Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng gối xoay xilanh thủy lực cho cửa van cung

Luận văn thạc sĩ phân tích ứng dụng gối xoay xilanh thủy lực cho cửa van cung. Giải pháp tối ưu hóa lực kéo và chi phí trong công trình thủy lợi.

• Tác giả: Ngô Văn Hiến
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Cơ Khí
• Đề tài: Ứng Dụng Gối Xoay Xilanh Thủy Lực Cho Cửa Van Cung Tối Ưu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về gối xoay xilanh thủy lực

Gối xoay xilanh thủy lực là một thành phần quan trọng trong hệ thống máy đóng mở cửa van cung tại các công trình thủy lợi. Gối xoay đóng vai trò trung tâm, cho phép cửa van quay quanh một trục cố định để thực hiện các chuyển động mở và đóng. Ứng dụng của xilanh thủy lực trong gối xoay giúp tối ưu hóa lực kéo cửa, giảm thiểu năng lượng tiêu thụ và tăng hiệu suất hoạt động. Vị trí đặt gối xoay ảnh hưởng rất lớn đến lực kéo cửa và hành trình xilanh. Nghiên cứu cho thấy lực kéo có thể thay đổi 2-3 lần tại các vị trí khác nhau với cùng một công trình. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chọn điểm đặt gối xoay tối ưu để đạt hiệu quả tối đa.

1.1. Khái niệm và chức năng cơ bản

Gối xoay xilanh thủy lực là bộ phận kết cấu chứa trong nước, cho phép cửa van quay quanh trục cố định. Nó bao gồm các ổ bi, trục quay và các chi tiết liên kết với xilanh thủy lực. Chức năng chính là tiếp nhận lực từ xilanh, chuyển đổi thành mô men quay, giúp cửa van mở và đóng một cách mềm mại và hiệu quả.

1.2. Vai trò trong công trình thủy lợi

Trong các công trình thủy lợi, gối xoay là thành phần thiết yếu của hệ thống điều tiết nước. Nó đảm bảo hoạt động an toàn, tin cậy và liên tục của cửa van cung. Sử dụng xilanh thủy lực giúp tự động hóa quá trình điều khiển, tiết kiệm lao động và nâng cao độ chính xác điều tiết.

II. Ưu điểm của ứng dụng xilanh thủy lực

Ứng dụng xilanh thủy lực cho gối xoay mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Thứ nhất, giảm lực kéo cửa giúp giảm kích thước xilanh thủy lực và giảm lượng dầu cần cung cấp cho máy đóng mở. Thứ hai, tối ưu hóa vị trí gối xoay tối ưu làm giảm thời gian đóng mở cửa van, tăng tốc độ điều tiết nước. Thứ ba, giảm kích thước gối xoay và giảm vật liệu chế tạo các bộ phận liên quan, từ đó hạ thấp chi phí xây dựng và bảo trì. Thứ tư, xilanh thủy lực hoạt động ổn định, giảm độ rung lắc, bảo vệ kết cấu công trình. Những lợi ích này có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành toàn bộ công trình.

2.1. Tiết kiệm năng lượng và chi phí

Việc giảm lực kéo cửa bằng cách tối ưu hóa gối xoay xilanh thủy lực giúp giảm công suất xilanh thủy lực cần thiết. Điều này dẫn đến giảm lượng dầu tiêu thụ, giảm chi phí vận hành hàng năm và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.

2.2. Tăng hiệu suất hoạt động

Xilanh thủy lực tối ưu giúp cửa van cung mở đóng nhanh chóng, chính xác và mượt mà. Hành trình xilanh hợp lý đảm bảo độ tin cậy cao, giảm ma sát, và nâng cao hiệu quả điều tiết nước tại công trình.

III. Yêu cầu thiết kế tối ưu cho gối xoay

Thiết kế gối xoay xilanh thủy lực tối ưu yêu cầu tính toán kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật. Vị trí đặt gối xoay phải được chọn sao cho lực kéo cửa van đạt giá trị nhỏ nhất, tương ứng với hành trình xilanh thủy lực phù hợp. Cần xác định chính xác các yếu tố như cột áp nước, trọng lượng cửa, hệ số ma sát giữa gioăng và khe cửa. Tính toán mô men quay quanh tâm quay phải tính đến các lực phụ và độ không chính xác của tọa độ trọng tâm. Những chi tiết kết cấu như kích thước gối xoay, loại ổ bi, khoảng cách từ trục quay đến điểm liên kết xilanh cần được xác định cẩn thận. Các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định an toàn phải được tuân thủ nghiêm ngặt trong suốt quá trình thiết kế.

3.1. Xác định vị trí đặt gối xoay tối ưu

Việc chọn điểm đặt gối xoay đúng vị trí là chìa khóa để giảm lực kéo cửa van. Phải tính toán mô men lực từ áp nước, trọng lượng cửa, ma sát và các yếu tố khác. Sử dụng phương pháp tối ưu hóa toán học để tìm vị trí sao cho lực kéo nhỏ nhất.

3.2. Tính toán thông số xilanh thủy lực

Dựa trên vị trí gối xoay và lực kéo cửa, tính toán diện tích piston xilanh thủy lực, áp suất hoạt động, hành trình và công suất cần thiết. Đảm bảo xilanh có khả năng cung cấp lực đủ với độ an toàn phù hợp.

IV. Ứng dụng thực tiễn và triển vọng phát triển

Ứng dụng gối xoay xilanh thủy lực cho cửa van cung đã được chứng minh hiệu quả tại nhiều công trình thủy lợi lớn. Nghiên cứu này cung cấp các chỉ tiêu chức năng và hướng dẫn thiết kế chi tiết cho máy đóng mở thủy lực. Việc nắm vững kỹ thuật thiết kế gối xoay tối ưu giúp các kỹ sư có thể cải tạo các công trình cũ hoặc thiết kế công trình mới hiệu quả hơn. Triển vọng phát triển của ngành thủy lợi là chủ động thiết kế và chế tạo hoàn toàn gối xoay xilanh thủy lực trong nước, giảm ngoại lệ nhập khẩu. Các công nghệ cao như mô phỏng số, tối ưu hóa AI sẽ giúp cải thiện hơn nữa hiệu suất hệ thống. Đây là nền tảng để phát triển bền vững các công trình thủy lợi hiện đại.

4.1. Ứng dụng tại các công trình thủy lợi

Xilanh thủy lực tối ưu đã được áp dụng thành công tại các cửa van cung ở nhiều dự án thủy lợi quy mô lớn. Kết quả cho thấy giảm 20-30% lực kéo cửa so với thiết kế thông thường, tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao độ tin cậy.

4.2. Hướng phát triển và nâng cấp công trình

Việc nâng cấp hệ thống gối xoay xilanh thủy lực tại các công trình cũ giúp hiện đại hóa, tự động hóa điều tiết nước. Tích hợp các cảm biến, hệ thống điều khiển tự động và theo dõi thời gian thực sẽ tạo ra các công trình thủy lợi thông minh, hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1- MỞ ĐẢU 11 Tính cấp thiết của đẻ tái aaa 12 Tính hình nghiên cửu. 143 ‘Van để nghiên cửu 1.4 Y nghĩa khoa học 15 `Ý nghĩa thực tiễn 16 Đối tượng và phạm vi nghiên cửu 17 Nhiệm vụ và nội đụng 1.8 Thương pháp nghiên cứu ¬ CHƯƠNG 3— HỆ THỐNG GÓI XOAY XY1.ANH VẢ GỮA VAN CƯNG 3. Sơ lược cửa van cung và phản loại của van cưng thông dụng.2 Các loại tải tác đụng lên cửa van 2.3 Sơ lược vẻ mảy đóng mở thuỷ lục cửa van 2.4 Cáo loại gỗi quay thường đùng 3⁄5 — Giới hạn về công nghệ CHƯƠNG 3—NGHIỀN CỬU LÝ THU YÉT VÀ THỰC TIÊN 3. Phương pháp xác định lực kéo 3.2 Quy tắc xác đỉnh điểm đặt gần tối ưu 3.

Xác định độ võng và ứng suất gổi xaay khi chịu tải 3. Chọn ỗ câu cho gỗi xoay CHƯƠNG 4— MÔ PHÒNG MÔ HÌKH Hình 3-9 Cửa ở đổi sâu, tâm quay gân ngưỡng dưới 33 Hình 3-10 Sơ đỗ tính toán lực kéo cửa. 39 Hình 3-11 Dễ thị khoảng cách đỉnh và đường tâm xilarii 40 Tinh 3-12 Sơ đỗ tim điểm tôi ưu T 43 Hình 3-13 Vị trí gỗi xoay xilmnh công trình thuỷ điện Sông Ba Hạ 43 Hình 3-14 Sơ đỗ chịn tải gỗi xoay xilanh Hình 3-15 Sơ đồ tính kích thước ngàm lắp chốt treo xilanh Hình 3-16 Biểu đề mô men và độ võng thân gỗi xoay Tinh 3-17 Ung suất trên cụm gối xoay xilanh ichí chịu tâi Tĩnh 3-18 Bộ võng cụm gối xoay xilanh khi chịu tải Hình 3-19 Ó cầu tự lựa Hình 4-1 Mô hình gối xoay xilanh sử đụng, câu tự lựa, bắt bulong mỏng, Hình 4-2 Lới phần tử của thân gỗi xoay. Hình 4-3 Mô hình của van cung thuỷ điện Sông Ba Ha nhin từ hạ lưu Hình 4-14 Mô hình của van cung thuỷ điện Sông Ba Hạ nhìn tử thượng hm Hình 4-5 Sơ đồ phân bố ứng suất gỗi xoay xilanh Cửa Dạt Hình 4-6 Sơ đỏ phân bổ biên dạng gối xoay xilanh Cửa Dạt TRình 5-1 Thông số cửa cung Tương Điển và loa độ điểm đặt gỗi xoay xilanh thuỷ lực Hình 5-2 Sơ đồ tính thân gối xoay xilanh Hình 5-3 Biển để mồmen uốn và độ vông thân gối xoay xilanh Hương Điển Hình 5-4 Ô cầu tự lựa Hương Điển Hình 5-5 Phân bố ứng suất trên thân gỗi xoay xilanh Hương Điển Hình 5-6 Phân bố độ võng trên thân gỗi xoay xilanh.

Hình 5-7 Bồ trí cụm gỗi xoay xilanh lrên Irụ pin 84 Hình 5-8 Kiểm tra khoảng, cách tay đòn từ mép bê tòng đến tâm ngông, treo 85 Hình 5-9 Kiểm tra thông số vị trí gỗi xoay xilanh trên trụ pin 85 Tlinh 5-10 Thông cửa van cung Của Đại và và toạ đô điểm đặi gỗi xoay xilanh (huỷ lực 8% Hình 5-11 Sơ đề tỉnh thân gỗi xoay 91 Tlinh 5-12 Biéu đỗ mô men uến và độ võng thân gỗi xoay xilanh Của Đạt. 92 Hình 5-13 Ở cần tụ lựa Cửa Dạt - 93 Hình 5-14 Phản bề ứng suất trên thân gồi xoay xilanh Cửa Dạt Hình 5-15 Phản bố độ võng trên thân gỗi xoay xilanh Của Đạt 94 4.1 Phan mém Solidworks - Cosmosworks 4.2 Các bước mô phông 4.3 Sơ để phân bố ứng suải 4.4 Sơ để phân bố biển dang 45 — Nhậnxét CHƯƠNG 5~ ỨNG DỰNG 3.1 Thuết kế gỗi xoay xilanh thuỷ lục cho cửa van cung thuỷ điện Hương, Điện — Huế 5.2 Thiết kế gỗi xoay xilanh thuỷ lực cho cửa van cung thuỷ điện Của Đạt — Thanh Hoá CHƯƠNG 6— KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC CÁC CÔNG TRÌNH DANG SỬ DỤNG GÓI QUAY XILANH KIỂU TRUNTION CHO CỬA VAN CUNG Hình 3-9 Cửa ở đổi sâu, tâm quay gân ngưỡng dưới 33 Hình 3-10 Sơ đỗ tính toán lực kéo cửa. 39 Hình 3-11 Dễ thị khoảng cách đỉnh và đường tâm xilarii 40 Tinh 3-12 Sơ đỗ tim điểm tôi ưu T 43 Hình 3-13 Vị trí gỗi xoay xilmnh công trình thuỷ điện Sông Ba Hạ 43 Hình 3-14 Sơ đỗ chịn tải gỗi xoay xilanh Hình 3-15 Sơ đồ tính kích thước ngàm lắp chốt treo xilanh Hình 3-16 Biểu đề mô men và độ võng thân gỗi xoay Tinh 3-17 Ung suất trên cụm gối xoay xilanh ichí chịu tâi Tĩnh 3-18 Bộ võng cụm gối xoay xilanh khi chịu tải Hình 3-19 Ó cầu tự lựa Hình 4-1 Mô hình gối xoay xilanh sử đụng, câu tự lựa, bắt bulong mỏng, Hình 4-2 Lới phần tử của thân gỗi xoay. Hình 4-3 Mô hình của van cung thuỷ điện Sông Ba Ha nhin từ hạ lưu Hình 4-14 Mô hình của van cung thuỷ điện Sông Ba Hạ nhìn tử thượng hm Hình 4-5 Sơ đồ phân bố ứng suất gỗi xoay xilanh Cửa Dạt Hình 4-6 Sơ đỏ phân bổ biên dạng gối xoay xilanh Cửa Dạt TRình 5-1 Thông số cửa cung Tương Điển và loa độ điểm đặt gỗi xoay xilanh thuỷ lực Hình 5-2 Sơ đồ tính thân gối xoay xilanh Hình 5-3 Biển để mồmen uốn và độ vông thân gối xoay xilanh Hương Điển Hình 5-4 Ô cầu tự lựa Hương Điển Hình 5-5 Phân bố ứng suất trên thân gỗi xoay xilanh Hương Điển Hình 5-6 Phân bố độ võng trên thân gỗi xoay xilanh.

Hình 5-7 Bồ trí cụm gỗi xoay xilanh lrên Irụ pin 84 Hình 5-8 Kiểm tra khoảng, cách tay đòn từ mép bê tòng đến tâm ngông, treo 85 Hình 5-9 Kiểm tra thông số vị trí gỗi xoay xilanh trên trụ pin 85 Tlinh 5-10 Thông cửa van cung Của Đại và và toạ đô điểm đặi gỗi xoay xilanh (huỷ lực 8% Hình 5-11 Sơ đề tỉnh thân gỗi xoay 91 Tlinh 5-12 Biéu đỗ mô men uến và độ võng thân gỗi xoay xilanh Của Đạt. 92 Hình 5-13 Ở cần tụ lựa Cửa Dạt - 93 Hình 5-14 Phản bề ứng suất trên thân gồi xoay xilanh Cửa Dạt Hình 5-15 Phản bố độ võng trên thân gỗi xoay xilanh Của Đạt 94 hầu hết các nghiên cứu thường it được công bố vì tính thương mại cao cửa nó. Có thể kể đến vải nhà chế Lao thiết bị thuỷ lục cho các cửa van, có nhiều kình nghiệm nhưr Rexroth, Ealon, Montanhhydrautik. Tỉnh hình nghiên cứu trong nước Ở mước ta, việc thiết kế, chế tạo các của van sử dụng hệ thông đóng mở thuỷ lực mới được thực hiện trong thời gian gân đây.

Trong những năm 70 §0 các cửa van trong ngành thuỷ lợi chủ yêu chỉ dung máy đáng mở kiểu tời cán. Đến những năm gần đây, các công ty tư vẫn của ngành thuỷ lợi như Tổng công ty Cơ điện xây dựng nông nghiệp và thuỷ lợi mới ứng dụng mới phân thiết bi thuỷ lục để làm máy đồng mẻ. Tuy nhiên, những nghiên cứu cụ thể về cụm gỗi xoay xilanh cha cửa van cung là phim được tiền hành một các bài bản. Dẫn đến kết quả là các công trình không phát huy được ưu điểm của ủng dụng thuỷ lực.

Mặt khác, việc hiệu không day đủ vẻ hệ thông cũng như các đặc điểm khác biệt của máy đúng nở thuỷ lực so với các loại máy đóng mở khác là mệt trong các nguyên nhân dấn đến thiết kế không hợp lý của rất nhiễu công trinh, gây lãng phí. Về các nghiên cứu ứng dụng cụ thể, có thể nói rằng ở nước ta, đã có những nghiên cửu bước đầu để ứng dụng máy đóng mở thuỷ lực vào thục tế nhưng chưa có nhà nghiền cửu nào nghiên cửu nảo nghiên cửu thục sự đua ra được các yêu cầu của cụm gỗi xoay xilanh cứng như lim cách khắc phục những nhược điểm của cụm gỗi xoay, các hiện lượng thường xây ra khí vận hành để đưa ra các tiêu chỉ về các chức nắng của cụm géi xoay. Môi phản các nghiên cứu về gối xoay sẽ được trình bày trong chương 3. Phụ lục cuối luận văn là tên vả địa điểm các công trình được khảo sát.

13 VỀVẬN DÊNGHIÊỀN CUU Vẫn để nghiên cứu gối xoay xilanh kiểu Truntien cho cửa van cung ở nước ta khá mới mẻ, chưa có các nghiên cứn cụ thể về cấu tạo, chức năng, tính ẳn định của cụm gối xoay cho các cửa van cung. Đặc điểm tải trọng và chế độ vận hành của cửa van hình cung là để tai chính được trình bảy trong luận văn. Hệ thông xilanh thuỷ lực của máy đóng mở sử đụng cho cửa van cung, khi vận hảnh, thay đổi vị trí theo vị trí cửa. Do đó, lực đóng mở thay đổi trong suốt quá trình lắm việc.

Thực tế cho thấy náy Bang 3-3 Rang hệ số tải trọng. 3 Bảng 3-4 Bảng hệ số tải trọng, 60 Bảng 3-5 Bảng hệ số tải trọng 61 Bang 3-6 Bang hé số tải trong 61 Bang 3-7 Bang hé 36 trot 63 Bảng 3-8 Bảng hệ số ma sắt ỏ cảu. 81 Bảng 5-1 Bảng thông số kiểm tra độ võng thân gối xeay xilanh Ihtơng Điễn 86 Bảng 5-2 Bảng thông số lắp đặt kiểm tra gồi xoay Hương Điền Bảng 5-3 Bảng thông số kiểm tra độ võng thân gỗi xoay xilanh Cửa Đạt 93 Bảng 5~4 Bảng thông số lắp đặt kiểm tra sói xoay Cửa Đạt Bảng 5-5 Bảng các công trình sử dụng gỗi xoay xilanh kiểu Truntion 98 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, DỒ THỊ Tlinh 2-1 Dap tran Hình 2-2 Cita van cung, Hình 2-3 Các dạng kết cáu cảng cửa. Hình 2-4 Kết câu cối bản lẻ cửa cũng Hình 2-5 Sơ đỗ bô Iri kín nước cửa van Trình 2-6 5a đỗ cửa cưng hai lớp đẳng tảm và cùng đường kinh Hình 2-7 Sơ đỗ cửa cung hai lớp đồng tâm khác bán kính Ilinh 2-8 So 46 cita cung phao Tlinh 2-9 So 46 khéi may dong mở Hình 2-10 Bồ trí chung cửa van cũng.

Hình 2-11 Xilanh ngõng treo giữa thân Hình 2-12 Gối xoay chén trong bê tông, Hình 2-13 Gối xoay bắi bulông vào hệ tông, Hình 2-14 Gỗi xoay xilanh Ba Hạ Hình 2-15 Gối xoay xilanh Hương Diễn Lý bà Gò bà 0H bà lở Dạ bộ Rut bà bà bà Ilinh 2-16 Géi xoay xilanh géi cac dng Beub Hình 2-17 Gỗi xoay xilanh một bậc quay ; | Tlinh 2-18 Rèn thân gối xoay xilanh tải xưởng sản xuất (Trung Quốc) Hình 3-1 Tâm quay trên múc cao tệBSZ2sSe Hình 3-2 Tâm quay bằng ngưỡng trên. Hình 3-3 Tâm quay trong giới hạn, phía trên Tình 3-4 Tâm quay trong giới hạn, phía dưới Hình 3-5 Tâm quay bằng ngưỡng thấp Hình 3-6 Cứa ở đới sảu, tảm quay trên ngưỡng cao Hình 3-7 Cửa ở đới sâu, tâm quay bằng ngưỡng cao Hình 3-§ Cửa ở đới sân, tâm quay gan ngưỡng Irên -đ- Hình 3-9 Cửa ở đổi sâu, tâm quay gân ngưỡng dưới 33 Hình 3-10 Sơ đỗ tính toán lực kéo cửa.