để hồn thành được luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Lê Xuân
Trường, các thầy cô và các bạn sinh viên tại Bộ môn Kỹ thuật Hàng không và Vũ
trụ đã giúp tơi rất nhiều trong q trình thực hiện.


Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC
TRÊN XE NÂNG HÀNG
1.1. Giới thiệu về xe nâng
Xe nâng là thiết bị nâng, hạ, di chuyển hàng hóa theo mục đích làm việc của
người sử dụng. Xe nâng được chia ra thành 3 loại: xe nâng hạ bằng tay, bằng điện và

bằng động cơ đốt trong.
1.1.1. Xe nâng hạ bằng tay
Cơ chế hoạt động: Xe nâng hạ bằng tay là xe nâng dùng thủ cơng để di chuyển
hàng hóa bao gồm xe nâng tay, xe đẩy tay hoặc có thể vừa di chuyển hàng hóa vừa
nâng hàng hóa lên cao bao gồm các loại xe nâng tay cao. Tải trọng nâng và chiều cao
nâng cho loại xe nâng bằng tay này đều rơi vào loại nhẹ và đơn giản, từ 500 kg-1000
kg cho loại vừa di chuyển vừa nâng lên cao, hoặc 2500 kg cho loại chỉ di chuyển chứ
khơng nâng lên cao.

Hình 1-1: Xe nâng hạ bằng tay

Xe nâng tay ược chia làm 2 loại: xe nâng tay thấp và xe nâng tay cao
- Xe nâng tay thấp có chiều cao nâng tối đa khoảng 200m, chủ yếu là nâng pallet chứa
hàng có khối lượng từ 2 tấn 5 đến 5 tấn.
- Xe nâng tay cao có thể nâng cao tối đa tới 3.5m, tải trong nâng từ 400kg-2 tấn 5. Có
loại có mặt bàn và có loại có càng để nâng pallet. Xe nâng tay cao thường dùng để
nâng di chuyển hành hóa trong kho hoặc xếp lên oto, container,.. Xe nâng mặt bàn
có thể dùng nâng cây cảnh, module máy,…Càng nâng pallet có độ dịch chuyển nên
dễ dàng nâng được pallet có kích thước khác nhau.
1.1.2. Xe nâng hạ bằng điện
Xe nâng điện là bao gồm 2 loại:
- Xe nâng điện tự động hoàn toàn dùng điện để nâng và di chuyển. Dịng điện sử dụng
có thể là dòng điện AC hoặc DC tùy theo từng thiết kế. Xe nâng điện có thể dùng
chính bình điện làm đối trọng. Xe nâng bán tự động thì kết hợp cả 2 phương thức là
dùng điện để nâng hạ và dùng tay để di chuyển.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

1



Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng

Hình 1-2: Xe nâng hạ bằng điện

- Xe nâng bán tự động cũng tương tự như xe nâng cao, càng có thể dịch chuyển cho
phù hợp với kích thước pallet và không dùng được cho pallet 2 mặt và có thanh giằng
ở dưới.
1.1.3. Xe nâng hạ động cơ

Hình 1-3: Xe nâng hạ động cơ

Xe nâng hạ bằng động cơ đốt trong là xe dùng động cơ đốt trong làm nguồn
động lực để thực hiện việc di chuyển và nâng hạ. Thông thường khi sử dụng loại xe
này, người ta phải sử dụng nâng dỡ và di chuyển hàng hóa với khối lượng lớn, tần
suất cao, và thơng thường được bố trí làm việc ngồi trời.
Cấu tạo của xe chủ yếu bao gồm có động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu
diesel hoặc gas, khung gầm và lốp xe như cấu tạo xe ơ tơ, ngồi ra cịn có thêm hệ
thống thủy lực để nâng hàng hóa. Tải trọng của loại xe nâng bằng động cơ xuất phát
có thể từ 1 tấn lên đến hàng chục tấn. Thông thường các loại xe nâng từ 5 tấn trở
xuống dùng đại trà trong các nhà máy xí nghiệp, các loại xe có tải trọng từ 10 tấn trở
lên dùng ở các cảng biển phục vụ cho việc nâng hạ container có trọng tải lớn.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

2


Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng


1.2. Các bộ phận cơ bản trên xe nâng động cơ

Hình 1-4: Cấu tạo xe nâng [1]

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Khung nâng
Xi lanh nâng
Phần tử lái
Xi lanh nghiêng
Van điều khiển
Càng
Bánh trước
Trục lái
Bơm thủy lực
Hộp số
Bộ chuyển đổi mơmen
Động cơ

Ống xả

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Lọc khí
Trục lái tay
Xi lanh lái
Bánh sau
Trao đổi nhiệt
Giảm ồn
Giảm thanh
Khung bảo vệ đầu
Chỗ ngồi
Cần điều khiển
Vô lăng
Trục dẫn động

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B


3


Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng

1.3. Hệ thống nâng hạ thủy lực trên xe nâng

Hình 1-5: Hệ thống khung nâng hạ [1]

Hệ thống nâng 3 khung
1. Khung chính
2. Khung giữa
3. Khung nâng tự do
4. Xi lanh nâng tự do
5. Ròng rọc 1 (nâng tự do)
6. Xích 1 (nâng tự do)
7. Rịng rọc 2 (nâng chính)
8. Xích 2 (nâng chính)
9. Xi lanh nâng chính

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

4


Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng

1.4. Hệ thống thủy lực thường dùng cho xe nâng

Hình 1-6: Hệ thống thủy lực thường dùng trên xe nâng [1]


1. Hệ thống thùng dầu
1a. Van thông hơi
1b. Lọc
1c. Van một chiều
2. Ống mềm
3. Động cơ điện
4. Bơm thủy lực
5. Van an toàn
6. Cụm van phân phối (4 van tích hợp)
6a. Van một chiều
7. Van tiết lưu điều chỉnh được (a) và van một chiều (b)
8. Xi lanh nâng với van an tồn (nâng chính)
9. Xi lanh nâng (nâng tự do)
10. Xi lanh nghiêng
10a. Van tiết lưu
11. Xi lanh di chuyển ngang

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

5


Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng

Các thành phần và nguyên lý hoạt động
- Van thông hơi: được gắn trên đỉnh của thùng dầu. Phần tử này cho phép khơng khí
vào và ra khỏi thùng dầu theo mức độ tăng và giảm chất lỏng. Hệ thống thốt khí có
thể có một bộ lọc hoặc khơng. Hầu hết bộ lọc thốt khí là ở dạng lưới thép. [1]
- Hệ thống lọc hút được đặt bên trong thùng dầu (đầu lọc và các cổng nối đặt ngoài

trong khi phần vỏ được đặt trong). Người ta khuyến khích gắn bộ lọc dọc theo mực
chất lỏng. Dầu chảy từ thùng dầu qua bộ lọc đến bơm bánh răng trong một ống mềm.
Bộ lọc hút phải được trang bị một nhánh có van một chiều (1c). Van này bảo vệ bơm
khỏi sự xâm thực bằng cách cho dòng chảy song song và chắc chắn rằng áp suất ở
đầu vào bơm giữ ở mức trên giá trị tới hạn. Van bắt đầu mở khi bộ lọc bắt đầu bị tắc.
Nó mở hồn tồn khi bộ lọc kín hồn tồn. Van cũng mở khi chất lỏng thủy lực tăng
độ nhớt do xe ở nhiệt độ lạnh hoặc gần 0 độ. [1]
Đường ống hút là vị trí lý tưởng cho bộ lọc vì bộ lọc tránh được cặn bẩn đi vào hệ
thống. Ở một số thiết kế, bộ lọc hút bị bỏ đi vì nó tạo ra sự chênh áp và tăng nguy cơ
tạo ra chân không ở đầu vào bơm. Chân khơng ở đầu vào bơm vó thể giảm tới 50%
tuổi thọ của bơm bánh răng và bơm cánh gạt. Để tránh việc tạo ra chân khơng, chúng
ta có thể đặt bơm dới mực dầu trong thùng dầu. [1]
- Bơm cung cấp dòng cần thiết cho tất cả tải tiêu thụ trong hệ thống. Cho những hệ
thống cao áp và yêu cầu hiệu quả cao, lựa chọn đầu tiên là bơm piston hướng trục.
Cho hệ thống chi phí tốt thì dùng bơm bánh răng (không thay đổi được lưu lượng).
Nếu là xe nâng dùng động cơ đốt trong, bơm thủy lực được gắn trên trục dẫn động
của động cơ đốt trong. Trong xe nâng điện, bơm được nối với động cơ điện chuyên
dụng (3). Trong hệ thống này, động cơ luôn chạy trước khi van phân phối mở ra. Lý
do là vì bơm phải đạt tới vịng quay tối thiểu và tạo áp trước. [1]
- Van an toàn (5) được đặt trong cụm van phân phối (6). Chức năng của nó là giới
hạn áp suất tối đa trong hệ thống. Chúng ta sử dụng một van có thể điều chỉnh được
khi mỗi ứng dụng yêu cầu áp suất khác nhau. Lực lò xo được điều chỉnh để cung cấp
mức áp mong muốn cho hệ thống. Mức áp phụ thuộc vào tải tối đa mà xi lanh nâng.
[1]
- Van một chiều (6a) dùng để tránh dịng chảy ngược lại bơm. Nó được đặt trước mỗi
phần của van phân phối. Nó chũng có thể đặt vào bơm hoặc có thể coi như là “van
trong ống”. [1]
- Van phân phối (6) sử dụng trong hệ thống thủy lực này như một loại điều khiển
bằng tay. Van phân phối cho phép thay đổi dòng và chuyển động của piston một cách
mượt mà. [1]

- Van tiết lưu (7a) có chức năng giới hạn dịng từ xi lanh nâng tới thùng dầu trong
khi hạ tải. Khi nâng lên, chất lỏng đi vào xi lanh qua van 1 chiều (7b). Van 1 chiều
có sự thất áp rất nhỏ và nó cho phép việc nâng lên hiệu quả hơn. Khi xi lanh hạ, van
1 chiều đóng lại và chất lỏng phải đi qua van tiết lưu. Đường kính van tiết lưu phải
được tính tốn và lựa chọn đúng đắn để tạo ra áp lực trở lại đủ để có được tốc độ hạ
mong muốn. [1]
- Xi lanh loại tác dụng đơn (8 &9) nâng tải đến độ cao thiết kế sẵn. Xi lanh (8) gọi là
xi lanh nâng chính và chức năng của nó là nâng phần chuyển động của khung. Chúng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

6


Chương 1: Tổng quan về hệ thống thủy lực trên xe nâng hàng

được gắn trên mặt bên hoặc đằng sau khung. Cả 2 xi lanh (8) đều được kết nối với
một thanh ngang cứng để luôn làm việc tương đồng. Xi lanh (9) gọi là xi lanh nâng
tự do. Chức năng của nó là nâng giá nâng hàng mà khơng nâng phần khung. Nếu chỉ
có một xi lanh nâng tự do, nó được gắn vào giữa khung. Diện tích piston của xi lanh
nâng tự do lớn hơn tổng diện tích piston của 2 xi lanh nâng chính. Do đó, khi áp dụng
áp suất dầu, áp suất tạo ra lực lớn hơn (F=p.A) trong xi lanh giữa và xi lanh này bắt
đầu nâng trước. Nâng tự do không tăng chiều cao tổng thể của xe tải và cho phép xe
tải có thể vận chuyển tải qua cửa. Đặc tính này cũng cho phép nâng với vận tốc cao
hơn và đòi hỏi ít năng lượng hơn. Khi xi lanh (9) chạy hết hành trình, dịng bắt đầu
vào xi lanh nâng (8). Khi xi lanh nâng tải, chức năng của nó tương tự một bình tích
năng. [1]
Hệ thống nâng phải có cơng tắc giới hạn tốc độ nâng mà sẽ gửi tín hiệu tới động cơ
điện để giảm tốc độ vòng quay khi tải nâng cao hơn một độ cao xác định trước. Giảm
tốc độ động cơ sẽ giảm lưu lượng từ bơm và tốc độ nâng. [1]
- Van an toàn (8b) được lắp vào đầu vào của cụm xi lanh (8). Van này điều khiển

dòng bằng cách giới hạn lưu lượng ra của xi lanh ở một lưu lượng xác định trong
trường hợp xảy ra sư cố ở hệ thống thủy lực hỗ trợ hoặc ngẳt ống khỏi xi lanh.
- 2 xi lanh tác động kép (10) sử dụng dể nghiêng tải bởi khung hoặc giá nâng hàng
nghiêng. Thân xi lanh được gắn vào khung trong khi cần piston gắn vào phần khung
có chốt xoay. Những xi lanh này có thể thêm van tiết ưu để giới hạn dòng. [1]

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

7


Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC
2.1. Thiết kế mạch thủy lực
Do việc tái sinh năng lượng được thực hiện trong quá trình nâng hạ nên tác giả
sẽ chỉ xây dựng hệ thống trên nhánh nâng hạ và tính tốn các thơng số cho xe nâng
hàng.

Hình 2-1: Mạch thủy lực xe nâng

2.2. Lựa chọn các phần tử
Cần phải lựa chọn các phần tử: bơm, động cơ, xi lanh, các loại van (phân phối, an
toàn, tiết lưu, một chiều), bộ lọc, bể dầu,…
2.2.1. Bơm bánh răng ăn khớp ngồi
2.2.1.1. Kết cấu bơm bánh răng

Hình 2-2: Cấu tạo bơm bánh răng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B


10


Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất

1
Cặp bánh răng
2
Vành chắn
3
Thân bơm
4.1,4.2 Mặt bích
2.2.1.2. Ngun lý làm việc

5
6
7

Vịng chắn dầu trục quay
Ổ đỡ
Vịng chắn điều chỉnh khe hở

Hình 2-3: Nguyên lý làm việc của bơm

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của
buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén khi thể tích giảm, bơm
đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt
một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc
vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm. [2]
2.2.2. Xi lanh

2.2.2.1. Nhiệm vụ
Xilanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng,
thực hiện chuyển động thẳng. [2]
2.2.2.2. Cấu tạo

Hình 2-4: Cấu tạo xi lanh

1 Thân

7

Vịng chắn dầu

13 Tấm dẫn hướng

2 Mặt bích hơng

8

Vịng đệm

14 Vịng chắn hình O

3 Mặt bích hơng

9

Tấm nối

15 Đai ốc


4 Cần pittơng

10

Vịng chắn hình O

16 Vít vặn

5 Pittơng

11

Vịng chắn pittơng

17 Ống nối

6 Ổ trượt

12

Ống nối

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

11


Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất


2.2.3. Bể dầu
2.2.3.1. Nhiệm vụ
- Dự trữ toàn bộ lượng dầu cần thiết phuc vụ cho hệ thống .
- Góp phần làm mát và làm sạch dầu.
2.2.3.2. Cấu tạo

Hình 2-5: Cấu tạo bể dầu

1
2
3
4
5

Động cơ điện
Ống nén
Bộ lọc
Phía hút
Vách ngăn

6
7
8
9

Phía xả
Mắt dầu
Đổ dầu
Ống xả


- Bể dầu có kết cấu sao cho cặn bẩn trong dầu được lắng xuống đáy bể, muốn vậy
phải hạn chế được sự xoáy của dầu trong bể đến mức thấp nhất. Dầu từ ống xả trở về
bể khơng được xốy và sủi bọt.
- Để đảm bảo cho sự lưu thông của dầu tạo điều kiện làm nguội tốt hơn, bên trong bể
ngăn thành từng buồng có cửa lưu thơng tương ứng ở phía dưới hai vách ngăn ngang
có cửa so le với nhau và có kích thước hợp lý. [2]
2.2.4. Bộ lọc
Trong hệ thống truyền động thuỷ lực, bộ lọc dầu tuy nhỏ, rẻ tiền nhưng đóng
vai trị rất quan trọng cho q trình làm sạch dầu cơng tác. Giữ cho dầu sạch là biện
pháp hiệu quả nhất nhằm duy trì tuổi thọ và chất lượng hoạt động của hệ thống truyền
động thuỷ lực. [2]
Một bộ lọc dầu được gọi là tốt nếu chúng đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật
sau:
- Lọc sạch được tất cả mọi tạp chất kể cả dạng huyền phù đang chứa trong dầu , nhất
là giữ được các mạt kim loại, hạt cứng ở bộ lọc với hiệu suất lọc cao nhất
- Tổn thất áp lực và lưu lượng dầu qua lọc là nhỏ nhất.
- Làm việc chắc chắn tuổi thọ cao , dễ tháo lắp và chăm sóc kỹ thuật.
- Cấu trúc gọn nhỏ , giá thành hạ.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

12


Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất

Hình 2-6: Bộ lọc

2.2.5. Van phân phối
Trong hệ thống truyền động thuỷ tĩnh van phân phối chuyên làm nhiệm vụ phân

chia dòng dầu cao áp vào các đưòng ống khác nhau dẫn tới các bộ máy thuỷ lực theo
các tín hiệu điều khiển thích hợp. [2]
Van phân phối được phân chia theo các kiểu khác nhau.Căn cứ vào số lượng
cửa dẫn dầu vào ra, ta có van phân phối 2 cửa, 3 cửa, 4 cửa hoặc 5,6 cửa. Theo đặc
điểm cấu tạo van phân phối được chia thành các kiểu điều khiển bằng cần gạt, nam
châm điện hay là áp lực dầu,…
2.2.6. Van an toàn
Van an tồn có tác dụng đảm bảo cho hệ thống được an tồn khi q tải. [2]
Với cơng dụng như trên, tuỳ theo yêu cầu công việc và đặc điểm cấu tạo van
tồn có nhiều chức năng khác nhau. Nhưng chức năng chính là :
Đảm bảo tuổi thọ các chi tiết và bộ phận máy.
Duy trì tính năng hoạt động của hệ thống theo quy định kỹ thuật
Để đảm bảo tuổi thọ cho hệ thống truyền động thuỷ lực, van oan toàn phải khống
chế cho áp lực dầu trong hệ thống khơng vượt q áp suất oan tồn cho phép. Nếu
vượt qua áp lực này, các đường ống có thể bị nứt vỡ , chi tiết trong bộ phận mãy dễ
bị mịn, gẫy nhanh chóng ..
Nó được đặt trên đường ống chính có áp suất cao.Ngun lý hoạt động của
nhóm van này là dựa vào sự cân bằng áp lực trên nắp van giữa áp lực của chất lỏng
và áp úng lực của lị xo có khi có cả đối áp của chất lỏng.
Nếu áp lực của chất lỏng nhỏ hơn ứng lực của lị xo thì hệ thống làm việc bình
thường.Van sẽ đóng lại, hệ thống làm việc bình thường.
Nếu ứng lực của lò xo mà nhỏ hơn áp lực của chất lỏng thì van sẽ mở ra tháo
bớt chất lỏng về buồng chứa .
Khác với van 1 chiều ,van an tồn có lị xo cứng hơn nhiều

Hình 2-7: Van an toàn
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

13



Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất

2.2.7. Van một chiều

Hình 2-8: Van một chiều

Van một chiều được sử dụng để đảm bảo dầu chỉ chảy theo một hướng, tránh
dòng dầu chảy ngược lại.
2.3. Tính tốn
Áp dụng tính tốn hệ thống thủy lực cho xe nâng hàng với các thông số:
Tải nâng tối đa: 𝐺𝑚𝑎𝑥 = 3500𝑘𝑔
Khối lượng khung: 𝐺𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔 = 500𝑘𝑔
Độ cao nâng: 3000mm
Tốc độ nâng tối đa: 𝑣1 = 450𝑚𝑚/𝑠
Áp suất tối đa: 𝑝𝑚𝑎𝑥 = 210𝑏𝑎𝑟 = 21𝑀𝑃𝑎
Hiệu suất xi lanh: ɳ𝑥𝑖 𝑙𝑎𝑛ℎ = 0,98
Do luận văn chỉ tập trung vào cải thiện hiệu suất thủy lực trong quá trình nâng hạ nên
tác giả sẽ khơng tính tốn q trình nghiêng, lái và phanh.
2.3.1. Xi lanh nâng

Hình 2-9: Các lực và áp trên xi lanh

Trong đó :
Fmsp là lực ma sát giữa piston và xilanh, lực này là lực ma sát nhớt.
Fmsc là lực ma sát giữa cổ xilanh và thành piston, [N]
F là tải trọng tác dụng lên cần piston (trọng lượng của vật cần nâng), [N]
P1 là áp suất làm ở buồng làm việc bên trái của xi lanh (Pa)
P2 là áp suất làm việc ở buồng bên phải xi lanh (Pa)
Ta có phương trình cân bằng lực trên piston:

p1.A1 - p2.A2 – Fmsp – Fmsc – F1 = 0 (2.1)
Theo đường kính xi lanh tiêu chuẩn ta có 𝑑1 = 0,7𝐷1 tức là 𝐴2 = 0,5𝐴1
Với D là đường kính pittơng, d là đường kính cần pittơng, bỏ qua các ma sát, chỉ tính
đến hiệu suất ta có
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

14


Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất

𝑝1. 𝐴1 − 0,5. 𝑝2 . 𝐴1 =

𝐹
ɳ𝑥𝑖 𝑙𝑎𝑛ℎ

𝜋. 𝐷1 2
𝐿. 𝑔
=>
(𝑝1 − 0,5. 𝑝2 ) =
4
ɳ𝑥𝑖 𝑙𝑎𝑛ℎ

Tải tác động:

𝐺𝑇ổ𝑛𝑔 = 𝐺𝑚𝑎𝑥 + 𝐺𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔
= 3500 + 500 = 4000(𝑘𝑔)
Do sử dụng 2 xi lanh nâng chính nên mỗi xi lanh chỉ chịu một nửa tải, do đó
𝐺𝑇ổ𝑛𝑔
=𝐺

2
Với 𝑝1 = 𝑝𝑚𝑎𝑥 = 21𝑀𝑃𝑎 và 𝑝2 = 0 (áp suất tính tốn theo 𝑝1 là áp suất dư)
Đường kính tối thiểu mỗi xi lanh là
𝐷1𝑚𝑖𝑛 = √
=√

2. 𝐿𝑚𝑎𝑥 . 𝑔
𝜋. 𝑝𝑚𝑎𝑥 . ɳ𝑥𝑖 𝑙𝑎𝑛ℎ

2.4000.9.81
= 0,0348(𝑚) = 34,8(𝑚𝑚)
3,14.21. 106 . 0,98

Chọn xi lanh kích thước 𝐷1 = 40𝑚𝑚, 𝑑1 = 28𝑚𝑚 dựa theo đường kính tiêu chuẩn
của xi lanh. [5]
Diện tích xi lanh nâng
𝜋𝐷1 2 3,14. 0,042
𝐴1 =
=
= 1,256. 10−3 (𝑚2 )
4
4
Độ dài xi lanh
Do có sử dụng rịng rọc nên chiều dài cần của xi lanh sẽ chính bằng 1 nửa chiều cao
cần nâng lên. Vì vậy độ dài xi lanh nâng sẽ là: 3000/2=1500mm
Lưu lượng yêu cầu cho xi lanh nâng
𝑄3 = 2. 𝐴1 . 𝑣1 . 103 . 60 = 2.1,256. 10−3 . 0,45. 103 . 60 = 67,83(𝑙/𝑝ℎ)
Tính tốn áp trong xi lanh
Nâng tải tối đa sẽ tạo ra áp suất lớn nhất
𝐺4 = 0,5. 𝐺𝑇ổ𝑛𝑔 = 0,5.4000 = 2000(𝑘𝑔)

𝑝1 1,256. 10−3 = 2000.9,81
𝑝1 = 156,21(𝑏𝑎𝑟)
Áp suất là đạt u cầu vì nó nằm dưới mức 𝑝𝑖𝑚𝑎𝑥 = 156,21 < 𝑝𝑚𝑎𝑥 = 210𝑏𝑎𝑟
2.3.2. Thông số bơm
Áp suất làm việc dưới 250bar kết hợp với yếu tố kinh tế nên ta lựa chọn bơm bánh
răng ăn khớp ngoài
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

15


Chương 2: Thiết kế hệ thống thủy lực và nghiên cứu nâng cao hiệu suất

Loại bơm này có hiệu suất cao nhất trong khoảng vịng quay n=1000÷3000 v/ph
Lưu lượng riêng của bơm với hiệu suất ɳ𝑏 = 0,98
𝑞𝑚𝑎𝑥 =

𝑄1
67,83
69,21
=
=
𝑛. ɳ𝑏 0,98. 𝑛
𝑛

Với n=1000÷3000 ta có 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 23,07 ÷ 69,21(𝑐𝑚3 /𝑣)3
Chọn bơm có lưu lượng riêng khơng đổi DANFOSS SEP3NN/044 với thông số
𝑛𝑚𝑎𝑥 /𝑛𝑚𝑖𝑛 = 3000/800
𝑝𝑚𝑎𝑥 = 270 𝑏𝑎𝑟
𝑝đị𝑛ℎ 𝑚ứ𝑐 = 250 𝑏𝑎𝑟

𝑞 = 44,1 𝑐𝑚3 /𝑣
𝑄𝑚𝑎𝑥 = 113,7 𝑙/𝑝ℎ
Bơm đạt lưu lượng yêu cầu 69,21l ở khoảng 1600v/ph

Hình 2-10: Dải làm việc của bơm

2.3.3. Lựa chọn đường ống
2.3.3.1. Ống hút
Vận tốc khuyên dùng
𝑣𝑠 = 1,2 𝑚/𝑠 = 120 𝑐𝑚/𝑠
Diện tích ống tối thiểu
𝐴𝑠𝑚𝑖𝑛 =

𝑄3 67,83.16,67 1130,73
=
=
= 9,42(𝑐𝑚2 )
𝑣𝑠
120
120

Đường kính ống tối thiểu
𝑑𝑠𝑚𝑖𝑛 = √4

𝐴𝑠𝑚𝑖𝑛
4.942
=√
= 34,64(𝑚𝑚)
𝜋
3,14


Chọn 𝑑𝑠 = 36𝑚𝑚
Diện tích ống

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chu Thành Lộc – CBC17009 – CLC2017B

16