I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Đường Ống Thủy Lực Xe Chuyên Dụng
Hệ thống thủy lực xe chuyên dụng dựa trên nguyên lý cơ bản của dẫn truyền thủy lực. Đây là tổ hợp thiết bị dẫn động cơ cấu máy móc bằng chất lỏng chịu áp suất, điều khiển chuyển động của động cơ thủy lực. Ống dầu thủy lực đóng vai trò liên kết các phần tử trong hệ thống. Để hoạt động tốt, ống dẫn dầu cần đảm bảo độ bền, tổn thất áp suất thấp nhất, không rò rỉ và không tạo bọt khí. Đảm bảo những yêu cầu này, ống dầu thủy lực mới đạt tiêu chuẩn để sử dụng hiệu quả, an toàn và tiết kiệm. Luận văn này nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng đường ống thủy lực trên xe chuyên dụng, bổ sung và hoàn thiện mô hình hóa hệ thống, giúp tiếp cận thực tế hơn.
1.1. Chức Năng Quan Trọng Của Ống Dẫn Thủy Lực
Ống dẫn dầu thủy lực tạo liên kết với các phần tử của hệ thống dẫn truyền. Để điều khiển chuyển động hiệu quả, ống dẫn dầu cần đảm bảo độ bền, tổn thất áp suất thấp nhất, không rò rỉ và không tạo bong bóng khí. Những yêu cầu này đảm bảo hiệu suất làm việc, an toàn và tiết kiệm nhiên liệu. Như đã biết, hầu hết các hệ thống điều khiển bằng thủy lực đều dựa trên các nguyên lý cơ bản của hệ dẫn truyền thủy lực. Hệ dẫn truyền thủy lực là tên gọi chung cho tổ hợp các thiết bị dùng để dẫn động các cơ cấu máy móc thông qua chất lỏng, dưới tác dụng của áp suất, tổ hợp các thiết bị này thực hiện chức năng là điều khiển chuyển động của cơ cấu làm việc (các động cơ thủy lực).
1.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Đối Với Ống Dẫn Thủy Lực
Ống dẫn thủy lực cần đáp ứng các tiêu chuẩn về độ bền, chịu áp lực, và khả năng chống rò rỉ. Việc lựa chọn vật liệu và kích thước phù hợp rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Ống dẫn thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau: + Độ bền được đảm bảo. + Đảm bảo tổn thất áp suất là thấp nhất. + Không được gây rò rỉ nguyên liệu. + Không chứa hay tạo bong bóng khí. Đảm bảo những yêu cầu trên thì ống dầu thủy lực mới đạt tiêu chuẩn để sử dụng nhằm tạo nên hiệu suất làm việc hiệu quả, tránh nguy hiểm, hao phí nguyên liệu.
II. Phân Loại Thông Số Ống Thủy Lực Cho Xe Chuyên Dụng
Ống dẫn thủy lực được phân loại thành ống mềm và ống cứng. Ống cứng làm từ thép, đồng, nhôm, hoặc hợp kim nhôm, chịu áp suất khác nhau. Ống mềm có hai loại: cao su và kim loại, cấu tạo gồm lớp trong kháng dầu, lớp giữa chịu lực (bố thép), và lớp ngoài chống oxy hóa. Thông số quan trọng là đường kính, lưu lượng và áp suất. Ống mềm cao su có ưu điểm đàn hồi, giảm xung động áp suất nhưng tuổi thọ ngắn. Ống mềm kim loại dùng cho chất lỏng có tính ăn mòn.
2.1. Phân Loại Ống Dẫn Thủy Lực Theo Vật Liệu
Ống dẫn thủy lực phân thành ống dẫn cứng và ống dẫn mềm. Ống dẫn cứng: được sản xuất từ thép, đồng, nhôm và hợp kim nhôm. Ống dẫn từ thép được sử dụng khi cần phải chịu áp suất lớn ( <320 at). Ống dẫn từ hợp kim nhôm được sử dụng khi cần chịu áp suất <150 at. Ống dẫn từ đồng sử dụng khi cần chịu áp suất <50 at. Ống dẫn từ đồng thường được sử dụng tại các mối nối, để đảm bảo tính gọn nhẹ, và sử dụng làm đường ống thoát. Ống dẫn mềm: có 2 dạng ống dẫn mềm - ống dẫn mềm cao su và ống dẫn mềm kim loại.
2.2. Các Thông Số Kỹ Thuật Của Đường Ống Thủy Lực
Đường kính trong d của ống dẫn xác định theo công thức. Lưu lượng Q sẽ được quyết định bởi cơ cấu làm việc, còn vận tốc υ phụ thuộc vào áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn đó. Các giá trị vận tốc υ khuyên dùng khi tính toán dựa trên bảng sau: Tổn thất áp suất trên đoạn ống dẫn, tổn thất do trở lực ma sát theo chiều dài ống xác định theo công thức. Tổn thất do trở lực cục bộ được tính theo công thức Weisbach.
2.3. So Sánh Ống Mềm Cao Su Và Ống Mềm Kim Loại
Ống dẫn mềm cao su thường bao gồm một ống cao su đàn hồi ở phía trong và được hóa bền bằng vỏ bọc phía ngoài hoặc khung sợi nằm trong thành ống cao su. Ống mềm cao su được sử dụng để nối giữa 2 phần tử khi vận hành có thể di chuyển tương đối lẫn nhau. Ống mềm kim loại: phía trong là một ống dẫn có nhiều nếp gấp, ống dẫn dạng này được chế tạo từ đồng hoặc thép lá; phía ngoài được bọc một lớp vỏ bền. Ống dẫn mềm kim loại được sử dụng khi mà hệ thủy lực sử dụng chất lỏng làm việc có tính xâm thực và ăn mòn mạnh.
III. Phương Pháp Mô Hình Hóa Tính Toán Đường Ống Thủy Lực
Để mô hình hóa đường ống thủy lực, cần xác định các thông số như lưu lượng, vận tốc, và tổn thất áp suất. Tính toán tổn thất áp suất do ma sát và trở lực cục bộ, sử dụng các công thức phù hợp. Phần mềm MATLAB Simulink là công cụ hữu ích để mô phỏng mạch thủy lực, bao gồm bơm, ống dẫn, và xi lanh. Mô phỏng giúp đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống, đặc biệt là trên xe chuyên dụng. Từ đó có các kết luận đánh giá về tổn thất trong từng trường hợp.
3.1. Xác Định Các Thông Số Cần Thiết Để Mô Hình Hóa
Để xây dựng mô hình mô phỏng, cần xác định chính xác các thông số của đường ống thủy lực, bao gồm đường kính trong, chiều dài, độ nhám bề mặt, lưu lượng chất lỏng, và độ nhớt. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả mô phỏng và độ chính xác của việc dự đoán hiệu suất hệ thống. Lưu lượng Q sẽ được quyết định bởi cơ cấu làm việc, còn vận tốc υ phụ thuộc vào áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn đó.
3.2. Sử Dụng Phần Mềm MATLAB Simulink Để Mô Phỏng
Phần mềm MATLAB Simulink cung cấp môi trường mạnh mẽ để xây dựng và mô phỏng các hệ thống thủy lực. Sử dụng các khối thư viện có sẵn, người dùng có thể dễ dàng tạo ra mô hình mạch thủy lực, bao gồm bơm, đường ống, xi lanh, và van điều khiển. Mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất hệ thống và tối ưu hóa thiết kế. Cần lựa chọn phần mềm có khả năng mô hình hóa chính xác các đặc tính của chất lỏng và các thành phần thủy lực, đồng thời có khả năng tích hợp với các công cụ phân tích khác.
3.3. Tính Toán Tổn Thất Áp Suất Trong Đường Ống Thủy Lực
Tổn thất áp suất trong đường ống thủy lực là yếu tố quan trọng cần được tính toán và giảm thiểu để đảm bảo hiệu suất hệ thống. Tổn thất áp suất bao gồm tổn thất do ma sát dọc theo đường ống và tổn thất cục bộ tại các đoạn uốn cong, van, và khớp nối. Sử dụng các công thức tính toán tổn thất áp suất phù hợp để đảm bảo độ chính xác của mô hình. Ngoài ra còn phải kể tới tổn thất áp suất tại các thiết bị thủy lực Δptb trong mạch như: các loại van thủy lực, bộ lọc dầu, … Như vậy tổng tổn thất áp suất Δp= Δpms+ Δpcb+ Δptb.
IV. Ứng Dụng Mô Phỏng Đường Ống Thủy Lực Trên Xe Cần Cẩu
Mô phỏng hệ thống thủy lực trên xe cần cẩu giúp đánh giá tổn thất áp suất qua đường ống và xi lanh, từ đó tối ưu hóa thiết kế. Nghiên cứu trên xe cần cẩu VEAM VT1100MB/CTH cho thấy việc thay đổi chiều dài, đường kính ống, và tần số dòng chảy ảnh hưởng đến tổn thất áp suất. Mô phỏng giúp các nhà sản xuất đánh giá và cải thiện hiệu suất hệ thống, giảm hao phí năng lượng và tăng tuổi thọ thiết bị. Luận văn đã trực tiếp nghiên cứu trên số liệu của xe thực tế (Xe cẩu VB1100/MB-CTH của Nhà máy Ô TÔ VEAM sản xuất).
4.1. Phân Tích Hệ Thống Thủy Lực Xe Cần Cẩu VEAM VT1100MB CTH
Phân tích hệ thống thủy lực của xe cần cẩu VEAM VT1100MB/CTH là bước quan trọng để xây dựng mô hình mô phỏng chính xác. Xác định các thành phần chính của hệ thống, bao gồm bơm, van, đường ống, xi lanh, và cơ cấu điều khiển. Thu thập dữ liệu về thông số kỹ thuật của từng thành phần để đưa vào mô hình. Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu mô phỏng tổn thất áp suất của hệ thống thủy lực trên xe chuyên dụng, cụ thể là xe cẩu tự hành VT1100MB/CTH của Nhà máy ô tô VEAM sản xuất.
4.2. Ảnh Hưởng Của Chiều Dài Và Đường Kính Ống Đến Tổn Thất Áp
Chiều dài và đường kính ống là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực. Tăng chiều dài ống làm tăng tổn thất do ma sát, trong khi giảm đường kính ống làm tăng vận tốc dòng chảy và tổn thất cục bộ. Mô phỏng giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố và tìm ra kích thước ống tối ưu. Thông qua các biểu đồ phân tích, luận văn đã có các kết luận và đánh giá cụ thể.
4.3. Tối Ưu Hóa Thiết Kế Đường Ống Để Giảm Tổn Thất Áp Suất
Dựa trên kết quả mô phỏng, các nhà thiết kế có thể tối ưu hóa thiết kế đường ống thủy lực để giảm tổn thất áp suất. Điều này có thể bao gồm việc lựa chọn kích thước ống phù hợp, giảm số lượng các đoạn uốn cong và khớp nối, và sử dụng các loại van có tổn thất áp suất thấp. Nghiên cứu mô phỏng tổn thất áp suất của hệ thống thủy lực bao gồm đường ống ngắn và xi lanh thủy lực.
V. Kết Luận Hướng Phát Triển Mô Hình Thủy Lực Xe Chuyên Dụng
Mô hình mô phỏng đường ống thủy lực trên xe chuyên dụng là công cụ hữu ích để đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Nghiên cứu cho thấy các thông số như chiều dài, đường kính ống, và tần số dòng chảy ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất áp suất. Hướng phát triển là tích hợp mô hình với các hệ thống điều khiển khác, và nghiên cứu các loại chất lỏng thủy lực mới để tăng hiệu quả.Luận văn đã mô phỏng được tổn thất áp suất của hệ thống thủy lực, thiết lập các phương trình để từ đó bằng công cụ Matlab Simulink mô phỏng và đánh giá được các thông số có ảnh hưởng đến tổn thất áp suất của hệ thống thủy lực.
5.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Về Mô Hình Hóa Thủy Lực
Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng và mô phỏng mô hình đường ống thủy lực trên xe chuyên dụng bằng phần mềm MATLAB Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến tổn thất áp suất và hiệu suất hệ thống. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực.
5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Thủy Lực
Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tích hợp mô hình đường ống thủy lực với các hệ thống điều khiển khác trên xe chuyên dụng, như hệ thống lái, hệ thống phanh, và hệ thống treo. Ngoài ra, cần nghiên cứu các loại chất lỏng thủy lực mới để tăng hiệu quả và giảm thiểu tác động môi trường. Nghiên cứu có thể được mở rộng để bao gồm phân tích độ tin cậy và độ bền của hệ thống thủy lực trong các điều kiện vận hành khác nhau.
