ĐỒ ÁN THUYẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ KHÍ

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---o0o---ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUYẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ KHÍ Sinh viên : Nguyễn

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

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

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 !

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

- 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

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 :

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 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

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 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

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

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

in t

out t

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

6

9

4 3 5

2 1

8 7

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 toàn bộ : 3565 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 : ηqd =0.97

Hiệu suất lưu lượng của bơm : ηqd =0.87

Hiệu suất lưu lượng của đường ống : ηqd =0.92

Hiệu suất cơ khí của động cơ là: ηqd =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:

S 1 S 2

F

Fmsc P2

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

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

D P

D P

η

ππ

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

=>

ck

F D

D P

D P

η

ππ

D

η

2 1

2

)51,0(

)1,98.51.010.16.(

95.0.14,3

50.4)

51.0(

4

3 2

F D

*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 :

) / ( 241 0

) / ( 10 41 2 4

14 3 064 0 075 0 4

3 4 2

2 1

s l Q

s m D

v S v Q

1 1 1 1

p v F

N D = × = × × = × = × − × × =

Lưu lượng lý thuyết của bơm tối thiểu để cung cấp cho h ệ th ống :

)/(1082.41041.22

Q Bll = × D = × × = = × −

Tương tự ta có côg suất l ý thuy ết c ủa b ơm cung c ấp cho h ệ th ống

)(712.7856.32

N B = × D = × =

Tương tự ta có côg suất l ý thuy ết của bơm cung c ấp cho h ệ th ống:

N Bll = × D = × =

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 :

Qd QB QD

Bll Q

Bll Btt

Q Q

Q

ηηη

1082

s m

Q Q

Qd QB QD

Tương tự ta có côg suất cần thiết của bơm cung cấp cho hệ thống :

)(57.890.0

712.7

KW

N N

ckB

Bll

η

Trong đó ηckB 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 :

)/(105660

24004

.2660

3 s cm n

KN Q

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 :

10.21( )

98.0

10

KW

N N

dc

B

η

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.

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 :

Q =π× × trong đó ;

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 v oh = 2m/s

Do đó đường kính của ống hút được xác định ;

214.3

1041.24.4

m v

Q d

Với : p(N/mm2)- áp suát làm việc của ống

d (mm)- đường kính trong của ống

∆( mm) – chiều dày của ống

σ (N/mm2)- ứng suất bền của ống

1002

1316

h

114.3

1022.14