đề tài thiết kế hệ thống truyền động thủy lực di chuyển của xe cần trục bánh xích

Trong dự án này, chúng ta sẽ tập trung vào thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho xe cần trục bánh xích, một trong những ứng dụng quan trọng trong việc di chuyển và vận chuyển tải tr

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

THỦY LỰC DI CHUYỂN CỦA XE CẦN TRỤC BÁNH XÍCH

SVTH: HOÀNG CÔNG TRƯỜNG

MSSV: 103210251

LỚP: 21KTOTO1

NHÓM 21.20A

GVHD: TS PHAN THÀNH LONG

Đà Nẵng, 2023

MỤC LỤ

LỜI MỞ ĐẦU 3

I TỔNG QUAN VỀ MÁY MẪU: HITACHI KH180-3 4 1.Giới thiệu chung về cần trục bánh xích: 4

2 Thông số cho trước 4

II XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 5

1 Sơ đồ mạch thủy lực _5

2 Nguyên lí làm việc của hệ thống _6 III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN

ĐỘNG THỦY LỰC _6 1.Tính chọn động cơ _6 2.Tính lại động cơ 9 3.Chọn van phân phối 9

4 Chọn van tiết lưu 9

5 Tính chọn bơm 10 5.1 Lưu lượng bơm 10 5.2.Tính áp suất bơm 10 5.3 Tính toán ống dẫn 10

6 Tính toán tổn thất 11 7.Chọn bơm thủy lực 13

IV TÍNH CHỌN VAN AN TOÀN 15

V MÔ PHỎNG QUA PHẦN MỀM AUTOMATION

STUDIO 18

*Tài liệu sử dụng: _20

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thế kỷ 21, công nghệ ngày càng phát triển và các hệ thống truyền động ngày càng trở thành trọng tâm của sự tiến bộ trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất và vận tải Trong dự án này, chúng ta sẽ tập trung vào thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho xe cần trục bánh xích, một trong những ứng dụng quan trọng trong việc di chuyển và vận chuyển tải trọng lớn

Hệ thống truyền động thủy lực không chỉ cung cấp sức mạnh và hiệu suất, mà còn mang lại tính linh hoạt và ổn định trong việc điều khiển Sự kết hợp giữa nguyên lý thủy lực và công nghệ cơ khí đã tạo nên một cơ sở vững chắc cho các ứng dụng di chuyển đòi hỏi sứcmạnh và đáng tin cậy

Trên cơ sở này, đồ án này nhằm mục tiêu tìm hiểu, phân tích và thiết kế một hệ thống truyền động thủy lực hiệu suất cao cho xe cầntrục bánh xích Bằng cách nghiên cứu sâu và áp dụng các nguyên lý

kỹ thuật cơ bản, chúng ta sẽ xác định các yếu tố quan trọng cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất và đáng tin cậy của hệ thống này

Đồ án này không chỉ là một nỗ lực trong việc áp dụng kiến thức lý thuyết mà còn là một cơ hội để thực hành, áp dụng những kiến thức học được vào một dự án thực tế Hy vọng rằng thông qua quá trình này, chúng ta có thể đem lại những giải pháp sáng tạo và thực tiễn, đồng thời đóng góp vào sự tiến bộ trong lĩnh vực công nghiệp và kỹ thuật

Mục tiêu của dự án là không chỉ đạt được một hệ thống truyền động thủy lực hiệu suất cao cho xe cần trục bánh xích mà còn là việc áp dụng kiến thức vào thực tế và đưa ra những giải pháp đáng tin cậy và tiên tiến trong lĩnh vực này

I TỔNG QUAN VỀ MÁY MẪU: HITACHI KH180-3

1.Giới thiệu chung về cần trục bánh xích:

Cần trục bánh xích gồm những bộ phận sau:

Cơ cấu nâng: Giúp cần lồng có thể nâng hạ hàng theo phương thẳng đứng

Cơ cấu thay đổi tầm với: Thay đổi vị trí lấy hàng xa hay gần theo phương nằm ngang

Cơ cấu quay: Thay đổi vị trí lấy hàng theo nhiều phương khác nhau

Cơ cấu di chuyển: Giúp xe di chuyển đến các vị trí làm việc

Hệ thống điều khiển: Bao gồm người điều khiển cho tới các hệ thống tác dụng lên cơ cấu

2 Thông số cho trước

-Tải trọng định mức: G = 50 tấn

-Áp suất dầu trong hệ thống: p = 25 (Mpa)

-Trọng lượng hoạt động: 46900 kg [1]

-Tốc độ di chuyển: 1,5 (km/h) [1]

-Khả năng leo dốc: 220 [1]

-Áp suất tác dụng lên đất: 0,61 kN/m2 [1]

-Chiều dài xích: 5520 mm [1]

-Chiều rộng xích: 760 mm [1]

1-Động cơ dẫn động bơm 2-Bơm thủy lực 3-Van tiết lưu 4-Van phân phối

5-Động cơ thủy lực di chuyển trái 6-Van an toàn 7-Động cơ thủy lực di chuyển phải

Động cơ dẫn động bơm (1): Đây là nguồn năng lượng chính để vận hành bơm thủy lực Nó cung cấp động lượng cần thiết để tạo áp suấttrong hệ thống thủy lực

Bơm thủy lực (2): Bơm thủy lực tạo ra áp suất bằng cách di chuyển dầu thủy lực, tạo áp lực để vận hành các thiết bị khác trong hệ

thống

Van tiết lưu (3): Van này kiểm soát lưu lượng dầu chảy qua hệ thống

Nó có thể điều chỉnh tốc độ dầu chảy để đáp ứng yêu cầu cụ thể củacác thiết bị

Van phân phối (4): Van này điều khiển hướng dầu áp suất cao đến các thiết bị khác nhau trong hệ thống Nó quyết định hướng dẫn dầu

để thiết bị di chuyển theo hướng mong muốn

Động cơ thủy lực di chuyển trái – phải (5),(7): Đây là các động cơ thủy lực được kích hoạt bởi dầu áp suất cao từ van phân phối để tạo

ra chuyển động theo hướng trái hoặc phải theo yêu cầu

Van an toàn (6): Van này giữ áp suất trong hệ thống dưới giới hạn antoàn để ngăn chặn các thiết bị khỏi tình trạng quá tải và đảm bảo antoàn cho hệ thống

2 Nguyên lí làm việc của hệ thống

Motor (1) khi hoạt động, thúc đẩy bơm piston (2) tạo ra áp suất cao trong dầu và đẩy nó lên đường ống dẫn Dầu áp suất cao chia thành hai nhánh: một nhánh dẫn đến các van an toàn (6) để bảo vệ hệ thống khi áp suất vượt quá giới hạn an toàn; nhánh còn lại đi qua van tiết lưu (3) để kiểm soát lưu lượng dầu trong đường ống

Dầu tiếp tục chảy vào van phân phối (4), nơi áp suất cao được chia tới các nhánh đường ống khác nhau theo yêu cầu của người điều khiển Các động cơ di chuyển trái và phải (5, 7) được kích hoạt thôngqua van phân phối để chọn đường dầu áp suất cao, điều khiển

chuyển động của chúng theo hướng mong muốn

III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 1.Tính chọn động cơ

Hình 3.1: Kí hiệu tính toán

-Chọn tỉ số truyền của động cơ : i=20

-Chiều dài toàn bộ xích:

L = 4690.2 + 2.π.R

Với R là bán kính bánh xích: R = =360 mm = 0,36 m [1]

=> L = 4690.2/1000 + 2x3,14x0,36 =

11,6408m

-Tính lực ma sát tác động lên xe do áp suất trên đất:

Fms = Áp suất tác dụng lên đất x Diện tích tiếp xúc

= 0,61x (5,52 x 0.76) =2,56 (kN)

-Tính lực nghiêng tạo ra bởi việc leo dốc:

Pi= 46900kg x 10 x sin(22°) = 175690.5N = 175.6 (kN)

-Tính lực cản trở tốc độ di chuyển của xe:

Fc = Fms + Pi = 178,16 (kN)

-Tốc độ vòng quay của bánh xích:

Tốc độ di chuyển của xe v= 1,5 km/h = 25 m/ph Mỗi phút xe chạy được 25m

Số vòng quay dãi xích quay được sau 1 phút

= Mỗi phút xe chạy được/L= 25/11,6408= 2,15 vg/ph

-Số vòng quay n qmax quay được trong 1 phút:

n qmax = L/(2xπxR)*số vòng quay dãi xích quay được sau 1 phút

-Vì 2 động cơ nên momen động cơ mỗi bên là: 1.6 (kN.m)

-Tốc độ quay của động cơ:

Bảng 3.1: Rexroth Axial Piston Variable Motor A6VM Series 6X Dữ liệu kỹ thuật

Chọn động cơ thủy lực A6VM500 có thông số:

2.Tính lại động cơ

Hiệu suất tổng: η = 0,85

Hiệu suất thủy lực chọn: η Q=0,9

Hiệu suất cơ khí: η Ck= η

η Q = 0.94Chênh áp: Δpp= 2 π∗Mdc

qm∗η Ck = 11Equation Section (Next) 2 π∗2785

3.Chọn van phân phối

Trong hệ thống di chuyển van phân phối đóng vai trò như việc điều

khiển hướng quay của động cơ thủy lực, là một bộ phận quan trọng trong việc quyết định hướng dầu đến cơ cấu làm việc và hồi dầu về lại thùng chứa

Từ catalogue [5] của van phân phối ta chọn van phân phối 4/3 Vậnhành bằng thủy lực 4WH 16 của hãng HYDAC (tra catalogue [5] để biết thêm chi tiết và thông số)

hiệu

4 Chọn van tiết lưu

Van tiết lưu trong hệ thống di chuyển thủy lực của xe cần trục bánh xích là thành phần quan trọng, giúp kiểm soát áp suất và

hướng dòng chảy dầu, ngăn chặn dòng chảy ngược và đảm bảo hoạtđộng ổn định và an toàn của hệ thống

Từ catalogue [6] chọn van tiết lưu Series F

p = p1 là áp suất của dầu làm việc trong hệ thống (p1 = 22,5 Mpa)

∆p: tổn thất áp suất trên đường ống nén, đây là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành

Giả sử dòng chất lỏng chảy trong ống là ổn định thì tổn thất gây ra trong hệ thống thủy lực gồm có 2 loại : tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

Để tính tổn thất áp suất trong quá trình làm việc đầu tiên ta cần xác định đường kính ống và trạng thái dòng chảy ở từng đoạn ống

Q = π D2 v

4 Trong đó : d - đường kính trong của ống (m)

υ-vận tốc dòng chảy trong của ống m/s

Vì Re2 = 1296 < 2300 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng

Hệ số ma sát dọc đường 𝜆2 trên đường ống d2

Ta có công thức tính tổn thất cục bộ của chất lỏng

∆pb = ξ.ρ v2 2 (N/m2) (3-7)

Vậy tổn thất toàn bộ

∆p = ∆pa + ∆pb (N/m2) (3-8)

Trong đó: ρ – khối lượng riêng của dầu công nghiệp 20, ρ = 900 kg/m3

v – vận tốc trung bình của dầu (m/s)

l – chiều dài ống (m)

d – đường kính ống (m)

Tổn thất áp suất dọc đường trên đường ống đẩy ∆pa; với chiều dài l =

2 m; đường kính trong của ống đẩy d2 = 0,0288 m; λ2 = = 0,049; v2

= 4,5 m/s

∆pa = 0,049.0,02882 900 4,52

2 = 31007,81 ( N/m2¿ = 0,3101 (bar)

Tổn thất áp suất trên van phân phối ∆pb1 được xác định từ đồ thị áp suất tổn thất ( catalogue [5])

Hình 3.5: Đồ thị tổn thất áp suất của van phân phối 4/3

4WH 16

Từ lưu lượng bơm Qb = 176,4 l/p ứng với đường (Models

1600,2000,2400 and 3200) trên đồ thị Hình 3.5 (catalogue [5]) ta

xác định được tổn thất áp suất ∆ P b 1 = 2 bar Nhưng trong hệ thống

thủy lực sử dụng 2 van phân phối nên tổn thất áp suất ∆ P b 1 = 4 bar

Tổn thất áp suất trên van tiết lưu ∆pb2 được xác định từ đồ thị tổn

thất áp suất (catalogue [6])

Hình 3.6: Đồ thị tổn thất áp suất của van tiết lưu

AM2QFAB

Với lưu lượng bơm Qb = 176,4 l/p ứng với đường số 4 trên đồ thị

hệ thống thủy lực sử dụng 2 van tiết lưu nên tổn thất áp suất ∆ p b 2 =

(KW)

IV TÍNH CHỌN VAN AN TOÀN

Hình 4.1: Kết cấu van an toàn

*Các thông số kích thước cơ bản:

- g = 9,81 (m/s)

- γ=930x9,81=9123,3 (N/m2) : trọng lượng riêng của chất lỏng

- P1= 233,3101 bar = 23331010 Pa: áp suất chất lỏng vào van an

toàn (xem như bằng áp suất mà bơm cung cấp cho hệ thống).

- P2= 0,12 (bar) = 0,12.105 (Pa) : áp suất chất lỏng đi ra van an toàn

(ta xem bằng áp suất đường dầu về của hệ thống).

Từ [4] ta tính toán kích thước của van an toàn có nút công như sau:

1- Vít điều chỉnh; 2- Thân van ; 3- Lò xo ; 4- Nút côn ; 5- Lỗ dầu ra ; 6- Lỗ dầu vào

Công thức xác định lưu lượng làm việc của van :

d: đường kính dẫn chất lỏng của lỗ vào van

h: chiều cao nâng của nút côn dọc theo trục chuyển động củanó

Vì h << d nên ta có thể bỏ qua giá trị 2 d h ∗sin ⁡(∝), ta được công thức sau:

f =3,14 × d × h ×sin ∝

2α: góc đỉnh mặt côn của nút côn (chọn =90° [4])

Theo [4], dòng chảy hoạt động qua van có áp suất cao, lượng lượng nhỏ, cho nên ta có thể chọn giá trị của chiều cao nâng của nút côn :

h=0,3 d=¿μ=0,663 [4]

¿>f =3,14 ×d ×0,3 d ×sin 90

2 = 0,67*d2Chênh lệch áp suất giữa 2 đầu của van an toàn:

*Xác định kích thước lò xo của van an toàn:

Theo [4] lực thuỷ động sinh ra của dòng chảy qua van có chiều cùng

chiều với lực lò xo (có xu hướng đóng kín cửa van)

(m2

)

Lực mà dòng chảy thuỷ lực tác dụng lên van:

N=∆ P F e=233319010∗1,89.1 0−5=4409 , 7(N )Theo [4] công thức xác định lực thuỷ động như sau:

N td=Q∗ρ∗v∗cos90

2 (N)với: , vlần lượt là khối lượng riêng và vận tốc đẩy từ bơm vào van antoàn

Suy ra N td=2,94.10−3∗930∗7∗cos90

2 =¿13,53 (N)Lực lò xo chống lại lực dòng chảy là:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2029-1977 [8]:LÒ XO XOẮN TRỤ NÉN VÀ KÉO LOẠI I, CẤP 3 BẰNG THÉP MẶT CẮT TRÒN

Xác định một số thông số khác của lò xo:

Theo [4], để giảm độ trễ của côn, người ta thường thiết kế phần thêm phần mếp lỗ có một bề rộng như sau:

b1= D−d

2 cosβ ≈ 0,1d =0,1∗7=0,7 mm

Bề rộng nút côn, có thể chọn bằng đường kính ngoài lò xo +10mm:

D=22+10=32 mmKích thước đầu ra của van:

Với lưu lượng của chất lỏng từ van an toàn hồi về bể chứa bằng lưu lượng vào van:

V MÔ PHỎNG QUA PHẦN MỀM AUTOMATION STUDIO

Tốc độ quay của động cơ thủy lực:

Áp suất bơm cung cấp cho hệ thống:

Ảnh hưởng của tốc độ quay của động cơ thủy lực lên áp suất bơm cung cấp:

+ [4] Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy - Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy Trần Doãn Đỉnh, Nguyễn Ngọc Lê, Phạm Xuân Mão, Nguyễn Thế Thưởng, Đỗ Văn Thi, Hà Văn Vui NXB Khoa Học Kĩ Thuật.

+ [5] – Catalogue của van phân phối:

1000451941-en.pdf

https://www.hydac.com/download/4wh16-directional-spool-valve-+ [6] – Catalogue van tiết lưu:

ug/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1z1InpZCbEiyFz0Z154Ya1U2R75GcE-+[7] – Catalogue của bơm:

https://www.parker.com/literature/Hydraulic%20Pump%20Division/H ydraulic%20Pump%20Division%20STATIC%20FILES/Sales