Lựa chọn phương pháp điều khiển sức cản thủy lực trong hệ thống thủy lực trên cơ cấu lắp dựng cần trục tháp

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020. 14 (3V): 140–148
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SỨC CẢN THỦY LỰC
TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN CƠ CẤU LẮP DỰNG
CẦN TRỤC THÁP
Dương Trường Gianga,∗
aKhoa Cơ khí Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng,
số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 06/05/2020, Sửa xong 03/06/2020, Chấp nhận đăng 16/06/2020
Tóm tắt
Trong quá trình lắp dựng cần trục tháp tiềm ẩn rất nhiều yếu tố có thể gây mất an toàn lao động, đặc biệt liên
quan tới việc điều khiển hệ thống thủy lực của cơ cấu lắp dựng khi giữ tải và hạ tải trọng. Chính vì vậy việc lựa
chọn phương pháp và chế độ điều khiển hệ thống thủy lực này phải được xem xét cẩn thận trong quá trình thiết
kế. Bài báo giới thiệu và phân tích đặc điểm làm việc của các hệ thống thủy lực của cơ cấu lắp dựng cần trục
tháp. Sau đó thiết lập cơ sở lý thuyết xác định chế độ điều khiển và phối hợp các sức cản thủy lực theo nguồn
áp suất, vận tốc hạ tải trọng. Cuối cùng kết quả nghiên cứu của bài báo được thảo luận và đánh giá qua ví dụ
thử nghiệm số. Kết quả của bài báo đã xây dựng được các công thức bằng giải tích để tính toán hệ số điều chỉnh
giữa hai sức cản thủy lực trong việc lựa chọn phương pháp và chế độ điều chỉnh hệ thống dựa trên mô hình tính
toán tổng quát. Nghiên cứu này áp dụng cho việc thiết kế cơ cấu lắp dựng cần trục tháp và các thiết bị nâng
tương tự trong.
Từ khoá: van áp suất; van tiết lưu; điều khiển vận tốc; cần trục tháp; hệ thống thủy lực.
SELECTING CONTROL METHOD OF HYDRAULIC RESISTANCES IN HYDRAULIC SYSTEM FOR
TOWER CRANE CLIMBING MECHANISM
Abstract
In the process of tower crane installation, many unpredictable factors may cause occupational accidents, espe-
cially associated with the control of the hydraulic system of the tower crane climbing mechanism while loading
and lowering the load. Therefore, the selection of control method and control mode for this hydraulic system
must be carefully considered during the design process. This paper presents and analyzes the working char-
acteristics of hydraulic systems of tower crane climbing mechanism. Then theoretical basis for such hydraulic
systems was established to determine the control mode and coordination of hydraulic resistances according
to the pressure source, lowering speed. Finally, the research results in this paper are discussed and evaluated
through numerical simulation. The results of the paper have formulated analytic formulas to calculate the ad-
justment coefficient between the two hydraulic resistances in selecting the method and system adjustment mode
based on the general calculation model. This study is applied for the design of tower crane climbing mechanisms
and similar lifting equipment.
Keywords: pressure valve; throttle valve; velocity control; tower crane; hydraulic system.
https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(3V)-13 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)
∗Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: giangdt@nuce.edu.vn (Giang, D. T.)
140
Giang, D. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
1. Giới thiệu
Cần trục tháp được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng công trình cao tầng, việc thay đổi chiều
cao thân tháp thường bằng cách sử dụng cơ cấu lắp dựng. Phổ thông nhất là người ta sử dụng các
xy-lanh thủy lực kích nâng, hạ phần bên trên cần trục để tháo hay lắp các đốt tháp (Hình 1). Trong
quá trình lắp dựng tiềm ẩn rất nhiều yếu tố có thể gây mất an toàn lao động [1], đặc biệt liên quan tới
việc điều chỉnh các cơ cấu thủy lực khi giữ tải và hạ tải trọng.
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
2 
formulated analytic formulas to calculate the adjustment coefficient between the two 
hydraulic resistances in selecting the method and system adjustment mode based on 
the general calculation model. This study is applied for the design of tower crane 
climbing mechanisms and similar lifting equipment. 
Keywords: pressure valve; throttle valve; velocity control; tower crane; hydraulic 
system. 
1. Giới thiệu 
Cần trục tháp được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng công trình cao tầng, 
việc thay đổi chiều cao thân tháp thường bằng cách sử dụng cơ cấu lắp dựng. Phổ 
thông nhất là người ta sử dụng các xy-lanh thủy lực kích âng, hạ phần bên trên cần 
trục để tháo hay lắp các đốt tháp (Hình 1). Trong quá trình lắp dựng tiềm ẩn rất nhiều 
yếu tố có thể gây mất a toàn lao động [1], đặc biệt liê quan tới việ điều chỉnh các 
cơ cấu thủy lực khi giữ tải và hạ tải trọng. 
1- Thân tháp; 2- Vấu tỳ; 3- Đòn tỳ; 4- Xy-lanh thủy lực; 5- Đoạn tháp; 6- Đoạn tháp 
lắp dựng; 7- Khung nâng; 8- Bàn quay; 9- Cần mang đối trọng; 10- Đỉnh tháp; 11- 
Cần. 
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu lắp dựng cần trục tháp 
Nghiên cứu trong [2], [14], [15] cung cấp cơ sở lý thuyết tính toán giá trị tải 
trọng nói chung, tải trọng tác dụng từ bàn quay tới lồng lắp dựng và kết cấu thân tháp, 
giá trị tải trọng dùng cho nhiều bài toán khác nhau như tính toán hệ thống thủy lực, 
thân tháp, neo giằng tháp, tính móng máy. Các tác giả trong [3] nêu vấn đề điều khiển 
ổn định vận tốc xy-lanh thủy lực, phân tích một số nguyên nhân làm mất ổn định vận 
tốc động cơ thủy lực, giới thiệu một số sơ đồ điều khiển sử dụng phối hợp sức cản 
thủy lực và van điều chỉnh áp suất cho mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến. [4, 5] 
nghiên cứu mô hình các phần tử thủy lực có kể đến tổn thất lưu lượng, độ cứng dầu 
1
2
3
4
8
9
10 11
6
7
5
1- Thân tháp; 2- Vấu tỳ; 3- Đòn tỳ; 4- Xy-lanh thủy lực; 5- Đoạn tháp; 6- Đoạn tháp lắp dựng; 7- Khung nâng;
8- Bàn quay; 9- Cần mang đối trọng; 10- Đỉnh tháp; 11- Cần.
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu lắp dựng cần trục tháp
Nghiên cứu trong [2–4] cung cấp cơ sở lý thuyết tính toán giá trị tải trọng nói chung, tải trọng
tác dụng từ bàn quay tới lồng lắp dựng và kết cấu thân tháp, giá trị tải trọng dùng cho nhiều bài toán
khác nhau như tính toán hệ thống thủy lực, thân tháp, neo giằng tháp, tính móng máy. Các tác giả
trong [5] nêu vấn đề điều khiển ổn định vận tốc xy-lanh thủy lực, phân tích một số nguyên nhân làm
mất ổn định vận tốc động cơ thủy lực, giới thiệu một số sơ đồ điều khiể sử dụng phối hợp sức cản
thủy lực và van điều chỉnh áp suất cho mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến. [6, 7] nghiên cứu mô
hình các phần tử thủy lực có kể đến tổn thất lưu lượng, độ cứng dầu thủy lực và sử dụng phần mềm
FESTO FLUIDSIM hoặc AMESIM để mô phỏng mạch thủy lực đơn giản của thiết bị nâng, nghiên
cứu này là cơ sở để tối ưu óa các thông số hệ thống hủy lực. Các tác giả trong [8] nghiên cứu hệ
điện - thủy lực để điều khiển tốc độ động cơ thủy lực với bơm bánh răng và sử dụng máy tính điều
khiển cùng bộ chuyển đổi A/D, van tỷ lệ, các cảm biến áp suất và vị trí. Các nghiên cứu trong [9–13]
cung cấp các cơ sở lý thuyết chung về điều khiển hệ truyền động thủy lực, nghiên cứu trong [14, 15]
tính toán các thông số cơ bản hệ truyền động thủy tĩnh của máy, phương pháp tính toán hiệu suất hệ
truyền động thủy lực. Như vậy liên quan tính toán điều khiển hệ thống thủy lực cho cơ cấu lắp dựng
cần trục tháp và các thiết bị nâng tương tự ở Việt Nam và trên thế giới, chủ yếu liên quan tới tải trọng
thiết kế, phương pháp điều khiển vận tốc động cơ thủy lực, tính toán các thông số cơ bản. Điều khiển
động cơ thủy lực sử dụng các phần tử thủy lực như van servo, van tỉ lệ có nhiều ưu điểm, thích hợp
cho điều khiển tự động, tuy nhiên không phù hợp cho tất cả các ứng dụng [8–13]. Một phương pháp
141
Giang, D. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
đơn giản để điều chỉnh tốc độ xy-lanh thủy lực là sử dụng sức cản thủy lực đặt vào hệ thống đường
ống [5, 9–13]. Đối với hệ thống thủy lực của cơ cấu lắp dựng cần trục tháp là luôn chịu tải trọng một
chiều khi làm việc thì vấn đề đặt ra là phải an toàn và đặc biệt tốc độ hạ phải được khống chế.
Trong bài báo này sẽ chỉ dẫn và phân tích các phương án sử dụng sức cản thủy lực giới hạn là
các van tiết lưu lắp trên đường ống để khống chế vận tốc và mô phỏng nguyên lý bằng phần mềm
AUTOMATION STUDIO 6.0 (AS6.0) [16]. Sau đó thiết lập cơ sở lý luận về mặt lý thuyết, thử nghiệm
bằng số để xác định chế độ điều khiển và hệ số điều chỉnh các sức cản theo áp suất nguồn, vận tốc
hạ tải trọng mà có kể đến cả độ cứng của dầu qua hệ số tích lũy của dầu thủy lực. Nghiên cứu này áp
dụng cho thiết kế cơ cấu lắp dựng cần trục tháp và các thiết bị tương tự.
2. Điều khiển xy-lanh thủy lực công tác trong cơ cấu lắp dựng cần trục tháp
Để đáp ứng các yêu cầu của đối tượng công tác thì việc điều khiển tốc độ xy-lanh thủy lực có ý
nghĩa rất quan trọng. Trong cơ cấu lắp dựng cần trục tháp, vận tốc xy-lanh thủy lực phải phù hợp cả
khi nâng tải và khi hạ tải. Đặc biệt do tính chất chịu tải trọng 1 chiều, ở quá trình hạ, hệ thống thủy
lực cần đóng vai trò là giữ và hãm chuyển động, có cơ cấu đề phòng tụt áp suất khi làm việc. Sử dụng
bơm thủy lực có điều khiển mặc dù đạt hiệu suất cao, tuy nhiên khó điều chỉnh chính xác tốc độ nếu
điều khiển bằng tay và chi phí đầu tư lớn. Phương pháp phổ biến và đơn giản là bố trí các sức cản
thủy lực trên đường ống, điều chỉnh lưu lượng thông qua điều chỉnh diện tích các khe hẹp. Trong hệ
thống thủy lực của cơ cấu lắp dựng cần trục tháp các sức cản thủy lực ngoài việc điều chỉnh lưu lượng
còn bổ sung thêm tính năng an toàn cùng với van chống rơi tải (van đối tải). Tuy nhiên khi sử dụng
các sức cản thủy lực sẽ gây tổn thất năng lượng ở chiều chuyển động không mong muốn, giải pháp
để giải quyết vấn đề là sử dụng van tiết lưu và van 1 chiều mắc song song. Dựa vào các nghiên cứu
[1, 5, 9–13], hồ sơ kỹ thuật máy và đặc điểm cơ cấu lắp dựng cần trục tháp, bài báo chỉ dẫn 4 sơ đồ
như Hình 2.
Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu đường ống của xy-lanh
(Hình 2(a)), do cách bố trí van 1 chiều, dầu từ bơm thủy lực tới trực tiếp xy-lanh. Vận tốc quá trình
nâng tải (khi duỗi xy-lanh) được tính toán từ việc lựa chọn bơm thủy lực phù hợp, quá trình hạ tải phụ
thuộc chế độ điều khiển sức cản thủy lực. Sự rò rỉ của bơm phụ thuộc tải trọng, phương án này vận tốc
xy-lanh thủy lực là phụ thuộc tải trọng tác dụng. Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy
lực chỉ lắp 1 đầu đường ống của xy-lanh phối hợp với van điều chỉnh áp suất (Hình 2(b)), phương án
này cho vận tốc ổn định nhưng phức tạp hơn phương án trên Hình 2(a).
Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực lắp 2 đầu đường ống của xy-lanh (Hình 2(c)),
vận tốc quá trình nâng tải (khi duỗi xy-lanh) cũng được tính toán từ việc lựa chọn bơm thủy lực phù
hợp. Quá trình hạ tải phụ thuộc chế độ điều khiển phối hợp các sức cản thủy lực cả hai nhánh. Giữa
bơm và xy-lanh thủy lực tồn tại sức cản thủy lực ngăn cách, phương án này vận tốc xy-lanh thủy lực
là phụ thuộc tải trọng tác dụng. Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực lắp 2 đầu của
xy-lanh kết hợp với van điều chỉnh áp suất (Hình 2(d)), phương án này cho vận tốc ổn định nhưng
phức tạp hơn phương án Hình 2(c).
Các phương pháp đặt sức cản thủy lực trên đường ống để điều khiển, hãm chuyển động xy-lanh
thủy lực đều cần bố trí trên đầu không có cán của xy-lanh, nó bổ sung thêm tính năng an toàn cùng
với van chống rơi tải. Vận tốc của xy-lanh thủy lực khi hạ được xác lập phụ thuộc vào sự phối hợp và
điều chỉnh các sức cản thủy lực theo áp suất, lưu lượng nguồn thủy lực. Khi tải trọng tác dụng vào
xy-lanh trong giai đoạn chuyển động ổn định xem là ít biến đổi, thì rõ ràng lưu lượng qua các sức cản
thủy lực cũng gần như không đổi, lưu lượng phụ thuộc chủ yếu vào diện tích khe hẹp.
142
Giang, D. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
4 
[1, 3, 7-11], hồ sơ kỹ thuật máy và đặc điểm cơ cấu lắp dựng cần trục tháp, bài báo chỉ 
dẫn 4 sơ đồ như Hình 2. 
(a) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh 
(b) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh phối 
hợp với van điều chỉnh áp suất 
(c) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực lắp 2 đầu của xy-lanh 
(d) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực lắp 2 đầu của xy-lanh phối 
hợp với van điều chỉnh áp suất 
Hình 2. Sơ đồ hệ thống thủy lực cơ cấu lắp dựng cần trục tháp trên phần mềm AS6.0 
Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu đường ống 
của xy-lanh (Hình 2(a)), do cách bố trí van 1 chiều, dầu từ bơm thủy lực tới trực tiếp 
xy-lanh. Vận tốc quá trình nâng tải (khi duỗi xy-lanh) được tính toán từ việc lựa chọn 
bơm thủy lực phù hợp, quá trình hạ tải phụ thuộc chế độ điều khiển sức cản thủy lực. 
Sự rò rỉ của bơm phụ thuộc tải trọng, phương án này vận tốc xy-lanh thủy lực là phụ 
thuộc tải trọng tác dụng. Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực chỉ 
(a) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
4 
[1, 3, 7-11], hồ sơ kỹ thuật máy và đặc điểm cơ cấu lắp dựng cần trục tháp, bài báo chỉ 
dẫn 4 sơ đồ như Hình 2. 
(a) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh 
(b) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh phối 
hợp với van điều chỉnh áp suất 
(c) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực lắp 2 đầu của xy-lanh 
(d) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực lắp 2 đầu của xy-lanh phối 
hợp với van điều chỉnh áp suất 
Hình 2. Sơ đồ hệ thống thủy lực cơ cấu lắp dựng cần trục tháp trên phần mềm AS6.0 
Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu đường ống 
của xy-lanh (Hình 2(a)), do cách bố trí van 1 chiều, dầu từ bơm thủy lực tới trực tiếp 
xy-lanh. Vận tốc quá trình nâng tải (khi duỗi xy-lanh) được tính toán từ việc lựa chọn 
bơm thủy lực phù hợp, quá trình hạ tải phụ thuộc chế độ điều khiển sức cản thủy lực. 
Sự rò rỉ của bơm phụ thuộc tải trọng, phương án này vận tốc xy-lanh thủy lực là phụ 
thuộc tải trọng tác dụng. Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực chỉ 
(b) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức cản thủy
lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh phối hợp với van
điều chỉnh áp suất
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
4 
[1, 3, 7-11], hồ sơ kỹ thuật máy và đặc điểm cơ cấu lắp dựng cần trục tháp, bài báo chỉ 
dẫn 4 sơ đồ như Hình 2. 
(a) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh 
(b) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu của xy-lanh phối 
hợp với van điều chỉnh áp suất 
(c) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực lắp 2 đầu của xy-lanh 
(d) Hãm chuyển động bằng sử dụng sức 
cản thủy lực lắp 2 đầu của xy-lanh phối 
hợp với van điều chỉnh áp suất 
Hình 2. Sơ đồ hệ thống thủy lực cơ cấu lắp dựng cần trục tháp trên phần mềm AS6.0 
Hãm chuyển động bằng cách sử dụng sức cản thủy lực chỉ lắp 1 đầu đường ống 
của xy-lanh (Hình 2(a)), do cách bố trí van 1 chiều, dầu từ bơm thủy lực tới trực tiếp 
xy-lanh. Vận tốc quá trình nâng tải (khi duỗi xy-lanh) đượ tính toán từ việ ... V1n là thể tích dầu trong đường ống và xy-lanh; R1 là sức cản
thủy lực.
Với chuyển động thẳng biến đổi đều, thời điểm ban đầu xét v0 = 0, từ phương trình (3) và [9–13],
ta có:
ah =
vh
t
;
dp1h
dt
= −m vh
A1t2
; QR1 =
p1h
R1
= µAT1
√
2gp1h
γ
(11)
Thay các dữ liệu từ (11) vào (10) tương tự như trên, suy ra:
vh =
µAT1
√
2gp1h
γ
A1 + m
V1h
E
1
A1t2
(12)
145
Giang, D. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Từ các công thức (9) và (12) suy ra:
µkAT1
√
2gp2
γ
A2
=
µAT1
√
2gp1h
γ
A1 + m
V1h
E
1
A1t2
(13)
Khi lắp sức cản thủy lực là van tiết lưu chỉ trên 1 đầu đường ống (Hình 2(a) và 2(b)) mà không
có R2, do áp suất từ nguồn bị giới hạn bởi van an toàn là không đổi, p2h ≈ p2 và lưu lượng từ nguồn
QR20 ≈ vhA2, diện tích khe hẹp của sức cản thủy lực R1 là:
AT1 =
QR20
(
A1 + m
V1n
E
1
A1t2
)
A2µ
√
2gp1h
γ
(14)
Hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k khi lắp sức cản thủy lực là van tiết lưu trên 2 đầu đường ống
(Hình 2(c), 2(d)), suy ra từ (13):
k =
A2
√
p1h
A1 + m
V1h
E
1
A1t2
1√
p2
(15)
Qua công thức (15) ta thấy hệ số điều chỉnh sức cản k = AT2/AT1 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nếu
các thông số của xy-lanh và lượng dầu trong xy-lanh là xác định thì nó sẽ tỉ lệ với tỉ số áp suất p1h/p2.
Giá trị p1h phụ thuộc nhiều vào tải trọng ngoài tác dụng xác định từ (3), có thể khảo sát ảnh hưởng
của áp suất p2 tới các thông số khác liên quan.
3.2. Khảo sát và thử nghiệm
Các số liệu đầu vào dựa trên số liệu cần trục tháp có sức nâng lớn nhất 16 tấn tầm với 70 m. Khối
lượng bên trên gồm cần mang đối trọng, đỉnh tháp, đối trọng, các cơ cấu, . . . m = 58000 kg, lực đứng
quy đổi tác dụng vào cán pit tông bao gồm cả lực ma sát trượt và ma sát lăn khi làm việc,
∑
F =
700000 N. Vận tốc đẩy của xy-lanh khi chuyển động ổn định vn = 0,333 m/s. Các số liệu cho trước
của xy-lanh tiêu chuẩn hãng ATOS và hệ thống thủy lực như Bảng 1, thể tích dầu trong xy-lanh và
đường ống lấy khi pít tông duỗi hết hành trình 1,6 m.
Bảng 1. Các số liệu cho trước của xy-lanh và hệ thống thủy lực
TT A1 (m2) A2 (m2) V1n (m3) V1h (m3) V2h (m3) γ (N/m3) E (kg/ms2) µ
1 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852 × 103 1,4 × 109 0,6
Chọn giá trị gia tốc khi nâng trong giai đoạn chuyển động không ổn định là an = 0,11 m/s2, thay
vào (1) ta có được áp suất dầu p1n = 27,76 × 106 N/m2. Từ phương trình (1) và (2), suy ra:
Q2 = A1vn −C11m vnA1t2 (16)
Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = 3 s, thay số vào phương trình trên tính được lưu
lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng là Q2 = 0,00847 m3/s. Chọn nguồn thủy lực cho
146
Giang, D. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
cơ cấu nâng đẩy cần trục tháp có lưu lượng nguồn Q2, áp suất lớn nhất p2max > p1n đảm bảo dự trữ
công suất.
Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính toán, khảo sát các trường hợp sử dụng sức cản thủy
lực cho một đầu và hai đầu trong quá trình hạ tải trọng.
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
9 
Bảng 1. Các số liệu cho trước của xy-lanh và hệ thống thủy lực 
TT A1 (m2) A2 (m2) V1n (m3) V1h (m3) V2h (m3) g (N/m3) E(kg/m.s2) µ 
1 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852.103 1,4.109 0,6 
Chọn giá trị gia tốc khi nâng trong giai đoạn chuyển động không ổn định là an 
= 0,11 m/s2, thay vào (1) ta có được áp suất dầu p1n = 27,76. 106 N/m2. Từ phương 
trình (1) và (2), suy ra: 
 (16) 
 Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = 3 s, thay số vào phương 
trình trên tính được lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng là Q2 = 
0,00847 m3/s. Chọn nguồn thủy lực cho cơ cấu nân đẩy cần trục tháp có lưu lượng 
nguồn Q2 , áp suất lớn nhất p2max > p1n đảm bảo dự trữ công suất. 
Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính toán, khảo sát các trường hợp sử 
dụng sức cản thủy lực cho một đầu và hai đầu trong quá trình hạ tải trọng. 
(a) Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới áp 
suất p1h 
(b) Điều chỉnh diện tích sức cản thủy lực 
theo áp suất p1h 
Hình 4. Điều chỉnh sức cản thủy lực khi bố trí ở 1 đầu xy-lanh 
 (a) Khi vận tốc hạ vh = 0,123 m/s, 
ah = 0,042 m/s2, p1h = 2,7.107 N/m2 
(b) Khi vận tốc hạ vh = 3,28 m/s, 
ah = 1,1 m/s2, p1h = 3.107 N/m2 
Hình 5. Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k 
Hình 4 là kết quả thử nghiệm trường hợp bố trí sức cản thủy lực tại 1 đầu xy-
lanh (không có R2) cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế khi hạ cần 
n
2 1 n 11 2
1
vQ Av C m
At
= -
(a) Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới áp suất p1h
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
9 
Bảng 1. Các số liệu cho trước của xy-lanh và hệ thống thủy lực 
TT A1 (m2) A2 (m2) V1n (m3) V1h (m3) V2h (m3) g (N/m3) E(kg/m.s2) µ 
1 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852.103 1,4.109 0,6 
Chọn giá trị gia tốc khi nâng trong giai đoạn chuyển động không ổn định là an 
= 0,11 m/s2, thay vào (1) ta có được áp suất dầu p1n = 27,76. 106 N/m2. Từ phương 
trình (1) và (2), suy ra: 
 (16) 
 Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = 3 s, thay số vào phương 
trình trên tính được lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng là Q2 = 
,00847 m3/s. Chọn nguồn thủy lực cho cơ cấu âng đẩy cần trục tháp có lưu lượng 
nguồn Q2 , áp suất lớ nhất p2max > p1n đảm bảo dự trữ công suất. 
Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính toán, khảo sát các trường hợp sử 
dụng sứ cản thủy lự ch một đầu và ha đầu trong quá trình hạ tải trọng. 
(a) n hưởng áp suất nguồn thủy lực tới áp 
suất p1h 
(b) Điều chỉnh diện tích sức cản thủy lực 
theo áp suất p1h 
Hình 4. Điều chỉnh sức cản thủy lực khi bố trí ở 1 đầu xy-lanh 
 (a) Khi vận tốc hạ vh = 0,123 m/s, 
ah = 0,042 m/s2, p1h = 2,7.107 N/m2 
(b) Khi vận tốc hạ vh = 3,28 m/s, 
ah = 1,1 m/s2, p1h = 3.107 N/m2 
Hình 5. Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k 
Hình 4 là kết quả thử nghiệm trường hợp bố trí sức cản thủy lực tại 1 đầu xy-
lanh (không có R2) cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế khi hạ cần 
n
2 1 n 11 2
1
vQ Av C m
At
= -
(b) Điều chỉnh diện tích sức cản thủy lực theo áp suất p1h
Hình 4. Điều chỉnh sức cản thủy lực khi bố trí ở 1 đầu xy-lanh
Hình 4 là kết quả thử nghiệm trường hợp bố trí sức cản thủy lực tại 1 đầu xy-lanh (không có R2)
cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế khi hạ cần đảm bảo ah = 0,042 m/s2. Áp suất
dầu p1h trong khoang không có cán của xy-lanh phụ thuộc trực tiếp vào áp suất nguồn thủy lực p2 và
tăng một cách nhanh chóng, khi p2 đạt từ 0 đến 5 × 107 N/m2 thì p1h đạt giá trị từ 2,76 × 107 đến
5,8 × 107 N/m2, tương ứng diện tích khe hẹp sức cản thủy lực phải điều chỉnh giảm từ AT1 = 6,6 ×
10−3 mm2 tới AT1 = 4,4 × 10−3 mm2. Cùng mức tải trọng và gia tốc hạ yêu cầu cho cách sử dụng sức
cản thủy lực của phương án trên Hình 2(a) và 2(b), ta thấy van tiết lưu và xy-lanh thủy lực phải chọn
ở miền áp suất lớn. Vì vậy gây khó khăn cho lựa chọn thiết bị và tăng giá thành đầu tư, đặc biệt khi
tải trọng lớn.
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
9 
Bảng 1. Các số liệu cho trước của xy-lanh và hệ thống thủy lực 
TT A1 (m2) A2 (m2) V1n (m3) V1h (m3) V2h (m3) g (N/m3) E(kg/m.s2) µ 
1 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852.103 1,4.109 0,6 
Chọn giá trị gia tốc khi nâng trong giai đoạn chuyển động không ổn định là an 
= 0,11 m/s2, thay vào (1) ta có được áp suất dầu p1n = 27,76. 106 N/m2. Từ phương 
trình (1) và (2), suy ra: 
 (16) 
 Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = 3 s, thay số vào phương 
trình trên tính được lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng là Q2 = 
0,00847 m3/s. Chọn nguồn thủy lực cho cơ cấu nâng đẩy cần trục tháp có lưu lượng 
nguồn Q2 , áp suất lớn nhất p2max > p1n đảm bảo dự trữ công suất. 
Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính toán, khảo sát các trường hợp sử 
dụng sức cản thủy lực cho một đầu và hai đầu trong quá trình hạ tải trọng. 
(a) Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới áp 
suất p1h 
(b) Điều chỉnh diện tích sức cản thủy lực 
theo áp suất p1h 
Hình 4. Điều chỉnh sức cản thủy lực khi bố trí ở 1 đầu xy-lanh 
 (a) Khi vận tốc hạ vh = 0,123 m/s, 
ah = 0,042 m/s2, p1h = 2,7.107 N/m2 
(b) Khi vận tốc hạ vh = 3,28 m/s, 
ah = 1,1 m/s2, p1h = 3.107 N/m2 
Hình 5. Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k 
Hình 4 là kết quả thử nghiệm trường hợp bố trí sức cản thủy lực tại 1 đầu xy-
lanh (không có R2) cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế khi hạ cần 
n
2 1 n 11 2
1
vQ Av C m
At
= -
(a) Khi vận tốc hạ vh = 0,123 m/s, ah = 0,042 m/s2, p1h
= 2,7 × 107 N/m2
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE ISSN 2615-9058 
9 
Bảng 1. Các số liệu cho trước của xy-lanh và hệ thống thủy lực 
TT A1 (m2) A2 (m2) V1n (m3) V1h (m3) V2h (m3) g (N/m3) E(kg/m.s2) µ 
1 0,02545 0,0159 0,018864 0,018864 0,0051 0,852.103 1,4.109 0,6 
Chọn iá trị gia tốc khi nâng tro g giai đoạn chuyển động không ổn địn là an 
= 0,11 m/s2, thay vào (1) ta có được á suất dầu p1n = 27,76. 106 N/m2. Từ phương 
trình (1) và (2), suy ra: 
 (16) 
 Thời gian chuyển động không ổn định thiết kế t = 3 s, thay số vào phương 
trình trên tính được lưu lượng nguồn cấp cần thiết để đảm bảo vận tốc nâng là Q2 = 
0,00847 m3/s. Chọn nguồn thủy lực cho cơ cấu nâng đẩy cần trục tháp có lưu lượng 
nguồn Q2 , áp suất lớn nhất p2max > p1n đảm bảo dự trữ công suất. 
Sử dụng phần mềm Matlab 2016 hỗ trợ tính toán, khảo sát các trường hợp sử 
dụng sức cản thủy lực cho một đầu và hai đầu trong quá trình hạ tải trọng. 
(a) Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới áp 
suất p1h 
(b) Điều chỉnh diện tích sức cản thủy lực 
theo áp suất p1h 
Hình 4. Điều chỉnh sức cản thủy lực khi bố trí ở 1 đầu xy-lanh 
 (a) Khi vận tốc hạ vh = 0,123 m/s, 
ah = 0,042 m/s2, p1h = 2,7.107 N/m2 
(b) Khi vận tốc hạ vh = 3,28 m/s, 
ah = 1,1 m/s2, p1h = 3.107 N/m2 
Hình 5. Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k 
Hình 4 là kết quả thử nghiệm trường hợp bố trí sức cản thủy lực tại 1 đầu xy-
lanh (không có R2) cho vận tốc hạ thiết kế vh = 0,123 m/s, gia tốc thiết kế khi hạ cần 
n
2 1 n 11 2
1
vQ Av C m
At
= -
(b) Khi vận tốc hạ vh = 3,28 m/s, ah = 1,1 m/s2, p1h = 3
× 107 N/m2
Hình 5. Ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực k
Hình 5 là kết quả đánh giá ảnh hưởng áp suất nguồn thủy lực tới việc bố trí kết hợp sức cản thủy
lực tại 2 đầu xy- anh thông qua hệ số điều chỉnh k = AT2/AT1. Hình 5(a) tương ứng với điều kiện
vận tốc và gia tốc hạ phương án tính toán của Hình 4, do có R2 ngăn cách giữa bơm và xy-lanh, nên
xy-lanh và van tiết lưu chỉ chịu áp suất p1h = 27,7 × 107 N/m2, hệ số điều chỉnh sức cản thủy lực
theo áp suất nguồn lựa chọn k trong khoảng từ 0,5 đến 1, tương ứng áp suất nguồn giảm từ p2 = 5 ×
107 N/m2 tới p2 = 1,6 × 107 N/m2. Rõ ràng ở cách bố trí này việc chọn thiết bị trở nên đơn giản hơn
do làm việc ở miền áp suất nhỏ hơn, kinh tế hơn. Hình 5(b) là điều chỉnh hệ số k tăng so với Hình 5(a)
mức rất nhỏ (tăng từ 1,05 tới 1,1 lần) tương ứng với áp suất nguồn p2, tuy nhiên vận tốc và gia tốc
hạ tăng nhanh chóng sẽ gây tải động lớn. Điều này cho thấy để đảm bảo an toàn, cần phải tính toán
147
Giang, D. T. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
xác định trước chế độ điều chỉnh phối hợp các sức cản thủy lực, thiết lập giới hạn điều khiển an toàn
tương ứng áp suất nguồn thủy lực thiết kế p2.
4. Kết luận
Đối với hệ thống thủy lực cơ cấu lắp dựng cần trục tháp là phải an toàn và đặc biệt tốc độ hạ phải
được khống chế, nên việc lựa chọn phương pháp và chế độ điều chỉnh hệ thống thủy lực là rất cần
thiết. Nội dung bài báo đã giải quyết vấn đề trên theo các nội dung:
- Phân tích các phương án sử dụng sức cản thủy lực là các van tiết lưu lắp trên đường ống;
- Thiết lập mô hình tính toán xác định các sức cản thủy lực cho phương án lắp đặt để có thể áp
dụng cho bài toán kỹ thuật.
- Xây dựng được các công thức bằng giải tích để tính toán hệ số điều chỉnh giữa 2 sức cản thủy
lực trong việc lựa chọn phương pháp và chế độ điều chỉnh hệ thống.
Kết quả khảo sát và thử nghiệm cho thấy sơ đồ sử dụng sức cản thủy lực cả hai đầu xy-lanh có
nhiều ưu điểm hơn phương án sử dụng một đầu. Hệ số điều chỉnh giữa hai sức cản thủy lực ảnh hưởng
rất lớn tới vận tốc và gia tốc hạ, bởi vậy để đảm bảo an toàn cần phải tính toán xác định trước chế độ
điều chỉnh và thiết lập giới hạn điều khiển an toàn tương ứng với áp suất nguồn thủy lực lựa chọn.
Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể phát triển mô hình trên cho việc nghiên cứu tự động điều khiển hệ
thủy lực và động lực học hệ thống cho các điều kiện tải trọng khác nhau.
Tài liệu tham khảo
[1] Workplace Health and Safety Queensland (2018). Tower Crane Code of Practice 2017.
[2] Giang, D. T. (2017). Nghiên cứu cơ sở tính toán cần trục tháp khi xét đến biến dạng thân tháp. Tạp chí
Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 11(4):139–144.
[3] Lawrence, K. S., Jay, P. S. (2011). Cranes and derricks. Fourth edition, McGraw-Hill New York.
[4] TCVN 4244:2005. Thiết bị nâng, thiết kế, chế tạo, kiểm tra kỹ thuật. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt
Nam.
[5] Mei, X., Huili, L., Xiaoli, Z. (2019). Improvement of Operation Stability of Hydraulic Cylinder. Inter-
national Conference on Energy Equipment Science and Engineering, Series: Earth and Environmental
Science, 242:032033.
[6] Marko, O., Mitar, J., Velibor, K. (2017). Simulation and modeling of a hydraulic system in FluidSim.
XVII International Scientific Conference on Industrial Systems, 50–53.
[7] Weinan, C., Detang, L., Zhengshou, C., Wentao, T., Qin, L., Man, H. (2015). Research on Model and
Simulation of Hydraulic Lifting System of the Wave Power Generating Platform based on AMESim.
International Industrial Informatics and Computer Engineering Conference.
[8] Jangnoi, T., Pinsopon, U. (2018). Velocity control of electro-hydraulic pump control system using gear
pump. International Journal of Innovative Computing, Information and Control, 14(6):2307–2323.
[9] Merritt, H. E. (1967). Hydraulic control systems. John Wiley & Sons.
[10] Chapple, P. (2015). Principles of hydraulic systems design. Momentum Press.
[11] Tuy, T. X. (2002). Hệ thống điều khiển tự động thủy lực. Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật.
[12] Parr, A. (1999). Hydraulics and pneumatics. Elsevier.
[13] Jonh, S. C. (2010). Fluid power circuits and controls: fundamentals and applications. CRC Press.
[14] Xiong, S., Wilfong, G., Lumkes, J. (2019). Components Sizing and Performance Analysis of Hydro-
Mechanical Power Split Transmission Applied to a Wheel Loader. Energies, 12(9):1613.
[15] Wang, W., Cai, X. (2019). A Study on the Design Approach and Theory for the Hydrostatic Propulsion
Drive System of a Tamping Machine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP
Publishing, 692(1):012019.
[16] Famic Technologies Inc. Technologies included in automation studio. Truy cập ngày 16/04/2020.
148