Tính toán thiết kế máy đào cây ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực

Đồ án tốt nghiệp Thông tin sinh viên - Họ tên sinh viên: Kiều Văn Cảnh Điện thoại liên lạc: 0369191962 Email: vancanhkieu13@gmail.com Lớp: Cơ khí động lực – K60 Hệ đào tạo: Kỹ sư MSSV: 20150316 Đề tài đồ án: Tính tốn thiết kế máy đào ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực Nội dung cần thực hiện: Tìm hiểu tổng quan tổng hợp thông tin loại máy đào giới - Những dạng máy, cách thức vận hành Phương án lựa chọn tính tốn Ngun lý hoạt động thông số máy chọn để tính tốn, lý chọn Tính tốn động lực Phần khí: - Xây dựng kết cấu 3D phần mềm Solidworks - Xác định, phân tích lực yêu cầu phần công tác Phần thủy lực: - Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống thủy lực - Tính tốn lựa chọn phần tử cho hệ thống thủy lực có trích dẫn từ catalogue - Thiết kế xy lanh thủy lực Các vẽ - Bản vẽ tổng thể hệ thống Bản vẽ sơ đồ hệ thống thủy lực Bản vẽ lắp xy lanh thủy lực Bản vẽ chế tạo chi tiết xy lanh Bản vẽ quy trình công nghệ gia công bộ sản phẩm xy lanh và piston Lời cam đoan sinh viên Tôi Kiều Văn Cảnh cam đoan Đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn Tiến sĩ Trần Khánh Dương Các kết công bố Đồ án tốt nghiệp trung thực khơng chép từ cơng trính khác Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả ĐATN Đồ án tốt nghiệp Xác nhận giảng viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Đồ án tốt nghiệp Xác nhận giảng viên phản biện ĐATN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giảng viên phản biện Mục lục Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN – PHÂN LOẠI 12 1.1 Phân loại máy đào theo phận công tác 1.1.1 Máy đào dùng cấu thuổng đào 12 1.1.2 Máy đào dùng cấu lưỡi dao 13 1.1.3 Máy đào dùng lưỡi cưa 14 1.2 Phân loại máy đào theo xe sở 1.2.1 Máy đào dùng đầu máy kéo bánh xích 15 1.2.2 Máy đào dùng đầu máy kéo bánh lốp 15 1.2.3 Máy đào dùng xe tải 15 CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ CHU TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐÀO CÂY SỬ DỤNG CƠ CẤU THUỔNG ĐÀO 2.1 Cấu tạo máy đào 2.1.1 Cụm khung bầu .18 2.1.2 Cơ cấu .20 2.2 Chu trình làm việc máy đào sử dụng thuổng đào dẫn động xy lanh thủy lực 20 2.2.1 Quá trình đào 21 2.2.2 Quá trình trồng 25 2.3 Mạch thủy lực CHƯƠNG III: TÍNH TỐN HỆ THỐNG THỦY LỰC 3.1 Tính tốn xy lanh 3.1.1 Tính tốn xy lanh thuổng đào 28 3.1.2 Tính tốn xy lanh nâng bầu .31 3.1.3 Tính tốn xy lanh nâng 34 3.1.4 Tính tốn xy lanh tay 36 3.1.5 Tính tốn xy lanh mở khung bầu .38 3.2 Tính tốn đường ống thủy lực 3.2.1 Tính tốn đường ống hút: 41 3.2.2 Tính tốn đường ống xả: 41 3.2.3 Tính tốn đường ống đẩy : .42 3.2.4 Tổn thất áp suất đường ống 42 3.3 Chọn mối nối thủy lực Đồ án tốt nghiệp 3.4 Chọn van phân phối 3.4.1 Cụm van cho xy lanh thuổng đào xy lanh mở khung bầu 45 3.4.2 Cụm van cho xy lanh nâng 46 3.5 Chọn van an toàn 3.6 Chọn van chiều có điều khiển 3.7 Chọn van chiều 3.8 Chọn lọc dầu 3.8.1 Lọc dầu đường hút 51 3.8.2 Lọc dầu đường hồi 51 3.9 Chọn bơm nguồn 3.9.1 Tính chọn bơm nguồn 52 3.9.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm piston đĩa nghiêng thay đổi lưu lượng 55 3.10 Tính tốn thùng dầu CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ XY LANH NÂNG CÀNG 4.1 Thông số xy lanh kết cấu 4.1.1 Piston .59 4.1.2 Cần piston 60 4.1.3 Vỏ xy lanh .60 4.1.4 Nắp xy lanh trước 61 4.1.5 Nắp xy lanh sau .61 4.1.6 Bích bắt ren trước sau 62 4.2 Chọn gioăng phớt làm kín, gạt bụi 4.2.1 Gạt bụi cần piston 62 4.2.2 Phớt làm kín cần piston 63 4.2.3 Dẫn hướng cần piston 64 4.2.4 O – ring nắp xy lanh 65 4.2.5 O – ring piston 65 4.2.7 Dẫn hướng piston 67 4.3 Kiểm nghiệm bền cần piston 4.4 Kiểm nghiệm bền vỏ xy lanh CHƯƠNG V: THIẾT KẾ XY LANH TAY CÀNG 5.1 Thông số xy lanh kết cấu 5.1.1 Piston .73 5.1.2 Cần piston 73 5.1.3 Vỏ xy lanh .74 Đồ án tốt nghiệp 5.1.4 Nắp xy lanh trước 74 5.1.5 Nắp xy lanh sau .75 5.2 Chọn gioăng phớt làm kín, gạt bụi 5.2.1 Gạt bụi cần piston 75 5.2.2 Phớt làm kín cần piston 76 5.2.3 O – ring nắp xy lanh 77 5.2.4 O – ring piston 77 5.2.5 Phớt làm kín piston 78 5.2.6 Dẫn hướng piston 79 CHƯƠNG VI: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG NẮP TRƯỚC XY LANH NÂNG CÀNG 6.1 Phân tích chi tiết 6.2 Chọn phôi 6.3 Thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng nắp trước xy lanh nâng KẾT LUẬN DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Máy đào dùng cấu thuổng đào Hình 1.2 Máy đào dùng thuống lớn giới (theo Internet) Hình 1.3 Máy đào dùng thuổng cỡ nhỏ Hình 1.4 Máy đào dùng lưỡi dao Hình 1.5 Máy đào dùng lưỡi cưa Hình 1.6 Máy đào dùng đầu máy kéo bánh xích Hình 1.7 Máy đào dùng đầu máy kéo bánh lốp Hình 1.8 Máy đào dùng xe tải Hình 2.1 Kết cấu tổng thể máy đào Hình 2.2 Cụm khung bầu Hình 2.3 Thuổng đào Hình 2.4 Kích thước cụm khung bầu kích thước bầu đất Hình 2.5 Máy trạng thái bình thường khơng làm việc Hình 2.6 Quá trình đào – Bước Hình 2.7 Quá trình đào – bước Hình 2.8 Quá trình đào – bước Hình 2.9 Quá trình đào – bước Hình 2.10 Quá trình đào – bước Hình 2.11 Quá trình đào – bước Hình 2.12 Quá trình đào – bước Hình 2.13 Quá trình đào – bước Hình 2.14 Quá trình đào – bước Hình 2.15 Quá trình đào – bước 10 Hình 2.16 Mạch thủy lực máy đào sử dụng thuổng đào Hình 3.1 Sơ đồ tính tốn lực đẩy xy lanh thuổng đào Hình 3.2 Xy lanh S73DC Parker Hình 3.3 Sơ đồ lực tính toán xy lanh nâng bầu Hình 3.4 Tính tốn khối lượng bầu đất Hình 3.5 Xy lanh Rexroth kiểu CDH2 MP3 Hình 3.6 Sơ đồ tính toán lực xy lanh nâng Hình 3.7 Xy lanh Rexroth kiểu CDH2 MP3 Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn lực xy lanh tay Hình 3.9 Xy lanh Rexroth kiểu CDL1 MP5 Hình 3.10 Phần khung mở Đồ án tốt nghiệp Hình 3.11 Xy lanh Rexroth CDL1 MP5 Hình 3.12 Mối nối thủy lực Hình 3.13 Cụm van phân phối SD5/6-P Walvoil Hình 3.14 Sơ đồ cụm van phân phối tỷ lệ SD5-P Walvoil Hình 3.15 Đặc tính tổn thất áp suất P-T Hình 3.16 Đặc tính tổn thất áp suất P-A(B) Hình 3.17 Đặc tính tổn thất áp suất A(B)-T Hình 3.18 Cụm van phân phối SD5/3-P Walvoil Hình 3.19 Van an tồn Rexroth DB10-2-5X/350 Hình 3.20 Van chiều có điều khiển Eaton 4CK120 Hình 3.21 Đặc tính tổn thất van 4CK120 Hình 3.22 Van chiều Hydac RV10A-51 Hình 3.23 Đường đặc tính tổn thất áp suất van RV10A-51 Hình 3.24 Lọc dầu Series MF thông số Hình 3.24 Lọc dầu đường hồi Hình 3.26 Bơm Danfoss S45 F74B Hình 3.27 Các đường đặc tính bơm Hình 3.28 Cấu tạo bơm piston đĩa nghiêng điều chỉnh lưu lượng Hình 3.29 Sơ đồ điều khiển lưu lượng theo nguyên lý bù áp suất Hình 4.1 Mơ hình 3D xy lanh nâng Hình 4.3 Cấu tạo phận xy lanh nâng Hình 4.4 Quả piston Hình 4.5 Cần piston Hình 4.6 Vỏ xy lanh Hình 4.7 Nắp trước xy lanh Hình 4.8 Nắp sau xy lanh Hình 4.9 Bích bắt ren trước sau Hình 4.10 Gạt bụi Parker A1 7005 N3587 Hình 4.11 Phớt làm kín cần piston Parker B3 7070 P5008 Hình 4.12 Dẫn hướng cần piston Parker 20097 Hình 4.13 O – ring Parker V1 9113 P5008 Hình 4.14 O – ring Parker V1 4400 P5008 Hình 4.15 Phớt làm kín Piston B7 A080 P5008 Hình 4.16 Dẫn hướng piston Hình 4.17 Kích thước cần piston Hình 4.18 Kích thước vỏ xy lanh nâng Đồ án tốt nghiệp Hình 5.1 Cấu tạo phận xy lanh tay Hình 5.2 Quả piston xy lanh tay Hình 5.3 Cần piston xy lanh tay Hình 5.4 Vỏ xy lanh tay Hình 5.5 Nắp trước xy lanh tay Hình 5.6 Nắp sau xy lanh tay Hình 5.7 Gạt bụi Parker A1 4030 N3587 Hình 5.8 Phớt làm kín cần piston Parker C1 4035 N3571 Hình 5.9 O – ring Parker V1 7340 P5008 Hình 5.10 O – ring Parker V1 3168 P5008 Hình 5.11 Phớt làm kín Piston KR 2080 00701 Hình 5.12 Dẫn hướng piston Hình 6.1 Kích thước nắp trước xy lanh Hình 6.2 Phơi Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu Bảng 3.1 Thông số xy lanh thủy lực Bảng 3.2 Thông số đường ống thủy lực Bảng 4.1 Thông số vật liệu cần piston Bảng 4.2 Lực tác dụng lên cần piston Bảng 4.3 Kết mô ứng suất nén cần piston Bảng 4.4 Kết mô hệ số an toàn cần piston Bảng 4.5 Thông số vật liệu vỏ xy lanh Bảng 4.6 Lực tác dụng lên vỏ xy lanh nâng Bảng 4.7 Kết mô ứng suất vỏ xy lanh Bảng 4.8 Kết mô hệ số an toàn vỏ xy lanh 10 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.10 O – ring Parker V1 3168 P5008 - Áp suất làm việc: ≤ 600 bar - Nhiệt độ làm việc: -35 đến +100 độ C - d = 32 mm - S = mm - L = 4.2 mm - t = 2,55 mm 5.2.5 Phớt làm kín piston Chọn phớt hãng Parker mã KR 2080 00701: Hình 5.11 Phớt làm kín Piston KR 2080 00701 79 Đồ án tốt nghiệp - Áp suất làm việc: ≤ 300 bar - Nhiệt độ làm việc: -35 đến +110 độ C - D = 80 mm - d = 59 mm - L = 8,1 mm 5.2.6 Dẫn hướng piston Chọn dẫn hướng hãng Parker mã 25150: Hình 5.12 Dẫn hướng piston - Nhiệt độ làm việc: -100 đến +200 độ C Vận tốc trượt: ≤ m/s S = mm L = 15 mm d = 76 mm D = 80 mm e = 0,3 mm 80 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG VI: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG NẮP TRƯỚC XY LANH NÂNG CÀNG 6.1 Phân tích chi tiết Hình 6.1 Kích thước nắp trước xy lanh - Chi tiết có dạng trụ trịn xoay Chi tiết lắp ghép với vỏ xy, cần piston gioăng phớt làm kín Chi tiết làm việc tiếp xúc trực tiếp với dầu thủy lực, môi trường làm việc khắc nghiệt, chịu ăn mòn áp suất cao, ta chọn vật liệu thép 6.2 Chọn phôi Ta chọn phôi thép tròn đặc sản xuất bán rộng rãi thị trường Khi chọn phơi phải đảm bảo kích thước phơi vừa đủ tránh hao phí vật liệu, giảm khối lượng gia cơng Phơi cần có chất lượng tốt, không bị biến dạng, gỉ sét 81 Đồ án tốt nghiệp Hình 6.2 Phơi 6.3 Thiết kế quy trình cơng nghệ gia công nắp trước xy lanh nâng Nguyên công 1: Tiện khỏa mặt đầu, tiện mặt trụ Ø170 Ø110 - Gá phôi lên mâm cặp chấu máy tiện, rà tâm đạt lượng dư cho phép - Tiện khỏa mặt đầu 3mm, cấp xác 12 - Tiện mặt trụ Ø170 lượng 90mm, cấp xác 12 - 82 Đồ án tốt nghiệp - Tiện mặt trụ Ø110 lượng 41mm, cấp xác 12 Nguyên công 2: Khoan lỗ Ø39 - Khoan lỗ mồi - Khoan lỗ Ø39 83 Đồ án tốt nghiệp Nguyên công 3: Tiện thô tinh lỗ Ø70,4 - Tiện thơ lỗ Ø70, cấp xác 12 - Tiện tinh lỗ Ø70,4, cấp xác Ngun cơng 4: Tiện rãnh phớt gạt bụi, phớt làm kín, dẫn hướng cần piston 84 Đồ án tốt nghiệp - Tiện rãnh phớt gạt bụi phớt làm kín đạt cấp xác 11 Tiện rãnh dẫn hướng đạt cấp xác Tiện rãnh phớt gạt bụi - Tiện rãnh phớt làm kín - Tiện rãnh dẫn hướng cần piston 85 Đồ án tốt nghiệp Nguyên công 5: Mài tinh rãnh phớt - Mài tinh rãnh phớt đạt Ra=2,5 Nguyên công 6: Đảo đầu, gá mâm cặp chấu, tiện khỏa mặt đầu, tiện mặt trụ Ø100, mặt trụ Ø170, tiện lỗ Ø80 - Đảo đầu, gá mâm cặp chấu, tiện khỏa mặt đầu 86 Đồ án tốt nghiệp - Tiện thô mặt trụ Ø100 đạt cấp xác 12 - Tiện nốt mặt trụ Ø170 - Tiện lỗ Ø80 đạt cấp xác 12 87 Đồ án tốt nghiệp - Tiện tinh mặt trụ Ø100 Nguyên công 7: Tiện rãnh lắp O – ring - Tiện rãnh lắp O – ring đạt cấp xác 11 Nguyên công 8: Mài tinh rãnh lắp O – ring - Mài tinh rãnh lắp O – ring đạt Ra=2,5 88 Đồ án tốt nghiệp Nguyên công 9: Phay mặt lỗ dầu - Phay mặt lỗ dầu đạt cấp xác 12 - Phay hạ bậc lỗ dầu 0,5mm Nguyên công 10: Khoan tảo ren lỗ dầu - Khoan lỗ Ø15 89 Đồ án tốt nghiệp - Khoan lỗ Ø30,3 - Taro ren G1 Nguyên công 11: Khoan lỗ Ø13 bắt bu lông - Khoan lỗ Ø13 bắt bu lông 90 Đồ án tốt nghiệp 91 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Quá trình nghiên cứu xây dựng đề tài giúp em hiểu sâu kiến thức lĩnh vực thủy lực, xe, máy cơng trình áp dụng tính tốn thiết kế máy móc thực tiễn Trong q trình làm đề tài, em cố gắng tìm hiểu, học hỏi nghiên cứu để hồn thành tốt công việc giao Nhưng thân lần nghiên cứu cịn kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót Em mong thầy mơn thiếu sót q trình xây dựng đề tài để bổ sung vào nội dung hoàn chỉnh đề tài sau Một lần em xin cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy cô môn “Máy tự động thủy khí – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội” nói chung thầy hướng dẫn – TS Trần Khánh Dương nói riêng Nhờ quan tâm, bảo thầy em hồn thành đồ án cuối đời sinh viên Em xin chân thành cảm ơn 92 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống điều khiển tự động thủy lực – Trần Xuân Tùy, NXB KH&KT, HN 2002 [2] Máy làm đất – Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngữ, Lưu Bá Thuận, NXB Xây Dựng, 2004 [3] Sổ tay công nghê chế tạo máy – Tập 1,2,3 - GS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS Lê Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, PGS TS Trần Xuân Việt, NXB Khoa học kỹ thuật, 2005 [4] Catalog hãng Rexroth [5] Catalog hãng Parker [6] Dung sai lắp ghép - GS.Ninh Đức Tốn, NXB GD, Hà Nội, 2004 [7] Cơng nghệ chế tạo máy thủy khí - Bộ mơn Máy tự động thủy khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1977 93