Đồ án Thuyết kế truyền động thuỷ khí

Nội dung text: Đồ án Thuyết kế truyền động thuỷ khí

1. TRƯỜNG . KHOA .  ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUYẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ KHÍ
2. TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUYẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ KHÍ Sinh viên : Nguyễn Thái An Lớp : 06C4A Đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC CỦA XE NÂNG TỰ HÀNH VỚI 2 THÔNG SỐ SAU: P = 16 MPa F = 10 tấn Nội dung công việc 1) Phần chung: Bộ truyền động thể tích khảo sát tại phòng thí nghiệm a) Giới thiệu chung b) Nêu các bài thí nghiệm c) Xử lí số liệu, tính vận tốc và lực của xilanh lực d) Kết luận 2) Khảo sát cơ cấu truyền động thủy lực tùy chọn a) Mô tả thiết bị, phạm vi sử dụng b) Các bản vẻ : kết cấu chung, một số chi tiết của bộ truyền c) Tính toán kiểm nghiệm Đà nẵng, ngày 17 tháng 12 năm 2009 Giáo viên phụ trách nôn học
3. MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Phần 1: Bộ truyền động thể tích khảo sát tại phòng thí nghiệm .2 1- Giới thiệu chung 2- Các bài thí nghiệm 3- Xử lí số liệu, tính vận tốc và lực của xilanh lực 4- Kết luận Phần 2: Xây dựng sơ đồ truyền động thuỷ lực .2 Phàn 3: Tính toán thuỷ lực và tính chọn các thong số cơ bản của hệ thống 3 1- Thông số chọn 3 2- Tính chọn xi lanh lực .3 3- Tính chọn bơm 5 4- Tính chọn các phần tử thuỷ lực .8 5- Các loại van 16 Phần 4 : Điều chỉnh vận tốc, chọn dầu, bảo dưỡng 18 1- Điều chỉnh vô cấp tốc độ của bộ phận chấp hành 18 2- Chọn dầu 18 3- Bảo dưõng hệ thống truyền động thuỷ lực cho máy 19 Các bản vẽ 20-22 Tài liệu tham khảo .23
4. LỜI NÓI ĐẦU Sau khi hoàn thành các môn học lý thuyết thủy khí,máy thủy khí và truyền động thủy khí động lực. Sinh viên sẽ bước sang giai đoạn làm đồ án truyền động thuỷ khí. Đè tài của em là : “TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CỦA XE NÂNG TỰ HÀNH ”. Hiện nay, quá trình xây dựng, hoạt động thương mai buôn bán ở các khu công nghiệp, cảng và các ngành công nghiệp vận tải xếp dỡ. Việc sử dụng các máy móc, thiết bị như máy nâng, máy xếp dỡ là một điều tất yếu để có thể vận chuyển,hay xếp dỡ những kiện hàng co trọng lượng lớn cũng như việc tăng hiệu quả lao động. Hệ thống thủy lực trong máy nâng là hệ thống quan trọng nhất nó đảm bảo công tác làm việc chính.Do đó tính toán, thiết kế hệ thống thủy lực cũng như bảo trì hệ thống trong quá trình sản xuất là một việc quan trọng và không kém phần khó khăn. Bởi vậy Trong quá trình làm đồ án do kiến thức còn hạn chế, tài liệu chưa đầy đủ nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sự chỉ bảo của quý thầy cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn để em có thể hoàn thành tốt hơn và những đề tài về sau. Em xin chân thành cảm ơn ! Đà Nẵng, ngày 24 tháng 04 năm 2009. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thái An
5. Phần 1 : BỘ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH KHẢO SÁT TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM 1. Giới thiệu chung Muốn truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy, các thiết bị, ngoài dẫn động bằng cơ khí, điện thì trong những năm gần đây người ta còn dùng khí nén và chất lỏng. Truyền động thuỷ lực là tổ hợp các cơ cấu thuỷ lực và máy thuỷ lực, dùng môi trường chất lỏng làm không gian để truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác, trong đó có thể biến đổi vận tốc, lực, mô men, và biến đổi dạng theo quy luật của chuyển động. Theo nguyên lý truyền động, truyền động thuỷ lực chia làm hai loại: Truyền động thuỷ động và truyền động thuỷ tĩnh. Truyền động thuỷ tĩnh Quá trình truyền năng lượng giữa các bộ phận được thực hiện bằng áp năng của dòng chất lỏng, thường dùng các máy thể tích nên gọi là truyền động thể tích. Truyền động thuỷ tĩnh gồm có ba bộ phận: - Bơm: Nguồn cung cấp năng lượng cho chất lỏng ( biến cơ năng thành áp năng), thông thường dùng máy thể tích. - Động cơ thuỷ lực: Biến đổi áp năng dòng chảy thành cơ năng bằng cách thực hiện các chuyển động của nó ( thẳng, quay, kết hợp). - Phần tử trung gian ( phần tử thuỷ lực): Điều khiển hệ thống (đường ống, van một chiều, van an toàn, cơ cấu phân phối ). Truyền động thuỷ động Quá trình truyền cơ năng giữa các bộ phận máy được thực hiện bằng động năng của dòng chất lỏng. Là tổ hợp các máy cánh dẫn ( bơm, tuabin). Truyền động thuỷ động có hai loại: khớp nối thuỷ lực và biến tốc thuỷ lực thường được dùng trong các nghành động lực, giao thông vận tải. 2. Các bài thí nghiệm 2.1 Thí nghiệm 1 – Đồ thị đặc tính của bơm 1 - Các nguyên tắc cơ bản : Bơm thủy lực có khả năng thay đổi cơ năng thành thủy năng . Vì thế chúng được xem như là bộ phận chính của hệ thống thủy lực . Các thông số cần chú ý khi lựa chọn bơm cho một hệ thống thủy lực nào đó : lưu lượng , áp suất làm việc , hiệu suất , tốc độ , khả năng điều chỉnh chia dòng , áp suất , Một số loại bơm phổ biến : bơm bánh răng , bơm piston hướng kính , bơm piston hướng trục , bơm cánh quạt . Trong thí nghiệm này ta sử dụng bơm bánh răng với hệ thống bánh răng ăn khớp ngoài . 2 - Mô tả thí nghiệm :
6. Với thí nghiệm này ta sẽ xác định được đường đặc tính của bơm trong hệ thống thúy lực . Chúng ta sẽ điều chỉnh áp suất kết hợp điều chỉnh các van tiết lưu thích hợp để tìm ra các điểm , nối các điểm đó ta sẽ có được đường đặc tính cần tìm. 3 - Mô tả bài tập: Tiến hành thí nghiệm về đồ thị đường đặc tính của bơm , đo ,ghi lại số liệu và vẽ phát thảo đồ thị . Chú ý : để điều chỉnh lưu lượng dòng ta cần có van tiết lưu và để đo áp suất , ta cần 4 - Chuẩn bị: Cần có những thiết bị : - 1 bàn thí nghiệm (có đặt sẵn ống đo thể tích , động cơ , bơm , khung treo thiết bị, ) - 1 van tiết lưu DF2 - 1 áp kế với các đầu phân phối DZ2 - Các đoạn ống cao su - 1 đồng hồ bấm giây Trước khi tiến hành thí nghiệm , cần xem qua “các quy định an toàn ”. 5 - Lắp đặt thiết bị thí nghiệm : Lắp đặt bộ truyền theo các bước : 1. Chắc chắn rằng bơm đã được tắt nguồn , và dòng không bị nén . 2. Mắc van tiết lưu DF2 và áp kế DZ1 vào khung và khóa chặc lại . 3. Bây giờ nối bằng các đoạn ống cao su từ điểm P đến van tiết lưu DF2 ( tại điểm B). Đầu ra của van tiết lưu (tại điểm A) nên nối với ống đo tại điểm T1. Và kết nối thứ hai , là nối điểm P với một đầu của áp kế DZ1. 6 Tiến hành thí nghiệm : Tiến hành thí nghiệm theo các bước : 1. Kiểm tra lại cấu trúc mắc bộ truyền . 2. Kiểm tra lại độ ổn định toàn bộ các ống cao su bằng cách kéo nhẹ chúng . 3. Bấm nút đỏ để bật nguồn . 4. Để bơm hoạt động ta bấm nút xanh. 5. Thí nghiệm : Thể tích cần đo không phụ thuộc vào tiết lưu nhưng phụ thuộc áp suất a) Đặt áp suất của hệ thống là 15bar bằng cách chỉnh tiết lưu DF2 . Áp suất này có thể đọc được trên áp kế DZ1. Có thể vì một vài lý do khác (như nhiệt độ của dầu ) ta có thể đặt mức áp suất nhỏ nhất cao hơn 15bar , như khoảng 20bar . b) Đóng van hồi dầu AH của ống đo . Đo thời gian lượng chất lỏng dâng từ mức 1L lên 2L . Nếu ta chọn mốc thấp hơn ( từ 0L đến 1L ) thì sai số đo sẽ lớn hơn . Vì ở các mốc thấp , dòng bị chảy rối , sinh ra bọt trên bề mặt , dẫn đến khó khăn trong việc đọc chính xác các mốc cần đo . c) Lại tắt bơm , xả dầu trong ống đo bằng cách mở van hồi dầu .Cho đến khi ống đo trống rỗng ta lại khóa van .
7. d) Tiếp tục lặp lại thí nghiệm như mô tả ở mục a) , b) nhưng thay giá trị của áp kế bằng các giá trị như trong bảng ghi kết quả . e) Tắt bơm . 1.7 Bảng số liệu : P(bar) 15 20 25 30 35 40 45 t (s) Q (L/min) Giải thích kết quả thí nghiệm : Nếu ta so sánh đường đặc tính ta vẽ với đồ thị hình 1-1 , thì nó có phần dốc xuống hơn ở những điểm có áp suất cao mà có thể nhìn thấy ở biểu đồ 7 . Giải thích cho điều này là van giảm áp ở ngõ ra bơm bánh răng đã được điều chỉnh ở 50bar để giữ áp suất ở mức an toàn . Nếu vượt quá 50bar , một phần dầu đi qua van giảm áp sẽ được chuyển về bể chứa dẫn đến việc lưu lượng bị giảm đi => đồ thị bị dốc xuống. Van giảm áp là một điều bắt buộc với các bơm bánh răng vì : Bơm bánh răng thường phân phối dòng như nhau (không điều chỉnh được lưu lượng ) .Nếu không có van giảm áp , khi động cơ chịu một tải trọng lớn , quá tải hoặc hoạt động ở tốc độ cao, áp suất sẽ tăng nhanh chóng dẫn đến sự hư hỏng do các vật liệu của trang thiết bị , hay sự điều khiển của động cơ không chịu nổi . 1.8 Kết luận : 1. Tiết diện lưu thông càng nhỏ thì việc tăng áp suất càng dễ dàng . 2. Gía trị vật lý của áp suất và lưu lượng dòng chảy có thể được điều chỉnh bởi phương pháp tiết lưu . 3. Bơm bánh răng là bơm không đổi .Tức trên thực tế nó phân phối một lưu lượng không đổi . 1.2 Thí nghiệm 4 – xi lanh tác dụng kép 4.1 Mô tả thí nghiệm : Piston trong xilanh tác dụng kép có khả năng đẩy ra và co vào (vd: như ở cần trục máy đào ) .Nó được chia làm 2 loại : loại xilanh cần đơn với kích thước không gian khác nhau ở
8. hai bên piston và loại cần đôi với kích thước hai vung này là như nhau . Chính vì sự khác nhau về thể tích hai bên của xilanh cần đơn mà nó di chuyển với vận tốc khác nhau khi làm việc bằng cách điều chỉnh van dẫn hướng . Trong thí nghiệm này , van tiết lưu DZ2 được được sử dụng để điều khiển vận tốc di chuyển . Van tiết lưu hoặc những tấm chắn được đặt ở ngỏ ra của van dẫn hướng . Tất nhiên , bất kỳ laoij van tiết lưu nào , như van tiết lưu kiểm tra DF2 và van tiết lưu tinh DF1 đều có thể được sử dụng ở đây thay vì DZ2 . Van 4 cổng, 2 cách đặt DW3 được sử dụng để điều khiển dòng , từ đó dòng bị điều đến 2 ngăn của xilanh . 4.2 Mô tả bài tập : Xem xét chu trình thò ra và thụt vào của xilanh tại những vận tốc khác nhau . Vận tốc sẽ được điều khiển bởi van tiết lưu DZ2 . Áp suất được điều chỉnh bởi van giảm áp DD1 , và đọc thông số áp suất trên áp kế . 4.3 Chuẩn bị thí nghiệm : Các dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm : 1. Van dẫn hướng 4 cổng , 2 cách mắc DW3 2. Van tiết lưu DZ2 3. Van giảm áp DD1 4. Xylanh 5. Áp kế 6. Ống cao su Trước khi tiến hành thí nghiệm , cần xem qua “các quy định an toàn ”. 4.5 Lắp đặt thiết bị thí nghiệm : 1. Chắc chắn rằng bơm đã được tắt nguồn , và dòng không bị nén . 2. Lắp đặt theo bảng hướng dẫn : van dẫn hướng DW3 , van giảm áp DD1 , xylanh , van tiết lưu DZ2 , áp kế DZ1 , và khóa chặt chúng . 3. Bây giờ thì kết nối các bộ phận riêng lẻ đó bằng các ống cao su để được chu trình như biểu đồ . 4.5 Tiến hành thí nghiệm : Tiến hành thí nghiệm theo các bước : 1. Kiểm tra lại cấu trúc mắc bộ truyền . 2. Kiểm tra lại độ ổn định toàn bộ các ống cao su bằng cách kéo nhẹ chúng . 3. Bấm nút đỏ để bật nguồn . 4. Để bơm hoạt động ta bấm nút xanh. 5. Thí nghiệm : a) Điều chỉnh áp suất làm việc với van giảm áp DD1 cho đến khi áp kế chỉ 40bar .
9. b) Đặt đặt tiết lưu DZ2 sao cho thời gian kéo dài hết cỡ của xylanh là khoảng 5s . c) Đo thời gian và áp suất trong quá trình kéo dài . d) Đo áp suất tại điểm cuối cùng của xylanh và ghi vào bản kết quả . e) Lặp lại các bước c) , d) . f) Tắt bơm . g) Bây giờ tính vận tốc đẩy ra và thụt vào của xylanh theo phương trình : s m v = ( ) t s - Độ dài hành trình : s = 0,2 m - Thời gian : t in (s) - Vận tốc : vin (m/s) h) Tính tí số giữa thời gian đẩy ra và thụt vào : t(out) t(in) 4.7 Bảng giá trị : 4.8 Kết luận : 1. Xylanh tác dụng kép được xử dụng cho công việc cần cả 2 chuyển động đẩy ra và trở về . 2. Đối với xylanh cần đơn , sự khác nhau của lực và vận tốc phụ thuộc vào hướng đi của dòng . 3. Đối với xylanh cần đôi thì lực và vận tốc giống nhau theo cả hai hướng . Phần 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC 7 6 8 5 4 3 9 2 1
10. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực: Để tạo ra áp suất làm việc thì bơm (3) hút dầu từ bộ phận cấp dấu (bể chứa) cho hệ thống qua bình lọc dầu. lượng dầu này được đưa di qua van phân phối gồm các van đảo chiểu rồi qua dường ống dẫn đi vào các xy lanh thủy lực (7).Trên đường ống có các áp kế để theo dỏi áp suât và lưu lượng của hệ thống nhằm thay đổi kịp thời khi hệ thống làm việc. tại cơ cấu phân phối ta có các van dảo chiều và van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng. trên đường hồi dầu của hệ thống có lắp các van một chiều để có thể dể dàng điều chỉnh lưu lượng dầu về lại bưồng chứa. Phần 3: TÍNH TOÁN THUỶ LỰC VÀ TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 1.Thông số chọn : *Chọn xe theo mẫu : Chọn xe nâng tự hành bánh lốp KOMAT`SU có: Chiều dài cơ sở : 2300 mm Chiều dài toàn bộ : 3565 mm Chiều dài bàn nâng hàng : 1220 mm Chiều rộng cơ sở : 1450 mm Chiều rộng toàn bộ : 1960 mm Chiều cao xe toàn bộ : 2585 mm Chiều cao trần xe : 2440 mm Chiều dày bàn nâng hàng : 65 mm *Chọn thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực: Động cơ thuỷ lực( bộ phận chấp hành): Loại xi lanh lực tác dụng 2 chiều, có cần 1 phía. Có 2 xi lanh cùng làm việc song song với nhau. Bơm ( nguồn năng lượng) : Loại bơm rô to. Hiệu suất lưu lương của động cơ :  qd 0.97 Hiệu suất lưu lượng của bơm :  qd 0.87 Hiệu suất lưu lượng của đường ống :  qd 0.92 Hiệu suất cơ khí của động cơ là:  qd 0.95 Vận tốc chuyển động trung bình của xi lanh lực là: v = 0.075 m/s. Hành trình làm việc của piston : h = 1500 mm 2. Tính chọn xy lanh Lực: Sơ đồ phân bố áp suất và lực trên xi lanh như hình vẽ:
11. S1 Fmsp S2 P2 Fmsc P1 F Trong đó : Fmsp là lực ma sát giữa piston và xi lanh, lực này là lực ma sát nhớt.Như ta đã biết chất lỏng làm việc (dầu) ngoài ra còn có nhiệm vụ bôi trơn cho piston và xi lanh. Fmsc là lực ma sát giữa cổ xi lanh và thành piston, [KN ] F là tải trọng tác dụng lên cần piston ( trọng lượng của vật cần nâng), [KN] P1 là áp suất làm ở buồng làm việc (bên trái) của xi lanh, [Kpa] P2 là áp suất làm việc ở buồng bên phải (đối áp), [Kpa] Ta xem hệ thống có tổn thất áp suất là không đáng kể, bề rộng của van phân phối đủ lớn cho nên áp suất ở buồng làm việc P2 thông với bể chứa. Do sơ đồ ta sử dụng cặp xi lanh lực đồng tốc (mắc song song) nên khi hệ thống làm việc mỗi xi lanh sẽ chịu 1/2 tác dụng của tải trọng , 1/2 lưu lượng di vào làm việc, nhưng áp suất ở buồng làm việc là như nhau Do đó ta có : P1 = 16Mpa = 160 Kpa P2 = 1at = 98100 pa = 98,1 Kpa. F 10 tan F F 5tan = 50 KN. 1 2 2 2 Ta có phương trình cân bằng lực trên piston: P1S1 - P2S2 – Fmsp – Fmsc – F1 = 0 (1) Với: S1, S2 là diện tích làm việc của mặt piston ở buồng làm việc (bên trái) và buồng đối áp ( bên phải). F Ta có (1)  P1S1 - P2S2 = Fmsp + Fmsc + F1 = 1 (2) ckd  ckd là hiệu suất cơ khí của động cơ. 2 2 2 D D d F1 (2) => P1 P2 ( ) 4 4 4  ck
12. Trong đó D , d là đường lính của piston và cần piston Tỷ số d/D được chọn theo tiêu chuẩn áp suất làm việc Ta chọn d/D = 0,7. 2 2 2 D D 0,49D F1 => P1 P2 ( ) 4 4 4  ck 2 D F1 => (P1 0,51P2 ) 4  ck 4F1 4.50 => D 3 0.064 (m) chd (P1 0.51P2 ) 3,14.0.95.(16.10 0.51.98,1) = 64 (mm)  d = 64 . 0.7 = 44,8 (mm) Vậy ta chọn : Đường kính xi lanh là 65 (mm) Đường kính cần piston là 45 (mm). 3.Tính chọn bơm : Dể sử dụng bơm cho hệ thống thủy lực ta sử dụng bơm piston ro to hướng trục vì kết cấu của bơm roto hướng trục so với các loại bơm khác thì có hiệu suất cao hơn lại có thể diều chỉnh lưu lượng một cách hợp lý. Ngoài ra bơm piston roto hướng trục còn tiết kiệm được không gian nhỏ gọn hơn so với bơm khác. *Tính toán lưu lượng, công suất : Lưu lượng của mỗi động cơ mà hệ thống đã cung cấp cho động cơ để mỗi xi lanh lực chuyển động lên trên với vận tốc trung bình v = 0.075 m/s. Bỏ qua tổn thất rò rỉ trong xi lanh. Ta có : 2 2 3.14 4 3 QD v S1 v D 0.075 0.064 2.41 10 (m / s) 4 4 Qct 0.241(l / s) Công suất của mỗi xi lanh lực là : 4 3 N D F v p1 S1 v1 p1 Q1 2.41 10 16 10 3.856(KW ) Lưu lượng lý thuyết của bơm tối thiểu để cung cấp cho h ệ th ống : 4 4 3 QBll 2 QD 2 2.41 10 4.82 10 (m / s) Tương tự ta có côg suất l ý thuy ết c ủa b ơm cung c ấp cho h ệ th ống. N B 2 N D 2 3.856 7.712(KW ) Tương tự ta có côg suất l ý thuy ết của bơm cung c ấp cho h ệ th ống:
13. N Bll 2 N D 2 3.856 7.712(KW ) Thực tế trong tính toán thiết kế khi hệ thống làm việc thì phải kể đến sự rò rỉ dầu trong hệ thống thông qua hiệu suất thể tích, tổn thất công suất thông qua hiệu suất cơ khí. Do đó lưu lượng cần thiết của bơm cung cấp cho hệ thống là : QBll QBll QBtt Q QD QB Qd Với : Q là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của hệ thống . QD là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của động cơ thuỷ lực QB là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của bơm Qd là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của hệ thống đường ống. 4 QBll 4.82 10 4 3 3 => QBtt 6.15 10 (m / s) = 615( cm /s) QD QB Qd 0.98 0.87 0.92 Tương tự ta có côg suất cần thiết của bơm cung cấp cho hệ thống : N Bll 7.712 N B 8.57(KW ) ckB 0.90 Trong đó ckB là hiệu suất cơ khí của bơm. Vậy để chọn bơm ta sử dụng loại bơm piston roto hướng trục với công suất có công suất tối thiểu 8.03 KW để cung cấp dầu cho hệ thống. Tra sổ tay sử dụng các loại bơm thuỷ lực ta chọn loại bơm piston roto hướng trục kiểu 210-12 có các thông số : Lưu lượng riềng : q = 26.4 (vòng / cm3 ) Áp suất dầu ra khỏi bơm : P = 16 Mpa Áp suất dầu ra khỏi bơm lớn nhất : P = 20 Mpa Bơm được dãn động trực tiếp bởi động cơ điện có : Số vòng quay định mức 2400 (vòng/phút) Công suất tối định mức : 10 ( KW ) Kiểm tra các thông số của bơm ta đã chọn : Lưu lượng của bơm cung cấp cho hệ thống : q n 26.4 2400 Q B B 1056(cm3 / s) > 615 ( cm3 /s) B 60 60 Khi cần đẩy chất lỏng ra khỏi bơm với lưu lưọng yêu cầu thì cột áp do bơm tạo ra là : N B 10 6 2 p 6 0.0163 10 (KN / m ) 16.3Mpa QB 615 10 Vậy bơm ta chọn thoả mãn yêu cầu về cột áp và lưu lượng cần cung cấp cho hệ thống.
14. B A 5 Chú thích : 1- xylanh ; 2 - piston ; 3 : đĩa nghiêng phân phối ; 4 : thân bơm ; a , b – các lỗ dẫn chất lỏng ; A, B - bọng hút và bọng đẩy. Chọn động cơ điện dẫn động bơm : Số vòng quay của loại bơm piston ro to mà ta chọn là tương đối lớn nên có thể dẫn động trực tiếp bằng động cơ điện. Công suất động cơ điện dẫn động bơm cho bơm là : N B 10 N DC 10.21(KW )  dc 0.98 Trong đó ηdc là hiệu suất của động cơ điện lấy ηdc = 0.98 Chọn động cơ có công suất là 11 (KW) 3.Tính chọn các phần tử thuỷ lực : 3.1 Hệ thống đường ống, lưới ống.
15. Trong hệ thống truyền động thuỷ lực, ống dẫn dầu chuyên làm nhiệm vụ dẫn dầu tùe bộ phận công tác này sang bộ phận công tác khác của hệ thống.Ta chọn đường ống dẫn dầu là các ống dẫn bằng kim loại và laọi chụi áp lực trung bình. Bởi vì loại đường ống này dùng nhiều đối với máy xây dựng và xếp dỡ . Tuy nhiên khi chọn ống ohải kiểm tra lại hệ số Raynol phải thoả mãn Re 2320 Với sơ đồ, hệ thống thuỷ lực như hình vẽ thì lưu lượng dầu vào mỗi xi lanh lực sẽ bằng 1/2 lưu di ra từ ống đẩy của bơm. Ta tính toán cho đường ống hút, đẩy của bơm, đường ống vào và ra khỏi xi lanh lực . a) Đường ống vào và ra của xi lanh lực : *Đường ống vào : Đường ống này nối ống đẩy của bơm và nối với buồng làm việc(phía dưới) của xi lanh lực Từ phương trình lưu lượng ta có : d 2 v Q h h trong đó ; D 4 d :đường kính tiết diện dây dẫn vh :vận tốc dòng dầu chảy trong ống dẫn , với vh = (1,5  2,5) m/s chọn voh = 2m/s . Do đó đường kính của ống hút được xác định ; 4 Q 4 2.41 10 4 d D 4. 0.0124(m) =12.4(mm) vh 3.14 2 Chọn lấy d = 13 (mm) Chiều dày của ống được tính theo công thức : p d 2  Với : p(N/mm2 )- áp suát làm việc của ống d (mm)- đường kính trong của ống ( mm) – chiều dày của ống.  (N/mm2 )- ứng suất bền của ống. p d 16 13 => 1.04 (mm) 2  2 100 *Đường ống đẩy : Đường ống này dẫn dầu từ cửa ra của động cơ về bể chứa thông qua cơ cáu phân phối. Với đường ống đẩy ra ngoài xy lanh ta có vd = (1  2) m/s chọn vd = 1m/s Tương tự ta tính được đường kính của ống đẩy : 4 Q 4 1.22 10 4 d D 0.0125(m) 12.5mm vh 3.14 1
16. Trong đó QD là lưu lượng của buồng đối áp( phía trên) của xi lanh được tính theo công thức : (D 2 d 2 ) 3.14(0.0642 0.0452 ) Q v S v 0.075 1.22 10 4 (m3 / s) D 2 4 4 Ta chọn đường kính đoạn ống này bằng 13 mm Chiều dày thành ống : p d 16 13 1.04 (mm) 2  2 100 b) Ta chọn đường ống hút vàg đẩy của bơm. Đê đơn giản ta ta xem 2 đoạn đường ống này có đường kính như nhau , Tương tự như trên ta cũng tính được đường kính, chiều dày của các đoạn ống này 4 Q 4 6.15 10 4 d B 0.0198(m) 19.8mm vh 3.14 2 Ta chọn đường kính các đoạn ống này là 20 mm Chiều dày thành ống : p d 16 13 1.6 2  2 100 3.2.Cut nối : Khác với đường ống dẫn dầu, cút nối chỉ đóng vai trò chuyển hướng truyền dẫn dầu hoặc được nối trung gian giữa các đường ống với nhau, hay giưa đường ống với các chi tiết , cụm và các máy thuỷ lực khác. 3.3.Thùng dầu thuỷ lực : Trong hệ thống thuỷ lực thùng dầu có những công dụng như sau : - Dự trữ toàn bộ lượng dầu cần thiết phuc vụ cho hệ thống - Góp phần làm mát dầu, - Góp phần làm sạch dầu nhờ có lưới lọc bố trí trong thùng hoặc tạo điều kiện cho các chất bẩn, mạt kim loại,bụi, chứa trong dầu được lắng đọng -Đổi mới dầu thông qua việc bổ sung hoặc thay thế dầu trong qua trình hoạt động của máy . Sơ đồ cấu tạo và cách bố trí đường ống trong thùng chứa dầu 5. các loại van :
17. Van là loại phần tử phổ biến trong hệ thống truyền đọng thuỷ lực. Nhờ phối hợp hợp lý các loại van trong hệ thống truyền động thuỷ lực, chúng ta có thể tạo nên được chế độ làm việc ổn định của truyền động theo ý muốn. Căn cứ theo chức năng của van mà chúng ta chia chúng thành các loại : 5.1.Van một chiều: Hình 4.Sơ đồ kết cấu van một chiều kiểu van bi. Chú thích: 1,6 - Ống nối ; 4 - Lò xo ; 2 - Đế van ; 5- rãnh dẫn hướng 3 – Viên bi ; A, B, C - Các khoang chất lỏng Van một chiều dùng để đưa chất lỏng theo một chiều và không cho chảy ngược lại. Dùng để điều chỉnh dòng chất lỏng theo một chiều đã chọn trước. Van một chiều được ở trên đuẹoc cấu tạo từ 2 ống nối 1 và 6 liên kết với nhau bằng ren. Trong có rãnh dẫn hướng 5 lò xo 4 và viên bi 3. Viên bi 3 tựa lên đế van 2 và được ép bằng lò xo 4.Rãnh dẫn hưỡng 5 có tác dụng giữ cho nắp van khi tì vào đé van thì không bị lệch. Chất lỏng có áp lực đi đến khoang A, tác động lên viên bi 3 dễ dàng thắng lực lò xo 4 và chảy vào khoang B nối thông với khoang C. Nếu áp lực trong khoang B lớn hơn áp lực trong khoang A và sự chênh lệch áp suất trong đó càng lớn thì viên bi càng bị ép mạnh vào đề van chừng ấy. Như vậy, chất lỏng chỉ có thể chảy từ A và B. Quá trình chảy ngược lại không thể xảy ra. Phân loai: Dựa vào cấu tạo của nắp van ngời ta chia ra làm 3 loai: van hình côn, van bi, van piston.
18. Khi mở thì ứng lực của lò xo phải rất nhỏ để thắng sức cản chất lỏng là được(tổn thất năng lượng ít nhất) con đối van piston thì ứng lực của lò xo phải lớn them một ít vì còn phải thắng ma sát giữa piston và xi lanh. Kí hiệu van 1 chiều Van 1 chiều loại bi cầu. 5.2.Van oan toàn: Van oan toàn có tác dụng đảm bảo cho hệ thống được oan toàn khi quá tải . Với công dụng như trên, tuỳ theo yêu cầu công việc và đặc điểm cấu tạo van toàn có nhiều chức năng khác nhau.Tuy vậy trtong hệ thống truyền động thuỷ lực máy xây dựng và máy xếp dỡ, van oan toàn có 2 chức năng quan trọng nhất. - 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 không vượt quá áp suất oan toàn cho phép. Nếu vượt qua áp lực này, các đường ống có thể bị nứt vỡ , chi tiết trong bộ phận mãy dễ bị mòn, gẫy nhanh chóng Nó được đặt trên đường ống chính có áp suất cao.Nguyên 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 lò xo có khi có cả đối áp của chất lỏng. Nếu áp lực của chất lỏng nhỏ hơn ứng lực của lò 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 oan toàn có lò xo cứng hơn nhiều Phân loại: - Van chỉ làm việc khi hệ thống quá tải thì gọi là van kháng đỡ. -Van làm việc liên tục thì gọi là van tràn.
19. Dựa vào sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực và áp suất làm việc của hệ thống ta chọn loại van cho hệ thống là van kháng đỡ dẫn động trực tiếp bằng lò xo. Sơ đồ cấu tạo của van: 5.2.1 Tính van an toàn tác dụng gián tiếp 1 5 2 p2 b 3 e 4 c p1 a p3 d 6 1- Lò xo; 2- Bi cầu; 3- Lò xo; 4- Van trượt; 5- Bu lông điều chỉnh; 6- Giảm chấn( tiết lưu) Hoạt động: - Khi van không làm việc: Chất lỏng ở các buồng a, b, c, d, e. - Khi van làm việc: Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép ( p1>[p] ) thì van an toàn kiểu bi mở ra. Chất lỏng chảy từ a đến d, b rồi về thùng chứa. Khi chất lỏng chảy qua van bi (2) thì một sự chênh lệch áp suất được tạo ra ( do dầu bị tổn thất áp suất khi qua tiết lưu 6) giữa buồng e và c làm van trượt (4) chuyển động động theo hướng mở đường thông giữa buồng a và buồng f. Do đó, chất lỏng chảy từ buồng a qua buồng f rồi chảy về thùng. Tính toán van kiểu bi:
20. x x0 F d Hình Sơ đồ tính toán van kiểu bi x0: biến dạng ban đầu tạo lực căng của lò xo d : đường kính lỗ F : lực sinh ra do áp suất p tác dụng lên bi C : độ cứng lò xo R : Đường kính bi cầu X : Biến dạng lò xo khi van làm việc ( khi có dầu tràn). d1 chọn d1=5 mm r 2.5 mm 2 D đường kính bi cầu: D=12 mm R 6 mm 2 2 2 2 2 -3 có: h1 R r h1 =5.454 6 mm=5.454×102.5 m -3 -3 -3 h=R-h1=6×10 -5.454×10 =0.5456×10 m Diện tích chỏm cầu ( phần chịu tác dụng của áp suất p) R R h1 h1 R r h h 2 2 -3 2 -3 2 -5 2 A1 (r h ) =3.14×[(2.5×10 ) +(0.5456×10 ) ]=2×10 m Chọn lò xo: C.155.310.0320.I có các thông số như sau: [I] Số Đường Đường Chiều Độ Vật Đường Nén Trọng vòng kính kính dài tự cứng liệu kính tối đa lượng xoắn dây ngoài nhiên (N/mm) trong (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 7.3 3.1 15.5 32 80.729 Inox 9.3 24.18 16.936 Khi máy hoạt động, nếu lực F do áp suất dầu p 1 tác dụng lên bi cầu lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo Flx và trọng lượng của bi cầu thì bi cầu sẽ dịch chuyển lên trên cho phép dầu chảy về thùng chứa. Lúc này ta có phương trình cân bằng lực: P1×A1= Flx+ mbi×g (1) Do trọng lượng bi nhỏ nên có thể bỏ qua (1) p1×A1=Flx (2) Trong đó: Flx=C×(X)=C×(x0+x). Tại thời điểm van bắt đầu mở: p1=[p], X=x0 (2) [p]×A1=C×x0
21. [ p] A x 1 (3) 0 C Với [p] = 16 Mpa = 16×106 N/m2 [2] C=80.729 N/mm = 80.729×103 N/m Thay vào (3) ta có: 16 106 2 10 5 x 0.00396 m = 3.96 mm 0 80.729 103 -Khi có dầu tràn ( van kiểu bi làm việc): 5.3.Cơ cấu tiết lưư: Cơ cấu tiết lưu dùng để điều chỉnh hay hạn chế lượng chất lỏng trong hệ thống bằng cách gây sức cản đối với dòng chảy, được thực hiện bằng cách thay đổi tiết diện lỗ đi qua của van tiết lưu. Phân loại : tiết lưu điều chỉnh được và không điều chỉnh được -Tiết lưu Không điều chỉnh được: Sử dụng trong các hệ thống, thiết bị máy móc của các hệ thống truyền động để gây chênh áp giưua 2 khoang làm việc nào đó hoặc để hạn chế dao động áp suất do chất lỏng va đập với các chi tiết khác. Thông thường loại tiết lưu này có dạng lỗ nên gọi là tiết lưu lỗ. Nếu nó làm nhiệm vụ giảm chấn thì còn gọi là tiết lưu giảm chấn. -Tiết lưu điều chỉnh được: Nếu đặt nó trên hệ thống lưới ống thì lưu lưọng của nó thay đổi thì tốc độ của động cơ thuỷ lực thay đổi.Nó được dùng trong các hệ thống cần dùng để điều chỉnh vận tốc của động cơ thuỷ lực. Tiết lưu cố định Tiết lưu không cố định
22. Lưu lượng chất lỏng qua của lưu thông của van tiết lưu được tính theo công thức: p p Q  F 2g  F 2  g Trong đó : p - độ chênh áp suất ở trước và sau cửa tiết lưu. F - diện tích cửu lưu thông  - hệ số lưu lượng. khi F= const thì Q= f( p) Khi tiết lưu dòng chảy, thì phái sinh nhiệt trong chất lỏng, việc đó gây nên tổn thất áp lực và giảm hiệu suất của sự dẫn động thủy lực. Nhưng sự khác nhau về lực khi điều chỉnh van tiết lưu là không đáng kể. Trong hệ thống thủy lực, van tiết lưu thường được lắp trên ống dẫn cao áp (điều chỉnh đường vào) hoặc lắp trên đường dầu hồi (điều chỉnh đường ra) hoặc lắp song song với động cơ thủy lực. Trong hệ thống thủy lực tùy theo mục đích yêu cầu, nguyên lý làm việc của từng cơ cấu vận hành mà các dạng van và cách bố trí khác nhau, chẳng hạn van tiết lưu dùng để hạn chế tốc độ hạ cần do tác dụng tải trọng của trọng lượng thiết bị, dùng để thay đổi tốc độ của cơ cấu thừa hành 5.4.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. 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 hoạc 4 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, Trong máy xây dựng và xếp dỡ thì van phân phối bốn cửa được điều khiển bằng nam châm điện hoặc cần gạt được sử dụng phổ biến nhất.
23. Cấu tạo của van phân phối 3 của 2 vị trí Khi lựa chọn van phân phối, cần phải cắn cưứ vào tính năng kỹ thuật quan trọng nhất như kiểu đóng mở van, áp lực và lưu lưọng dầu công tác Hệ thống tuyền động này ta sử dụng van phân phối 4 cửa. A-A p 1 2 0 Khoá phân phối kí hiệu van phân phối 4 cửa 5.5.Bộ lọc dầu: Trong hệ thống truyền động thuỷ lực, bộ lọc dầu tuy nhỏ, rẻ tiền nhưng đóng vai trò rất quan trọng cho quá trình làm sạch dầu công 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. Một bộ lọc dầu được gọi là tốt nếu chúng đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật sau: -Lọc sạch đượic tất cả mọi tạp chất kể cả dạng huyền phù đang chứa trong dầu , nhất là giữ đựoc 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 kyc thuật. - Cấu trúc gọn nhỏ , giá thành hạ.
24. Đối với hệ thống truyền động thuỷ lực của các máy xếp dỡ người ta sử dụng hai kiểu lọc dầu : cưỡng bức và tự nhiên. Đối với hệ thống đang sử dụng ta chọn lọc dầu tự nhiên vì có công suất trung bình. Sơ đồ cấu tạo cách đặt lưới lọc dầu lắp trên hệ thống. a b Phần 3: ĐIỀU CHỈNH VẬN TỐC , CHỌN DÂU, BẢO DƯỠNG 1. Điều chỉnh vô cấo tốc đô của bộ phận chấp hành : Đối với máy xây dựng và xếp dỡ việc điều chỉnh tốc độ của bộ phận chấp hành (xi lanh lực )là rất cần thiết nhằm đảm sự làm việc cần thiết của hệ thống phù hợp với trạng thái hoạt động của máy , từ đó sẽ nâng cao tính hiệu quả kinh tế- kỹ thuật trong khai thác hệ thống truyền động thuỷ lực nói riêngvà toàn bộ máy nói chung.Trong các loại máy việc điều chỉnh tốc độ xi lanh chạy nhanh hay chậm đặc biệt là điều chỉnh vô cấp đã trở thành yêu cầu kyc thuật bắt buộc . Như vậy ta sẽ thay đổi được quan hệ giữa lực và vận tốc tạo đựoc tốc độ đáp ứng theo yêu cầu có 2 phương pháp điều chỉnh: -Thay đổi lưu lượng bơm thuỷ lực kiểu có cơ cấu điều chỉnh vô cấp. Với loại bơm ta sử dụng cho hệ thống là bơm piston rôto hướng trục rất đẽ điều chỉnh. - Điều chỉnh bằng tiết lưu ( khi bơm không điều chỉnh được) 2.Chọn dầu: Nhiệm vụ quan trọng nhất của dầu thuỷ lực là truyền tải năng lưọng nhưng nó còn có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát sinh ra do sự chuyên động của các chi tiết trong hệ thống, điều này sinh ra nhiệt năng. Ngoài ra dầu thuỷ lực còn loại bỏ các hạt răn, tập chất bẩn và ma sát ra khỏi hệ thống, chống lại sự ăn mòn. Yêu cầu dầu thuỷ lực: - Đặc tính bôi trơn tốt, - Đặc tính ăn mòn tốt, - Độ nhớt phù hợp,
25. - Hạn chế sự ăn mòn, - Đặc tính chống tạo bọt khí tốt, ngăn nứoc tốt, hạn chế hiện tượng xâm thực khi hệ thống làm việc ở áp suất cao. Dầu thuỷ lực phổ biến nhất là dầu gốc khoáng loại CETOP RP75H được dùng rất rộng rãi.Tuy nhiên dùng nhiều loại khác nhau đem lại nhiều lợi ích hơn chỉ sử dụng một loại đặc biệt nào đó đặc biệt là trong hệ thống truyền thuỷ lực của các máy xây dựng và máy xếp dỡ. 3. Bảo dưỡng hệ thống thủy lực cho máy: Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống thủy lực máy cẩu là một công việc bắt buộc phải thực hiện trong một khoảng thời gian sử dụng nhằm mục dích : - Kiểm tra phát hiện những hư hỏng đột xuất. - Chăm sóc các hệ thống, các cơ cấu đảm bảo cho hệ thống làm việc lâu dài. - Giữ gìn hình thức bên ngoài. - Kiểm tra cung cấp nhiên liệu, dầu mỡ, nước làm mát . v v - Kiểm tra hệ thống các cụm của máy khi cần thiết phải siết chặt các mối ghép. - Lau sạch dầu cặn, bơm mỡ ở các khớp nối. - Kiểm tra, điều chỉng và thay thế các loại nan, bầu lọc trong hệ thống. - Kiểm tra và điều chỉnh căng giải xích. - Kiểm tra và siết chặt các mối ống dẫn của hệ thống thuỷ lực -Thay thế các bộ lọc. -Thay dâu trong các hộp giảm tốc. - Kiểm tra độ mỡ của các đĩa phanh (5  10) mm. - Kiểm tra và điều chỉnh giá trị náp lực làm việc của cac van an toàn. - Bảo dưõng theo mùa : Được thực hiện ở các nước có khí hậu lạnh và theo mùa trong năm. chất lỏng công tác trong hệ thống thuỷ lực. Thay dầu nhờn trong các hộp giảm tốc của bộ quay bộ phận di chuyển Kiểm tra sự làm việc của bộ ra nhiệt, hệ thống sưỏi guồng lái hoặc sự làm việc quạt gió. Nói chung thì có một số chi tiết và vấn đề cần được quan tam trong quá trình bảo dưỡng và sửa chửa hệ thống thủy lực bánh xích là - Kiểm tra dầu - Kiểm tra các khớp nối - Kiểm tra khả năng làm việc an toàn của các van hệ thống. -Tính bảo đảm của hệ thống xy lanh pit tông thủy lực.
26. Tài liệu tham khảo: [1] -Thuỷ lực và máy thuỷ lực ; tập 1,2 Tác giả : Nguyễn Phước Hoàng-Phạm Đức Nhận-Nguyễn Thạc Tân., nhà xuất bản Đại Học Và Trung Học Chuyên Nghiệp -1979 [2] -Giáo trình truyền động thuỷ lực Tác giả: Thầy Trần Xuân Tuỳ - khoa cơ khí giao thông – ĐHBK Đà Nẵng [3]- Truyền động thuỷ lực trong các máy công trình.