Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác trên xe xúc lật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN QUỐC BẢO NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG GÀU CÔNG TÁC TRÊN XE XÚC LẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS HỒ HỮU HẢI Hà Nội – năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Theo Quyết định số 2441 /QĐ-ĐHBK-SĐH ngày 27 tháng năm 2013 Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội việc giao đề tài luận văn thạc sĩ Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu mô hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật” nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Hồ Hữu Hải Đây đề tài khơng có trùng khớp với đề tài khác hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đề tài Các số liệu, kết trình bày luận văn hoàn toàn trung thực Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2014 Học viên cam đoan Trần Quốc Bảo LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả Luận văn này, tơi xin tỏ lịng biết ơn chân thành đến PGS TS Hồ Hữu Hải, người thầy thời gian qua hướng dẫn, tư vấn hỗ trợ cho tơi tận tình để thực hoàn thành luận văn theo tiến độ đề Đồng thời, chân thành cảm ơn đến quý thầy, quý cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội sở đối tác Trường tạo điều kiện tốt cho thời gian học làm đề tài luận văn Tôi gởi lời cảm ơn đến quý Lãnh đạo anh, chị đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện sở vật chất, thiết bị thời gian học làm đề tài luận văn Tôi chân thành tỏ lịng biết ơn đến gia đình, cha, mẹ, anh, chị, em đặc biệt vợ khuyến khích, động viên, chia hỗ trợ tơi suốt thời gian qua Cuối gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể học viên lớp 13ACKĐL-VL, gia đình bạn bè quan tâm, động viên chia với thời gian học tập làm luận văn./ Tác giả: Trần Quốc Bảo MỤC LỤC Trang Trang bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị LỜI MỞ ĐẦU .1 Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG GÀU CÔNG TÁC TRÊN XE XÚC LẬT 1.1 Xe xúc lật .3 1.2 Hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật 1.3 Bơm 17 1.4 Van điều khiển 19 1.4.1 Vị trí nâng cần 20 1.4.2 Vị trí hạ cần .20 1.4.3 Vị trí nâng gàu 21 1.4.4 Vị trí lật gàu 21 1.5 Van an toàn 22 1.6 Xilanh nâng cần xilanh gàu 23 1.7 Các nghiên cứu hệ thống thủy lực dẫn động điều khiển gàu xúc 23 1.8 Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài 25 1.9 Ý nghĩa đề tài .25 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG GÀU CÔNG TÁC TRÊN XE XÚC LẬT .26 2.1 Sơ lược Matlab – Simulink 26 2.1.1 Phần mềm Matlab .26 2.1.2 Phạm vi ứng dụng phần mềm Matlab 26 2.1.3 Sử dụng SIMULINK mô hệ động lực 27 2.2 Mơ hình mơ bơm .29 2.3 Mơ hình mô van điều khiển 30 2.4 Mơ hình mơ van an toàn 35 2.5 Mơ hình mơ lực cản 37 2.6 Mơ hình mơ xilanh lực dẫn động gàu cơng tác .38 2.7 Mơ hình mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật 41 Chương MÔ PHỎNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG GÀU CÔNG TÁC TRÊN XE XÚC LẬT .42 3.1 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi tốc độ quay bơm 43 3.2 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi lực tác dụng lên gàu 47 3.3 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật tốc độ động thay đổi đột ngột 52 3.3.1 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật tốc độ động tăng đột ngột 52 3.3.2 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật tốc độ động giảm đột ngột 55 3.4 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản thay đổi đột ngột 59 3.4.1 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản tăng đột ngột .59 3.4.2 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản giảm đột ngột 63 KẾT LUẬN .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT - D: đường kính phân bố xilanh (m) - d: đường kính xilanh (m) - z: số píttơng bơm - α: góc nghiêng điều chỉnh bơm - Q1: lưu lượng bơm (m3/s) - ξ: hệ số điều chỉnh bơm - n: số vòng quay bơm (vịng/s) - Vg: thể tích dầu/vịng (m3/vịng) - xv: dịch chuyển trượt van - Qd: lưu lượng lý thuyết van - xvd: dịch chuyển danh định (lớn nhất) trượt van - ∆pd: chênh lệch áp suất van - pP, pA, pB, pT: áp suất cửa P, A, B, T van - Pvao: áp suất cửa vào P van - Pra: áp suất cửa A van - xv: dịch chuyển trượt van - Qpa: lưu lượng từ cửa P qua cửa A van - Qbt: lưu lượng từ cửa B qua cửa T van - Qat: lưu lượng từ cửa A qua cửa T van - Qpb: lưu lượng từ cửa P qua cửa B van - K: mô đun đàn hồi dầu thủy lực - V1: thể tích van - p2: áp suất làm việc hệ thống - p01: áp suất điều chỉnh van an toàn - zvtran: hệ số lưu lượng qua van an tồn - Fc: lực cản đóng vật liệu - Sa: diện tích píttơng buồng cơng tác - Sb: diện tích píttơng buồng chạy khơng - F: Lực cản (N) - Fms: Lực cản ma sát dầu sinh cần xilanh chuyển động DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi tốc độ quay bơm 46 Bảng 3.2 Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi lực tác dụng lên gàu 50 Bảng 3.3.1 Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật tốc độ động tăng đột ngột 55 Bảng 3.3.2 Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật tốc độ động giảm đột ngột 58 Bảng 3.4.1 Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản tăng đột ngột 62 Bảng 3.4.2 Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản giảm đột ngột 66 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1-1 Xe xúc lật di chuyển xích Hình 1-2 Xe xúc lật di chuyển lốp Hình 1-3 Cấu tạo chung xe xúc lật Hình 1-4 Thơng số xe xúc lật Hình 1-5 Hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật Hình 1-6 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật Hình 1-7 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật nâng cần Hình 1-8 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật hạ cần 10 Hình 1-9 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu cơng tác xe xúc lật vị trí di chuyển 12 Hình 1-10 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu cơng tác xe xúc lật vị trí lật gàu 14 Hình 1-11 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu cơng tác xe xúc lật vị trí nâng gàu 16 Hình 1-12 Bơm 17 Hình 1-13 Bơm píttơng hướng trục 18 Hình 1-14 van servo 19 Hình 1-15 Vị trí nâng cần 20 Hình 1-16 Vị trí hạ cần 20 Hình 1-17 Vị trí nâng gàu 21 Hình 1-18 Vị trí lật gàu 21 Hình 1-19 Ký hiệu van an tồn 22 Hình 1-20 Van an tồn kiểu van bi 22 Hình 1-21 Xi lanh thủy lực 23 Hình 2-1 Sơ đồ mơ bơm dẫn động gàu công tác xe xúc lật 30 Hình 2-2 Sơ đồ van điều khiển 30 Hình 2-3 Sơ đồ mơ lưu lượng QPA 31 Hình 2-4 Sơ đồ mơ lưu lượng QBT 32 Hình 2-5 Sơ đồ mơ lưu lượng QAT 32 Hình 2-6 Sơ đồ mơ lưu lượng QPB 33 Hình 2-7 Sơ đồ mơ van điều khiển hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác 34 Hình 2-8 Sơ đồ mơ lưu lượng qua van an tồn 35 Hình 2-9 Sơ đồ mơ lưu lượng qua van an tồn 36 Hình 2-10 Sơ đồ mơ lưu lượng qua van an tồn 37 Hình 2-11 Sơ đồ mơ lực cản gàu 38 Hình 2-12 Sơ đồ phân tích lực xi lanh 38 Hình 2-13 Mơ hình mơ xi lanh lực 40 Hình 2-14 Mơ hình mơ hệ thống thủy lực dẫn động gàu 41 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi tốc độ quay bơm Hình 3-1 Đồ thị tốc độ quay cua bơm 43 Hình 3-2 Đồ thị lực cản 44 Hình 3-3 Đồ thị áp suất 44 Hình 3-4 Đồ thị khoảng dịch chuyển cần xilanh 45 Hình 3-5 Đồ thị vận tốc dịch chuyển cần xilanh 45 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi lực tác dụng lên gàu Hình 3-6 Đồ thị tốc độ quay bơm 48 Hình 3-7 Đồ thị lực cản 48 Hình 3-8 Đồ thị áp suất 49 Hình 3-9 Đồ thị khoảng dịch chuyển cần xilanh 49 Hình 3-10 Đồ thị vận tốc dịch chuyển cần xilanh 50 3.4.2 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản giảm đột ngột 36 35.8 35.6 35.4 Toc quay cua bom (vong/s) 35.2 35 34.8 34.6 34.4 34.2 34 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Thoi gian (s) Hình 3-26 Đồ thị tốc độ quay bơm 63 1.6 1.8 x 10 2.5 Luc can (N) 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Thoi gian (s) Hình 3-27 Đồ thị lực cản giảm đột ngột x 10 2.5 Dong dau ap luc cao Dong dau ap luc thap Ap suat (N/m2) 1.5 0.5 -0.5 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thoi gian (s) Hình 3-28 Đồ thị áp suất lực cản giảm đột ngột 64 1.8 0.18 0.16 0.14 Khoang dich chuyen cua can xilanh (m) 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Thoi gian (s) Hình 3-29 Đồ thị khoảng dịch chuyển cần xilanh lực cản giảm đột ngột 0.4 0.35 0.3 Van toc dich chuyen cua can xilanh (m/s) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 -0.05 -0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thoi gian (s) Hình 3-30 Đồ thị vận tốc dịch chuyển cần xilanh lực cản giảm đột ngột 65 1.8 Bảng 3.4.2 (Kết mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật lực cản giảm đột ngột) Lực cản (N) Ban đầu Giảm đột Ban đầu Giảm đột ngột Tốc độ quay cua bơm (vong/s) Hệ số cản xilanh Áp suất cao đạt giá trị ổn định (N/m2) Thời gian áp suất cao bắt đầu giảm (s) Khoảng dich chuyển cần xilanh (m) ngột 287040 89946 287040 56879 35 35 35 35 0,15 0,15 0,15 0,15 2,4057.107 7,9018.106 2,4057.107 5,1914.106 1 1 0,1621 0,1621 0,162 0,162 0,0811 0,0811 0,0811 0,0811 Vận tốc dich chuyển cần xilanh đạt giá trị ổn định lớn (m/s) Các kết mơ q trình dẫn động gàu công tác xe xúc lật với số lực tác dụng lên gàu giảm khác thể phần phụ luc Từ kết mô ta có nhận xét: - Khi lực tác dụng lên gàu giảm đột ngột áp suất xilanh giảm theo - Khi lực tác dụng lên gàu giảm đột ngột khoảng dịch chuyển cần xilanh xem không thay đổi - Khi lực tác dụng lên gàu giảm đột ngột vận tốc dịch chuyển cần xilanh tăng khoảng thời gian ngắn nhanh chóng ổn định trở lại Vậy lực tác dụng lên gàu giảm đột ngột ảnh hưởng đến áp suất xilanh giảm theo, vận tốc dịch chuyển cần xilanh tăng khoảng thời gian ngắn, không ảnh hưởng đến khoảng dịch chuyển cần xilanh 66 KẾT LUẬN Đề tài đạt mục tiêu nội dung đặt ra, cụ thể bao gồm nội dung sau: - Tìm hiểu hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật - Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phần mềm Matlab – Simulink - Mô khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu đến thông số làm việc hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi: Tốc độ số vòng quay bơm piston; Hệ số cản xilanh; Lực tác dụng lên gàu, kết đạt dạng đồ thị áp suất, độ dịch chuyển vận tốc dịch chuyển cần xilanh dẫn động gàu công tác Tuy nhiên đề tài cịn số hạn chế q trình thực sau: Chưa tiến hành thực nghiệm để kiểm nghiệm kết quả, dừng lại nghiên cứu lý thuyết; Tiến hành thực nghiệm để kiểm nghiệm kết phần lý thuyết 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Hữu Hải, Model hydrostatickeho pohonu se dvema hydromototy v MATLABU-SIMULINKU PGS.TS Lê Kim Truyền - TS Vũ Minh Khương, Sổ tay máy làm đất, Nhà xuất xây dựng Hà Nội 2011 Nguyễn Tiến Dũng - Võ Văn Hường - Dương Ngọc Khánh - Đàm Hoàng Phúc, Xe chuyên dụng, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển thủy lục, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Quốc Oai, Khảo sát hệ thống truyền động thủy lực máy xúc gàu vạn EO-4121A, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Đỗ Tiến Quân (2002), Tính toán thiết kế máy bốc xúc truyền động thủy lực, Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội Nguyễn Trọng Khương (2009), Ứng dụng phần mềm Matlab - Simulink mô hệ thống phanh ABS xe du lịch, Trường Đại học SPKT Hưng Yên Catalogue xe máy xúc lật Huyndai HL760 Catalogue xe máy xúc lật Volvo: L110, L120, L150E 68 PHỤ LỤC 3.1.2 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi tốc độ quay bơm: Hệ số cản xilanh: b = 0,15; Lực tác dụng lên gàu: Fc = 100464 N; Tốc độ quay bơm lần lược là: n = 35 vòng/s 36 35.8 35.6 35.4 Toc quay cua bom (vong/s) 35.2 35 34.8 34.6 34.4 34.2 34 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Thoi gian (s) Hình Đồ thị tốc độ quay bơm I 1.6 1.8 x 10 12 10 Luc can (N) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Thoi gian (s) Hình Đồ thị lực cản x 10 Dong dau ap luc cao Dong dau ap luc thap Ap suat (N/m2) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Thoi gian (s) Hình Đồ thị áp suất II 1.4 1.6 1.8 0.18 0.16 0.14 Khoang dich chuyen cua can xilanh (m) 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 1.8 Thoi gian (s) Hình Đồ thị khoảng dich chuyển cần xilanh 0.09 0.08 0.07 Van toc dich chuyen cua can xilanh (m/s) 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thoi gian (s) Hình Đồ thị vận tốc dịch chuyển cần xilanh III 3.2.2 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi lực tác dụng lên gàu: Tốc độ quay bơm: n = 35 vòng/s; Hệ số cản xilanh: b = 0,15; Lực tác dụng lên gàu: Fc = 287040 N 36 35.8 35.6 35.4 Toc quay cua bom (vong/s) 35.2 35 34.8 34.6 34.4 34.2 34 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Thoi gian (s) Hình Đồ thị tốc độ quay bơm IV 1.6 1.8 x 10 2.5 Luc can (N) 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Thoi gian (s) Hình Đồ thị lực cản x 10 2.5 Dong dau ap luc cao Dong dau ap luc thap Ap suat (N/m2) 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Thoi gian (s) Hình Đồ thị áp suất V 1.4 1.6 1.8 0.18 0.16 0.14 Khoang dich chuyen cua can xilanh (m) 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 1.8 Thoi gian (s) Hình Đồ thị khoảng dịch chuyển cần xilanh 0.12 0.1 Van toc dich chuyen cua can xilanh (m/s) 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thoi gian (s) Hình 10 Đồ thị vận tốc dịch chuyển cần xilanh VI 3.2.3 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi lực tác dụng lên gàu: Tốc độ quay bơm: n = 35 vòng/s; Hệ số cản xilanh: b = 0,15; Lực tác dụng lên gàu: Fc = 71760 N 36 35.8 35.6 35.4 Toc quay cua bom (vong/s) 35.2 35 34.8 34.6 34.4 34.2 34 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Thoi gian (s) Hình 11 Đồ thị tốc độ quay bơm VII 1.6 1.8 x 10 Luc can (N) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Thoi gian (s) Hình 12 Đồ thị lực cản x 10 Dong dau ap luc cao Dong dau ap luc thap Ap suat (N/m2) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Thoi gian (s) Hình 13 Đồ thị áp suất VIII 1.4 1.6 1.8 0.18 0.16 0.14 Khoang dich chuyen cua can xilanh (m) 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 1.8 Thoi gian (s) Hình 14 Đồ thị khoảng dịch chuyển cần xilanh 0.09 0.08 0.07 Van toc dich chuyen cua can xilanh (m/s) 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thoi gian (s) Hình 15 Đồ thị vận tốc dịch chuyển cần xilanh IX ... xúc lật Hình 1-6 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật Hình 1-7 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật nâng cần Hình 1-8 Hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật. .. CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG GÀU CÔNG TÁC TRÊN XE XÚC LẬT .42 3.1 Mô hệ thống thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật thay đổi tốc độ quay bơm 43 3.2 Mô hệ thống thủy. .. QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG GÀU CÔNG TÁC TRÊN XE XÚC LẬT 1.1 Xe xúc lật .3 1.2 Hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác xe xúc lật 1.3 Bơm