Tính toán mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ

Xu hướng thiết kế chủ yếu là bố trí các bộ phậnlàm việc, dẫn động cho các bộ phận làm việc chủ động trên một máy kéo vạnnăng cỡ nhỏ hoặc là thiết kế các máy phức hợp chuyên biệt cho các

LÊ KIM TRUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

Tính toán mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực

cho bộ phận di động máy kéo nhỏ

Hµ NéI – 2011 2011

LÊ KIM TRUNG

trong bộ môn Cơ Khí động lực - Khoa Cơ Điện Trường Đại Học Nông Nghiệp - Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này Đặc biệt tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS Bùi

Việt Đức người đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài “Tính toán mô

phỏng hệ thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ ”

và cũng là người đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành đồ ántốt nghiệp Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn

bè đã khích lệ tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp

Mặc dù đã rất cố gắng song do kinh nghiệm và kiến thức có hạn nên đềtài khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn Tôi rất mong các thầy côcùng bạn bè chỉ bảo thêm để đề tài được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2011

Người thực hiện

SV Lê Kim Trung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I TỔNG QUAN 3

1 Tình hình sử dụng máy kéo nhỏ truyền động thủy lực trong sản xuất nông nghiệp 3

2 Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về máy kéo nhỏ truyền động thủy lực 8

3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài 11

PHẦN II PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU TỔNG THỂ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY KÉO NHỎ 13

2.1 Yêu cầu của đề tài: 13

2.2 Điều khiển truyền động hai nhánh hai động cơ 13

2.2.1 Mạch một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải 13

2.2.2 Mạch hai bơm cung cấp cho hai động cơ phụ tải 15

2.3 Điều khiển truyền động hai nhánh chia dòng xác định 16

2.4 Điều khiển chuyển động hai nhánh cần ổn định vận tốc quay 18

2.3 Lựa chọn mạch thuỷ lực phù hợp 19

PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC CHO BỘ PHẬN DI ĐỘNG MÁY KÉO NHỎ 20

3.1 Tính toán thông số của động cơ 20

3.2 Tính toán chọn kích thước đường ống dẫn từ van chia dòng tới động cơ 23

3.3 Lựa chọn van chia dòng 27

3.4 Tính toán hao tổn đường ống từ van phân phối tới van chia dòng .29

3.5 Lựa chọn van phân phối 30

3.6 Tính toán hao tổn đường ống từ van phân phối tới bơm 33

3.7 Tính toán chọn loại bơm trong mạch thủy lực 34

3.8 Chọn loại van tiết lưu 38

3.9 Lựa chọn van áp suất 39

3.10 Thùng dầu 40

3.11 Bộ lọc dầu 42

3.12 Đồng hồ đo áp suất 44

PHẦN IV MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 45

4.1 Sơ đồ truyền động 45

4.2 Khảo sát sự làm việc của hệ thống: 47

4.2.1 Mục đích của việc khảo sát 47

4.2.2 Cấu tạo và ảnh hưởng của van phân phối và van tiết lưu tới sự làm việc của hệ thống 47

4.2.3 Khảo sát 48

PHẦN V : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60

5.1 Kết luận 60

5.2 Đề nghị 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Như chúng ta đã biết, trước đây Việt Nam chúng ta là một nước có nềnkinh tế chậm phát triển, các sản xuất trong nước chủ yếu dựa vào sản xuấtnông lâm nghiệp, số lượng lao động tham gia sản xuất nông nghiệp chiếmtrên 80% tổng số lao động trong cả nước Hoạt động sản xuất nông lâmnghiệp mang tính thời vụ nên hiệu suất sử dụng thời gian lao động rất thấp,thông thường chỉ tập trung vào khoảng 3 đến 4 tháng trong một năm nên thờigian nhàn rỗi khá nhiều, thu nhập bình quân tính theo đầu người rất thấp Hơnnữa sản xuất nông lâm nghiệp chiếm tỷ trọng thấp trong nền kinh tế, khôngtương ứng với tỷ lệ lao động Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta

đã có những bước phát triển mạnh mẽ Nhà nước ta đã tập trung hơn vào đầu

tư phát triển các lĩnh vực: Công nghiệp, du lịch, thương mại và dịch vụ Nênkinh tế nước ta đã có những bước phát triển vượt bậc Các nhà máy, các khucông nghiệp được xây dựng và thu hút được rất nhiều lao động nhàn rỗi từnông thôn, làm giảm đáng kể số lao động phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp,làm tăng thu nhập, thúc đẩy kinh tế phát triển

Tuy nhiên, sản xuất nông lâm nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trongnền kinh tế quốc dân Nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất nôngnghiệp, điều kiện tự nhiên và sức lao động dồi dào nên đã thu được những kếtquả vượt bậc

Sản xuất trong lĩnh vực nông lâm nghiệp là một quá trình sản xuất đặcthù, nó mang tính độc lập cao, điều kiện sản xuất phức tạp, tiêu tốn nhiều sứclao động Để nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao động cho các khâu sảnxuất trong sản xuất nông lâm nghiệp cần thiết phải áp dụng cơ giới hoá tổng

hợp và sử dụng các phương tiện hữu ích, áp dụng các hệ thống máy móc phùhợp với từng loại sản xuất, từng mục đích công việc.

Hiện nay nhu cầu phát triển các loại máy phức hợp tự hành cho sảnxuất nông nghiệp là rất lớn Xu hướng thiết kế chủ yếu là bố trí các bộ phậnlàm việc, dẫn động cho các bộ phận làm việc chủ động trên một máy kéo vạnnăng cỡ nhỏ hoặc là thiết kế các máy phức hợp chuyên biệt cho các công việcnông lâm nghiệp như gieo trồng, chăm sóc và thu hoạch…

Trên đa số các mẫu máy đã được công bố: Các máy làm đất, máy thuhoạch….,việc truyền động trích công suất được thực hiện bằng cơ học nhưtruyền động xích, truyền động đai, truyền động các đăng hoặc truyền độngbánh răng… Nhược điểm của truyền động cơ học là việc thay đổi tỷ số truyền

vô cấp chỉ có thể thực hiện trong khoảng giới hạn và yêu cầu một không gianlắp đặt cố định giữa động cơ truyền lực và bộ phận làm việc cần dẫn động

Các nhược điểm này có thể được cải thiện đáng kể nếu thay thế truyềnđộng cơ học bằng một hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực Các hệthống truyền động thủy lực ngày nay có mật độ công suất và độ tin cậy cao,cấu trúc hệ thống đơn giản, đặc biệt là có khả năng thiết lập một hệ thốngtruyền động và điều khiển bất kỳ, linh động trong không gian với các phần tửcấu trúc tiêu chuẩn…

Với mục đích là tăng tính cơ động, điều khiển máy kéo dễ dàng hơn và

có kết cấu nhỏ gọn hơn, tính năng động lực cao hơn, giảm cường độ lao độnglại thích nghi với đồng đất nhỏ, hẹp cho máy kéo nhỏ Vì vậy, để giải quyếtvấn đề khó khăn trên chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Tính toán mô phỏng hệthống truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ.”

Do đất rộng người thưa (bình quân diện tích rất lớn: Mỹ 61 ha/1người,Canada 97ha/1người, các nước Anh, Pháp, Đức bình quân 6 – 12 ha/1người),

do đó cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp là biện pháp hàng đầu Tuynhiên, vì đất rộng người thưa nên các máy được trang bị sử dụng là nhữngmáy có công suất lớn, làm việc năng suất cao Bình quân mã lực cho 1 ha đấtcanh tác tại Mỹ là 25ml/ha, các mước Tây Âu là 18ml/ha, các nước Đông Âu

cũ là 5 – 8ml/ha (số liệu năm 1990)

Trái lại, ở Việt Nam do đặc tính đồng ruộng có diện tích nhỏ, đôngnhân công lao động nên xu thế sử dụng máy kéo nhỏ chiếm tỉ lệ khá cao Tínhđến tháng 6/2002, cả nước có 241.995 máy kéo (tăng 2, 3 lần so với năm1994) với tổng công suất 3.508.977 mã lực (tăng gần 1,67 lần so với năm1994) Trong đó máy kéo 2 bánh dưới 12 mã lực chiếm 67%, máy kéo trên 12

mã lực đến 35 mã lực chiếm 27%, máy kéo trên 35 mã lực chiếm 6% Mức độtrang bị công suất máy trên toàn quốc đạt 1,16 mã lực/ha canh tác, trong đóvùng đồng bằng sông Cửu Long 1,85 mã lực/ha là nơi có trang bị máy kéocao nhất toàn quốc, đồng bằng Sông Hồng là 0,85 mã lực/ha; thấp nhất là

vùng núi phía Bắc chỉ có 0,39 mã lực/ha Máy kéo 4 bánh sử dụng ở ViệtNam có nhiều chủng loại, nhiều cỡ, gam máy và do nhiều quốc gia sản xuất,chủ yếu nguồn gốc từ các nước Đông Âu, Liên Xô (cũ), Trung Quốc, NhậtBản và một số các cơ sở tư nhân tự đóng các mẫu này mang tính chắp vá,chưa áp dụng được nhiều sử dụng vì tính ổn định và độ bền thấp.

Hệ thống truyền động thuỷ lực có công suất truyền động cao, truyềnđộng êm dịu, có thể truyền động giữa các chi tiết có khoảng cách thay đổitrong qúa trình làm việc, phần chủ động và phần bị động của hệ thống truyềnlực được nối với nhau bằng các ống mềm dẫn dầu, các ống dẫn dầu thườngđược chế tạo bằng cao su và các chất phụ gia để tăng khả năng chịu lực Vìvậy chúng có thể được lắp đặt ở bất kì một vị trí nào trên máy mà không đòihỏi phải có khoảng không gian rộng lớn và hướng truyền động thẳng giữa các

- Hệ thống lái bằng bơm điều tiết mạch tốc độ nhanh Trong hệ thốngnày, người vận hành cần tác động vào vô lăng để tác động trực tiếp vào bơmđiều tiết mạch tốc độ nhanh từ đó điều tiết lượng dầu vào phân phối và điềutiết đến bộ phận chấp hành và tác động vào hình thang lái

- Hệ thống phanh trợ lực thuỷ lực: Bàn đạp phanh được liên kết vớiPiston của tổng phanh Khi tác động vào bàn đạp phanh, qua cơ cấu dẫn động,Piston dịch chuyển, nén và đẩy dầu vào các đường ống dẫn đến các Xylanh

phanh bánh, áp suất của dầu sẽ tác động làm cho các Piston của Xylanh phanhbánh dịch chuyển và tác động vào guốc phanh, tạo ra mômen phanh ở cácbánh xe.

- Hệ thống nâng hạ trên các loại máy kéo hiện đại: Thông thường đi saumáy kéo là các loại máy công tác như máy cày, máy phay, máy bừa… Trongquá trình làm việc chúng được nâng lên khi di chuyển, khi quay vòng hoặc hạxuống khi làm việc Để thực hiện công việc này, trên các máy kéo hiện đại cótrang bị hệ thống thuỷ lực nâng hạ có cấu tạo khá đơn giản gồm: Bơm dầu,xylanh thuỷ lực, van điều khiển… Muốn điều khiển thiết bị này ta chỉ cần tácđộng vào tay điều khiển để hạ xuống hoặc nâng lên Ở các loại máy hiện đại,thiết bị này có thể được điều khiển bằng cả hai phương tiện là: Cần điều khiển

và thiết bị cảm ứng tự động Thiết bị này sẽ cảm ứng tải trọng của máy kéoqua lực cản của máy công tác

- Trên một số liên hợp máy cày hiện đại có lắp đặt trục lắc cảm ứng thuỷlực Khi lưỡi cày chạm vào đất cứng lực cản tăng lên, qua các cầu trục tácđộng vào xylanh cảm ứng, kéo piston và van cảm ứng về phía sau, dầu sẽchảy vào xylanh cảm ứng nhiều hơn qua giclơ biến thiên làm cho áp suất cảmứng trước và van điều khiển tải gia tăng Sự gia tăng áp suất cảm ứng dầu dẫnđến sự chuyển động về phía sau của van điều khiển tải, bộ phận cam bị dẫn vàkhung nối vận hành van làm cho cam vận hành van xoay theo chiều kim đồng

hồ Cam xoay đi làm cho van áp lực mở ra và hướng dẫn dầu áp suất qua vantiết lưu đi vào phía cuối của piston ở vị trí trục lắc Van tiết lưu điều khiểnlượng dầu chảy vào và đi ra piston trục lắc, piston dịch chuyển về phía trướclàm trục lắc xoay đi nâng các khớp nối trục và lưỡi cày lên làm giảm lực cảncủa cày

- Hệ thống cân bằng thuỷ lực (thường được sử dụng với các liên hợpmáy làm việc trên sườn đồi) Hệ thống này đặc biệt gồm ba phần: Hệ thốngthăng bằng chất lỏng, hệ thống điện và hệ thống thuỷ lực Khi liên hợp máy đi

vào đoạn đường dốc ngang trên các sườn đồi, giả sử khi bánh xe bên trái thấphơn bánh xe bên phải khi làm việc, khi đó thiết bị cảm ứng chất lỏng khởiđộng hệ thống điện, sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây Solenoid tạo ra từ trườnglàm dịch chuyển ống van thăng bằng và hướng dẫn dầu tới xylanh thăng bằngtác dụng hai chiều trên mỗi bánh xe, hai xylanh bên trái duỗi thẳng còn haixylanh bên phải thụt vào giúp cho liên hợp máy giữ được trạng thái thăngbằng khi ở độ dốc nhất định.

Ngoài ra, hệ thống thuỷ lực còn được sử dụng trên các loại xe – máychuyên dụng trong các lĩnh vực khác:

- Hệ thống thuỷ lực trên xe nâng - chuyển: Máy nâng được điều khiển,nâng và chất đống sản phẩm và nguyên liệu Nhiều loại, máy nâng được bố trínằm phía sau máy kéo chuyên dụng, máy kéo vận hành ngược lại, người vậnhành đối mặt với máy nâng Hệ thống nâng thường gồm các xylanh thủy lực,tùy thuộc vào chuyển động của bộ phận chấp hành mà số xylanh là khácnhau Khung thẳng đứng gọi là cột và thiết bị nâng được gọi là cái nĩa Máynâng có thể có hệ thống thủy lực riêng, các van điều khiển loại ống và cácxylanh tác động một chiều hoặc hai chiều Các máy nâng thường gồm bachuyển động: nâng và hạ nĩa, nghiêng cột, chuyển cột từ bên này sang bênkia Để nâng một vật nặng, người điều khiển tác động vào cần điều khiển cácvan để đưa dầu có áp suất tới xylanh nâng

- Hệ thống thuỷ lực trên máy ủi đất: Đây là hệ thống có cấu tạo tươngđối phức tạp, và gầu của máy xúc có chiều chuyển động trong quá trình làmviệc Khi người điều khiển được gầu có chứa hàng, ống di chuyển cần điềukhiển đưa tới cả hai xylanh của gầu Các xy lanh được cung cấp dầu vào vàduỗi thẳng đỡ gầu xuống, trong khi đó dầu được giữ trong các xylanh nângcần để giữ cho máy ở vị trí làm việc đã được xác lập Các xylanh của cần vàcủa gầu đều là xylanh tác động hai chiều để vừa có thể nâng vừa có thể hạ,

vừa xúc vừa đổ tải.

- Đối với mạch thuỷ lực của máy ủi đất, thông thường có ba điều chỉnhtrong quá trình làm việc: Nâng và hạ lưỡi, xoay phải, xoay trái và nghiêng qualại Ở một số loại máy cả ba điều khiển trên đều được điều khiển bằng thuỷlực, một số máy thì chỉ có hai trong ba chuyển động trên được điều khiểnbằng thuỷ lực

- Hệ thống thủy lực trên xe đào đất: Nó thường bố trí phía sau một máykéo công nghiệp như xe chuyên chở hoặc xe ủi đất Dầu thuỷ lực cho máycông tác được cung cấp từ hệ thống thủy lực của máy kéo Người vận hànhđiều khiển máy đào đất bằng các tay điều khiển đống mở các van được đặttrên cabin Điều khiển dòng dầu tới các xylanh thích hợp để vận hành cần,gầu hoặc thiết lập các chức năng khác Các xylanh tác động hai chiều để cungcấp đủ lực theo cả hai hướng Các đường ống dẫn trong hệ thống đề sử dụng

là các loại ống dẻo nên cho phép máy đào chuyển động tự do mà không làmảnh hưởng đến hệ thống thuỷ lực

- Hệ thống thuỷ lực trên các máy ép thuỷ lực: Dựa vào tính chất không bịnén của chất lỏng, người ta chế tạo hệ thống thủy lực trên các máy ép tĩnh vớilực ép rất lớn nhờ vào áp suất lớn của chất lỏng do bơm tạo ra và kích thướclớn của xylanh thủy lực Ưu điểm của máy ép thủy lực là lực ép tăng từ từ chotới khi đạt được lực ép cần thiết Khi lực ép tăng dần nó sẽ giảm được tải trọngđộng, ứng suất phân bố tương đối đều trên toàn bộ chi tiết làm cho các chi tiếtbiến dạng từ từ theo ý muốn, nó được vận dụng để uốn nguội các chi tiết

Tóm lại, với những ưu điểm của mình, truyền động thủy lực ngày càngđược ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phục vụ cho mọi lĩnh vực sảnxuất Có nhiều vị trí truyền động phức tạp mà các hề thống truyền động cơhọc không thể đáp ứng được như: Truyền động trên các máy xúc, ủi và cácmáy công trình khác… Truyền động thủy lực đã mang lại nguồn lợi rất lớncho các hoạt động sản xuất của con người

2 Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về máy kéo nhỏ truyền động thủy lực

Để đáp ứng các nhu cầu trong cuộc sống, đặc biệt là các yêu cầu đặt ratrong quá trình hoạt động sản xuất hàng ngày, con người đã và đang khôngngừng nghiên cứu, không ngừng chế tạo ra các loại máy móc tiên tiến đápứng được các loại công việc và dần dần tự động hóa, thay thế hoàn toàn sứclực con người Đó là tiền đề cho các cuộc Cách mạng khoa học công nghệ từtrước đến nay Tất cả các nước trên thế giới hiện nay đã chú trọng đầu tư rấtnhiều cho nghiên cứu khoa học, vì thế các sản phẩm rất đa dạng Tuy nhiên,nói về chất lượng sản phẩm cơ khí đặc biệt là máy kéo truyền động thủy lựcthì phải kể đến các nước như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Đan Mạch là nhữngnước có nền khoa học tiên tiến nhất đã đi tiên phong áp dụng sự truyền độngthủy lực cho các loại ô tô-máy kéo Hệ thống thủy lực có thể được lắp đặt cho

hệ thống di động, hệ thống nâng hạ, hệ thống điều khiển

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo một máy kéo nhỏ

Hình 1.2 Sơ đồ một mạch điều khiển bằng thủy lực

Hệ thống truyền động thủy lực này được thiết kế rất hiện đại với hệ thống điều khiển và kiểm soát điện tử toàn bộ So với các hệ thống hiện tại, xexúc lật loại này có một số thay đổi như sau:

- Tay điều khiển các chức năng trên cabine là loại dùng tín hiệu điện chứ không phải thủy lực

- Sử dụng bơm piston mạch hở với load-sensing và cụm valve phân phối điện tỷ lệ cho các cơ cấu hoạt động xúc và lái

- Hệ thống lái kết hợp thủy lực và điện tử

- Cơ cấu di chuyển sử dụng hệ bơm - motor thay đổi lưu lượng, mạch kín với nhiều chế độ tải cài đặt sẵn và tự động thay đổi

- Các thông số làm việc của hệ thống đều được hiện thỉ rõ ràng trên

bảng điều khiển gắn trên cabine Hệ thống có các thiết bị đo báo lỗi điện tử rất

dễ dàng tìm hiểu và truy xuất khi cần sửa chữa, thay thế

Hình 1.3 Một số ứng dụng của máy kéo nông nghiệp

Hình 1.4: Sơ đồ thủy lực của máy kéo đa năng

Sơ đồ trên bao gồm một bơm thuỷ lực, truyền động cho 2 động cơ Hệthống này có khả năng truyền tải công suất và tốc độ tối đa trong các điềukiện làm việc thay đổi

Hình 1.5 Hệ thống thủy lực của máy khi ở trạng thái làm việc

Bơm và động cơ sử dụng trong hệ thống là loại piton, có thể điều chỉnh được lưu lượng Hệ thống truyền động này có kết cấu đơn giản, dễ điều khiển nhưng giá thành chế tạo rất cao

3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài:

Tính toán thông số, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền độngthủy lực, làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy kéo công suất nhỏ có bộphận di động dẫn động thủy lực

Nội dung nghiên cứu của đề tài :

* Nội dung 1: Tính toán các thông số hệ thống truyền động thủy lực củamáy kéo nhỏ:

- Bơm thủy lực

- Van phân phối

* Nội dung 3: Khảo sát hệ thống truyền dộng thủy lực của máy kéo nhỏ.

* Nội dung 4: Kết luận và đề nghị

PHẦN II PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU TỔNG THỂ HỆ

THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY KÉO NHỎ

2.1 Yêu cầu của đề tài:

 Phân tích, lựa chọn phần tử, xây dựng kết cấu tổng thể hệ thốngtruyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ với sơ đồ haiđộng cơ thủy lực truyền động trực tiếp cho 2 bánh xe chủ động củamáy kéo

 Máy có thể di chuyển và làm việc trên những loại địa hình khác nhau.Khả năng làm việc ổn định cao, có thể chịu được quá tải lớn

 Hệ thống thuỷ lực trên máy kéo có kết cấu đơn giản: các cơ cấu phụtrợ ít, hệ thống dễ lắp đặt, vận hành và sửa chữa

2.2 Điều khiển truyền động hai nhánh hai động cơ

2.2.1 Mạch một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải

Hình 2.1 Mạch điều khiển một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải

1- Bơm dầu; 2- Van giới hạn áp suất; 3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng

4- Van phân phối 4/3; 5,6- Động cơ thủy lực

Sơ đồ mạch như hình vẽ 2.1 bao gồm một bơm thủy lực 1 cung cấp dầucho 2 động cơ thủy lực làm việc cùng lúc Hai động cơ thủy lực mắc songsong, tốc độ quay của động cơ được điều khiển bởi van tiết lưu mắc trên mạch

rẽ nhánh dẫn dầu về thùng Có thể xuất hiện ảnh hưởng lẫn nhau giữa haiđộng cơ

Trong trường hợp này, máy chỉ làm việc được bình thường khi điềukiện làm việc của cả hai động cơ thủy lực là như nhau Do thể tích dầu cungcấp từ bơm lên cho hai động cơ luôn đảm bảo lượng dầu mà 2 động cơ yêucầu nhờ có van tiết lưu điều khiển được lưu lượng 3 Khi ta điều khiển lưulượng qua van tiết lưu thay đổi, trong khi đó lưu lượng dầu Qb của bơm khôngthay đổi thì sẽ thay đổi được lưu lượng dầu cung cấp cho hai động cơ

Mặt khác, nhược điểm lớn nhất của mạch điều khiển thủy lực như hình2.1 là khi một trong hai động cơ thủy lực bị quá tải (chẳng hạn động cơ 5 bịquá tải), Khi đó toàn bộ lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ cung cấp hoàntoàn cho động cơ còn lại (toàn bộ lưu lương Qb – QDr sẽ cung cấp cho động cơ6) Lúc đó, số vòng quay của bơm sẽ tăng lên gấp đôi do đó nố sẽ thay đổihoàn toàn điều kiện làm việc của động cơ va gây mất an toàn khi làm việc bịquá tải

Một trường hợp ngoài ý muốn khác khi hệ thống làm việc là khi cả haiđộng cơ thủy lực 5 và 6 đều bị quá tải Khi đó, áp suất trong toàn bộ hệ thống

sẽ tăng lên rất cao và có thể cao hơn giới hạn áp suất có thể chịu được của cácthiết bị thủy lực như hệ thống đường ống dẫn, van phân phối….Do đó, nhờ cóvan an toàn gới hạn áp suất 2 sẽ đảm bảo cho hệ thống làm đảm bảo được antoàn khi bị quá tải Van gới hạn áp suất 2 sẽ đảm bảo một gới hạn áp suất làmviệc ở trong hệ thống Khi áp suất ở trong hệ thống lớn hơn giới hạn áp suấtcho phép của van giới hạn áp suất, lúc đó van sẽ được mở ra và cho dòng dầuđược cung cấp từ bơm 1 đi qua van giới hạn áp suất 2 và chảy trực tiếp vềthùng dầu

Tuy nhiên, với sơ đồ mạch như hình 2.1 cũng có ưu điểm như sử dụng

ít các thiết bị thủy lực hơn, sơ đồ mạch đơn giản hơn và do đó hao tổn áp suất

và hao tổn thể tích qua các thiết bị thủy lực cũng sẽ ít hơn

2.2.2 Mạch hai bơm cung cấp cho hai động cơ phụ tải

Trong phương án này, mỗi động cơ nhận lưu lượng từ một bơm riêng

rẽ Tốc độ quay của mỗi động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay trục bơm và tỷ lệthể tích làm việc ii = VDi/VPi giữa bơm và động cơ tương ứng Hai bộ truyềnhoạt động độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau

Hình 2.2 Mạch điều khiển hai bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải

1,2- Bơm dầu; 3,4- Van giới hạn áp suất 5- Van phân phối 5/2; 6,7- Động cơ thủy lực

Với hệ thống thủy lực được bố trí như hình 2.2 thì sự làm việc của hai động

cơ thủy lực 6 và 7 sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự làm việc của 2 bơm tươngứng 2 và 1 Toàn bộ thể tích dầu do bơm làm việc sẽ được cung cấp hoàn toàncho động cơ thủy lực tương ứng (bỏ qua hao tổn thể tích khi hệ thống làmviệc) Hệ thống làm việc được coi như hai hệ thống làm việc độc lập nhau

4

5

gồm bơm, động cơ, van giới hạn áp suất và van phân phối Do đó, với hệthống làm việc như thế này có ưu điểm so với hệ thống làm việc như hình 2.1

là khi một trong hai bơm làm việc ở chế độ quá tải thì van giới hạn áp suấttương ứng sẽ tự động đóng mở để đảm bảo nhánh làm việc an toàn Lúc đó,khi một trong hai động cơ bị quá tải thì động cơ còn lại vẫn có thể làm việcbình thường

Tuy nhiên, với hệ thống làm việc như hình 2.2 chỉ cho động cơ quay mộtchiều mà không có chiều quay ngược lại Đây là một hạn chế khi máy kéocần lùi ở một số trường hợp khi di động và khi làm việc Ngoài ra ta thấy với

hệ thống được bố trí như vậy sẽ có nhiều thiết bị thủy lực và bộ phận đi kèmhơn, Lúc bố trí lắp đặt bơm lên hệ thống sẽ khó khăn và phức tạp hơn Nhưngngược lại, ta lại chọn được loại bơm có công suất và thể tích làm việc nhỏ hơnkhi mỗi bơm chỉ cung cấp cho một động cơ tương ứng

2.3 Điều khiển truyền động hai nhánh chia dòng xác định

Về cơ bản thì hệ thống thủy lực được bố trí như hình 2.3 gần giống với

hệ thống thủy lực được bố trí như hình 2.1 Trong đó sơ đồ hệ thống thủy lực như ở hình 2.3 chỉ khác mỗi chỗ là ở đầu mỗi bơm được bố trí thêm một van tiết lưu để điều chỉnh ổn định lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ nhằm mục đích ổn định số vòng quay ở động cơ cũng như ở bánh xe

Hình 2.3 Mạch điểu khiển một bơm cho 2 động cơ phụ tải

1- Bơm dầu, 2- Van giới hạn áp suất ,3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng 4- Van phân phối 4/3; 5- Van chia dòng; 6,7- Động cơ thủy lực

Hình vẽ 2.3 trên mô tả sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lựcmột bơm cung cấp dầu cho hai động cơ

Với mạch điều khiển thủy lực được bố trí như sơ đồ hình 2.3 sẽ giảiquyết được hạn chế trên mạch điều khiển trên hình 2.2 Do lưu lượng củabơm 1 ta vẫn cùng cấp lưu lượng thừa và lớn hơn tổng lưu lượng của hai động

cơ Do đó tốc độ quay của hai động cơ vẫn phụ thuộc vào và được điều khiểnbởi van tiết lưu 3

Tuy nhiên với việc bố trí van chia dòng 5 như được bố trí trên hình 2.3thì tốc độ quay của hai động cơ được xác định và được giữ ổn định bởi vanchia dòng 5 này Do đó, hai động cơ cũng sẽ làm việc độc lập với nhau vàkhông gây ảnh hưởng tới nhau tuy cùng được nhận công suất truyền từ mộtbơm 1 Khi một trong hai động cơ làm việc gặp sự cố thì động cơ còn lại vẫnlàm việc bình thường và ổn định số vòng quay nhờ van chia dòng 5

2.4 Điều khiển chuyển động hai nhánh cần ổn định vận tốc quay

Hình 2.4 Mạch điều khiển một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải bằng

van điều chỉnh dòng 3 ngả

1- Bơm dầu; 2- Van giới hạn áp suất; 3- Van phân phối 4/3

4,5- Van tiết lưu dòng; 6,7- Động cơ thủy lực

Mỗi động cơ được điều tốc ở một giá trị cho trước nhờ van điều chỉnhdòng 3 ngả Nguồn lưu lượng có thể sử dụng là một bơm hoặc nhiều bơm dầu

Trên đây là một số phương án mạch điều khiển thủy lực truyền động cho hai hay nhiều phụ tải chuyển động quay tương thích với một số bộ phận làm việc chủ động trên máy nông lâm nghiệp tự hành Nguồn năng lượng thủy lực được ứng dụng là dạng mạch nguồn lưu lượng không đổi với các phần tử cấu trúc mạch đơn giản nhất, giá cả hợp lý Tuỳ theo yêu cầu về độ chính xác điều khiển cũng như mức độ tự động hoá có thể lựa chọn các

phương án mạch cao hơn và cũng đắt tiền hơn Thí dụ mạch nhạy tải (Load sending system) với các van điều khiển liên tục tác động điện như van tỷ lệ

2.3 Lựa chọn mạch thuỷ lực phù hợp

Trong phạm vi của bài báo cáo tốt nghiệp em chọn mạch thuỷ lực: Điềukhiển chuyển động cho hai động cơ vì đảm bảo một số những yêu cầu sau:

 Tính ổn định của hệ thống làm việc cao

 Mạch thuỷ lực của hệ thống đơn giản, các chi tiết phụ trợ ít, vậnhành đơn giản, bảo quản và sửa chữa thuận lợi

Hình 2.5 Mạch điểu khiển một bơm cho 2 động cơ phụ tải

1- Bơm dầu, 2- Van giới hạn áp suất ,3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng 4- Van phân phối 4/3; 5- Van chia dòng; 6,7- Động cơ thủy lực

PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ

LỰC CHO BỘ PHẬN DI ĐỘNG MÁY KÉO NHỎ

3.1 Tính toán thông số của động cơ

Sơ đồ mạch được lựa chọn trong hệ thống truyền động thuỷ lực cho bộphận di động máy kéo nhỏ như sau:

Hình 3.1 Mạch điểu khiển một bơm cho 2 động cơ phụ tải

1- Bơm dầu, 2- Van giới hạn áp suất ,3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng 4- Van phân phối 4/3; 5- Van chia dòng; 6,7- Động cơ thủy lực

Theo yêu cầu của đề tài có :

+ Vận tốc máy : 1,5 ÷ 22,5 km/h

+ Lực kéo : Pk = 2 kN

và bánh xe là i=1 Như vậy mô men quay và số vòng quay của động cơ thủylực và bánh xe là như nhau:

+ Mô men quay của động cơ là : M’ = M = 500 (Nm)

+ Số vòng quay trên trục động cơ là :

ω’max = ωmax = 119,37 (vòng/phút) ω’min = ωmin = 7,96 (vòng/phút)+ Công suất trên trục động cơ :

P’= ω’.M’= 7,96 500 = 3980 W ≈ 4kW

Từ số vòng quay của động cơ ω’= 7,96 vòng/phút, mô men quay của động cơM’= 500Nm, công suất của động cơ P’= 4kW khi làm việc và yêu cầu phạm

vi đề tài để có thể ứng dụng cho các máy nông nghiệp khác liên kết với máykéo nên có thể chọn loại động cơ thủy lực loại có thể tích làm việc lớn Trabảng 3.1 ta chọn loại động cơ OMP400 có công suất lớn nhất Pmax= 6,5 kW,

số vòng quay ωmax= 490 vòng/phút, mô men quay lớn nhất Mmax= 155Nm, thểtích làm việc V = 389,2 cm3/vòng

Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật của một số loại động cơ thủy lực

* Áp suất làm việc của hệ thống được xác đinh theo công thức :

M x=p V

2 π (Nm)

* Lưu lượng Q’ và thể tích dầu trong một vòng quay V

Lưu lượng của động cơ dầu :

Qd =

P

p .60.103 (lít/phút)Trong đó : Qd là lưu lượng (lít/phút)

P là công suất của động cơ (W)

Từ đó ta được công suất hao tổn trên động cơ là:

Hiện nay người ta thường dùng hai loại ống nối cứng và ống nối mềm:

Ống nối cứng: được chế tạo bằng thép chính xác, theo tiêu chuẩn quốc

gia hoặc quốc tế

Ống nối mềm: để nối giữa một vị trí cố định với một thiết bị thuỷ lực

chuyển động, cũng được ở những nơi hay thay thế thiết bị Các ống mềm cómặt trong và mặt ngoài đàn hồi bằng cao su nhân tạo và một vài nhiều bố sợivải hay lưới thép.

Ưu điểm của ống nối mềm là dễ tháo lắp, ngoài ra do khả năng giãn nở

có thể làm giảm dao động và đỉnh áp suất Ta chọn ống nối trên hệ thống thuỷlực này là ống nối mềm

Nối ống mềm

Các dạng ống nối

Khi nối ống mềm, ống được nối chặt giữa đầu nối 1 và vòng đai ốc 2

Trên hình 3.4 giới thiệu một kiểu nối nhanh, trong thực tế cấu tạo từ haivan chặn dòng Khi cắm vào nhau, hai đế tựa côn sẽ đẩy nhau ngược chiều lò

xo và mở thông đường dầu

Từ đó ta có lưu lượng của bơm dầu:

Hình 3.4 Nối ống mềm Hình 3.5 Khớp nối nhanh

Chọn kích thước đường ống:

Ta có phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn:

Q=A.v

Trong đó: A là tiết diện của đường ống dẫn (m2);

Q là lưu lượng dầu chảy qua ống (l/ph);

v là vận tốc dòng dầu khi di qua đoạn ống dẫn (m/s)Vận tốc thuận lợi nhất của dòng dầu nằm trong một khoảng giới hạnhẹp, thường chọn theo kinh nghiệm sau:

Đường ống áp suất: dưới 10 bar: 3m/s

10-50 bar: 4 m/s 50-100 bar: 4,5 m/s 100- 150 bar: 5 m/s

150 - 200 bar: 5,5 m/s 200- 300 bar: 6 m/s Trên 300 bar:7 m/s

Vì ống dẫn là đầu ống dẫn tròn nên ta có tiết diện của đường ống là:

Tính toán hao tổn đường ống từ van chia dòng tới động cơ

 Tính hao tổn áp suất cục bộ trong đường ống

Để tính toán hao tổn áp suất trong các phần tử đường ống có thể sử dụngcông thức sau:

∆ p1= v2

2 i(3.10)Trong đó:

 Tính toán tổn thất dọc đường trên đường ống

Khi chất lỏng thực chảy có tổn thất năng lượng do lực cản chuyển động.Tổn thất năng lượng dọc đường là do lực ma sát trong tác dụng lên dòng chấtlỏng hay là do lực cản theo chiều dài của bề mặt bao quanh dòng chảy (bề mặttrong ống dẫn)

Để xác định trạng thái chảy người ta sử dụng hệ số Reynolds phân giới Repgt =3000

Hệ số Reynolds được tính theo công thức:

ℜ= 4.Q

π D υ(3.12)

với: D = 12 (mm) = 12.10-3 m đường kính ống;

υ là độ nhớt (m2/s) chọn độ nhớt tiêu chuẩn là 32 mm2/s ở 400C;

Q = Qdc = 29,85 (lít/phút) là lưu lượng dòng dầu trong ống

Nếu: Re < 3000 – trạng thái chảy tầng

Re > 3000 – Trạng thái chảy rối

Thay số vào công thức trên ta có:

ℜ= 4.29,85 10−3

3,14.12 10−3.32 10−6 60=1650,41

Dòng chảy trong ống là chảy tầng;

Hệ số ma sát đối với dòng chảy trong ống:

λ=0,3164

√ ℜ =

0,316 4

√1650,41 6 , e ≈ 0,05(3.13)

Hao tổn áp suất dọc đường trên đường dầu từ van chia dòng tới động

cơ với chiều dài dường ống chọn l1=1 m

0,05.1 900 29,852 10−6

122 10−6 32.10−6 602 =1961,18(m N2)(3.14)Hao tổn áp suất trên đường dầu từ van chia dòng tới động cơ:

Qv = 2Qdc= 59,7 (l/ph)

3.3 Lựa chọn van chia dòng

Van chia dòng có nhiệm vụ chia dòng dầu cung cấp từ bơm thành hai(hoặc nhiều) phần dòng theo tỷ lệ xác định trước Yêu câu với van chia dòng

2 ngả:

Q = Q1 + Q2 với Q1/ Q2 = const

Hình 3.6 Van chia dòng

1,2 - Tấm chắn, 3 con trượt bơiDòng cung cấp được chia và xác dịnh nhờ các phần tử tấm chắn 1,2 Cácphần dòng tương ứng với mặt cắt tiết lưu trên tấm chắn Nếu các mặt cắt lớnnhư nhau thì lưu lượng tổng được chia theo tỉ lệ1:1

Dựa vào lưu lượng vào van chia dòng Qv = 59,7(l/ph) Ta chọn van chia

dòng có mã hiệu sau: L06A3 của hãng Sterling Hydraulic

Hình 3.7 Ký hiệu tiêu chuẩn của van chia dòng và đường đặc tính lưu

lượng hao tổn áp suất

Dựa vào đường đặc tính và lưu lượng hao tổn áp suất qua van chia dòng

ta xác định được hao tổn áp suất là: ΔPp4 = 7 bar

Hao tổn công suất trên van là:

∆ N v=∆ p4 Q v= 7 10 5.59,7 10−3

60 =696,5 W (3.15)

Áp suất trên van chia dòng: pv = 80 + 0,44 + 7 = 87,44bar