tính toán thiết kế xe trộn bê tông

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THÙNG TRỘN BÊ TÔNG 2.1 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE CHỞ BÊ TÔNG Đối với trường hơp xe chở bê tông, phương pháp truyền động thủy lực tỏ có nhiều ưu so với phương pháp truyền động khác: ▪ Thuận lợi cho việc bố trí Xe sở thường bố trí động phía trước, cầu sau chủ động, thùng bố trí phía sau Khoảng cách từ đáy thùng trộn tới động xa Hệ thống thủy lực đảm bảo cho việc thiết kế truyền đơn giảm so với phương pháp truyền động khác ▪ Điều khiển dễ dàng Hệ thống thủy lực thường điều khiển thông qua van Các van điều khiển điện khí cách dễ dàng Các phần tử điều khiển thường tích hợp thành gắn bên cạch bơm động Điều khiến cho việc bố trí gọn ▪ Đảm bảo làm việc tốt điều kiện nhiều bụi, bẩn Điều khiện làm việc môi trường xây dựng, xe chuyên chở bê tông Bộ truyền lực thường dễ bị bám bẩn, truyền không làm kín tốt làm cho giảm tuổi thọ, giảm chất lượng truyền động ▪ Ngăn chặn dao động Thùng trộn quay khối bê tông bị trộn tạo lên tải trọng động Tải trọng động truyền ngược lại theo đường hệ thống truyền lực gây tải cho chi tiết Với hệ thống thủy lực, dao động chuyển hóa thành dòng chất lỏng có áp suất thay đổi Nhờ thiết bị ổn định hấp thụ thay đổi 2.2 GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH Trong kỹ thuật đại, truyền động thuỷ lực ngày ứng dụng rộng rãi Có thể chia làm hai loại: Truyền động thuỷ lực Truyền động thuỷ động Truyền động thuỷ tĩnh Tổ hợp máy cánh dẫn (bơm, Tổ hợp máy thể tích tuabin) Việc truyền phận máy chủ yếu thực động dòng chất lỏng, cấu điều khiển Việc truyền thực chủ yếu áp dòng chất lỏng Giới thiệu chung máy thủy lực thể tích Máy thuỷ lực thể tích làm việc theo nguyên lý nén chất lỏng thể tích kín Về nguyên tắc, máy thể tích làm việc thuận nghịch, nghĩa vừa bơm vừa động Các thông số máy thể tích áp suất lưu lượng Về nguyên lý, áp suất làm việc máy thể tích phụ thuộc vào tải trọng công suất máy Còn lưu lượng không phụ thuộc vào áp suất, mà phụ thuộc vào thể tích làm việc máy Nhưng thực tế, tăng áp suất lưu lượng giảm có tượng rò rỉ Do máy thể tích cần có van an toàn để hạn chế áp suất làm việc ▪ Áp suất Trong máy thể tích thường dùng áp suất làm việc để đánh giá khả tải máy: H: Cột áp máy Trong máy thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác dụng lên píttông tạo nên áp lực P R : Là diện tích làm việc mặt píttông p : Áp suất làm việc Đối với máy thuỷ lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng lên rôtor tạo nên mô men quay M: KM : hệ số mô men phụ thuộc vào loại máy Hệ số KM suy từ công suất lý thuyết Mặt khác:   ql: lưu lượng riêng máy ▪ Hiệu suất công suất Hiệu suất toàn phần máy thuỷ lực xác định theo công thức: Trong máy thể tích tổn thất cột áp không đáng kể  Công suất hữu ích bơm xác định thông số thuỷ lực, gọi công suất thuỷ lực bơm: Công suất trục bơm, xác định theo công thức: Công suất hữu ích động xác định sau: - Động có chuyển động tịnh tiến: ND = PV P : áp lực lên píttông V : vận tốc píttông - Động có chuyển động quay: M : mômen quay trục : vận tốc góc Công suất thuỷ lực động cơ, xác định theo công thức: Trong đó: η : Hiệu suất toàn phần động p : Áp suất dòng chất lỏng nạp vào động Q : Lưu lượng dòng chất lỏng nạp vào động 2.3 GIỚI THIỆU VỀ SƠ ĐỒ MẠCH THỦY LỰC 2.3.1 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA THÙNG TRỘN Xe Thùng Yêu cầu thực tế trộn Xe dừng Thùng trộn chỗ quay ▪ Tại nơi trộn, bê tông tươi hỗn hợp thành phần bê tông chuyển vào thùng trộn thông qua hệ thống băng truyền ▪ Tại công trường xây dựng, bê tông tươi đưa từ thùng trộn qua hệ thống máng dẫn ▪ Khi lái xe dừng xe, để nghỉ đường, thùng trộn phải quay để trì cho khối bê tông không bị đông kết Yêu cầu thay đổi chiều quay thùng trộn thay đổi tốc độ thùng trộn ▪ Xe Thùng chuyển trộn tươi từ nơi trộn tới công trường xây dựng Thùng trộn phải động quay quay để cho bê tông không bị đông kết Yêu cầu xe phải vận chuyển khối bê tông ▪ Một số công trường lớn, thùng trộn quay, xe di chuyển chậm, bê tông đưa trực tiếp tới vị trí thi công Xe Thùng Trong trình di chuyển từ công trường thi công chuyển trộn nơi nạp bê tông Nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu, tăng động không mức độ ổn định an toàn chuyển động, thùng trộn quay thường giữ không quay Xe dừng Thùng Xe không làm việc, động tăt máy trộn chỗ không quay 2.3.2 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ MẠCH THỦY LỰC Hình 2.1: Sơ đồ mạch thủy lực : Cụm bơm thủy lực : Cụm mô tơ thủy lực : Bơm cấp dầu : Bơm : Van điều khiển : Xi lanh điều khiển : Van an toàn bơm cấp dầu : Van chiều : Bộ phận làm mát dầu 10 : Lọc dầu 11 : Đồng hồ áp suất 12 : Đường ống dầu 13 : Đường ống dẫn dầu rò rỉ 14 : Mô tơ 15 : Van điều khiển xả dầu nóng 16 : Van xả dầu nóng 17 : Van an toàn mô tơ 18 : Tích 19 : Tiết lưu M, MA MB : Cửa nối áp kế Hình 2.2: Sơ đồ mạch thủy lực Hình 2.3: Kết cấu bơm Sơ đồ H.2.1 sơ đồ thủy lực mạch điều khiển thùng trộn bê tông Đường nét liền mô tả dòng thủy lực làm việc Đường nét chấm gạch mô tả giới hạn cụm, sơ đồ có cụm cụm bơm 1và cụm động Đường nét đứt mô tả dòng dầu điều khiển Chế độ nạp trộn bê tông Con trượt van phân phối di chuyển sang phải Bơm dẫn động quay, làm dầu từ bơm qua đường ống A1-A2 tới động thủy lực 14, động lực quay Thông qua hộp giảm tốc , mô men từ động thủy lực làm quay thùng trộn Với chế độ này, đường ống A1-A2 đường ống có áp suất cao, đường ống B1-B2 có áp suất thấp Chế độ xả bê tông Con trượt van phân phối di chuyển sang trái Bơm đổi chiều quay Dầu tờ bơm qua cửa B2-B1 tới động thủy lực, làm quay động thủy lực Sau dầu hồi bơm thông qua đường ống A2-A1 Hai van an toàn 17 đảm bảo áp suất dầu không vượt giới hạn cho phép Khối bê tông bị trộn nên xảy tượng va đập với thùng trộn Sự va đập làm phát sinh tải trọng động truyền ngược vào hệ thống truyền lực Tải trọng động có nhiều tác dụng xấu đến hệ thống truyền lực làm chi tiết bị hư hại mỏi, động làm việc bị rung Do người ta bố tri thêm bình tích 18 nhằm dập tát rung động giúp hệ thống làm việc ổn định Trong trình dầu làm việc chúng bị nóng lên, đồng thời bào mòn tạo nhiều mạt sắt nhỏ dầu Vì dầu đường ống cần phải thường xuyên thay dầu có nhiệt độ thấp để đảm bảo tính chất cớ, lý, hóa dầu ổn đinh Van phân phối 15 điều khiển chênh lêch áp suất dầu hai cửa động thủy lực Giả sử hệ thống làm việc chế độ trộn, áp suất dầu MA lớn áp suất dầu cửa MB Van phân phối 15 nối thông cửa xả động thủy lực với thùng chứa đầu thông qua van an toàn 16 Khi áp suất tới van an toàn 16 đạt đến giá trị xác định van mở Van an toàn 16 có tác dụng trì áp suất đường ống hút bơm để tránh tượng lọt khí vào bên đường ống, đồng thời giúp cho bơm không bị tải Dầu đường ống bị sụt giảm thoát qua van 16 rò rỉ Bơm có tác dụng bổ sung dầu cho đường ống chính, đồng thời tạo lên áp suất để điều khiển động bơm Van an toàn nhằm hạn chế áp suất bơm không cao Van tiết lưu 19 làm giảm áp suất bơm truyền tới xi lanh điều khiển Dầu thoát theo đường ống C – C2 qua dàn làm mát Dầu bổ sung vào hệ thống lọc thông qua bình lọc 10 2.4 LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ THỦY LỰC 2.4.1 LỰA CHỌN BỘ SƠ BỘ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Thông số làm việc thùng trộn xác định dựa theo yêu cầu kỹ thuật bê tông để đảm bảo cho bê tông trì tươi tiết kiệm nhiên liệu nhất, thực tế khí đường vận tốc thùng trộn từ ÷ (vg/ph) Với mục đích tăng cường tốc độ xả nạp để rút ngắn thời gian vận chuyển, tốc độ quay thùng trộn xả nạp khoảng 14 ÷ 17 (vg/ph) Động thủy lực dẫn động thùng trộn thường yêu cầu công suất lớn, hiệu suất chúng mà thấp làm gia tăng tổn thất đo chúng cần chế tạo cách đặc biệt Trên thị trường có số hãng lớn có chế tạo loại bơm chúng phân phối Việt Nam như: Hydromobil, Sauerdanfoss Thông số kỹ thuật dùng cho xe chở bê tông mà nhóm tác giả sử dụng hãng Hydromobil, bảng thông số kỹ thuật bơm xem thêm phần phụ lục cuối tài liệu Đồ thị cho biết quan hệ áp suất, hiệu suất tỉ lệ tốc độ động thủy lực loại pitton hướng trục loại có áp suất làm việc tối đa p max = 300 bar Trục hoành mô tả tỉ lệ tốc độ động thủy lực, ứng với 100 tốc độ lớn động thủy lực Trục tung mô tả áp suất làm việc động Chọn hiệu suất động thủy lực Chọn vùng làm việc động cho hiệu suất động đạt giá trị cao Từ đồ thị ta nhận thấy hiệu suất dòng bơm η = 89 % hiệu suất cao đạt η = 89 % tương ứng với dải tốc độ làm việc nd = (0,2 % ÷ 0,65 % ) ✕ ndmax Mỗi loại động khác có tốc độ lớn khác chúng có dải làm việc tối ưu khác từ nd1 ÷ nd2 o KK : Hệ số phân bố không tải trọng chiều rộng vành răng, þ ăn khớp KKo = þ ‹ KKZ = 1,2 + — = 1,2 : Hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho đôi KKa đồng thời ăn khớp, thẳng KKa = : Hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp KKV T KKV = + uHbw3dw2 KHþKHα c Với uK u : ðo : Hệ số kể đến ảnh hưởng sai số ăn khớp, tra K a w = rJ u23 ðogo bảng 6.15 [1], ta có ðo = 0,004 r : Vận tốc vòng r= = 0,5 (m/s) ndw2 (n2 –n0) 3,14×240×39,67 60000 = 60000 Do chọn cấp xác theo mức làm việc êm go : Hệ số kể đến sai lệch bước bánh bánh 2, tra bảng 6.16 [1] theo mô đun m = mm , cấp xác theo mức làm việc êm 8, ta có go = 61 K ‹ u = 0,004 × 61 × 0,5 × J 160 2,35 ‹ KKV = 1+ 1,003×120× 240 5,7×106 ×3 = 1,002 = 1,003 2× ×1,2×1 ‹ KK = 1,2 × × 1,002 = 1,203 Thay giá trị vào công thức tính ứng suất tiếp xúc: K o 5,7×106 ×3×1,203×(2,35–1) × = 274 × 1,7 × 0,86 × J 120×2,35×2402 = 429,19 (Mpa) Như oK3 € [oK]3 = 536 (Mpa), bánh đủ bền tiếp xúc Kiểm nghiệm độ bền uốn: Theo (6.43) [1], ứng suất uốn sinh chân răng: × oF3 = T 2 ×KF Fs Fþ FF3 c bwdw2 m Trong đó: Ys : Hệ số kể đến trùng khớp s 1,785 = Yþ : Ys = = 0,56 α Hệ số kể đến độ nghiêng răng, với thẳng Yþ = YF3 : Hệ số dạng răng, tra bảng 6.18 [1], ta có: YF3 = 3,47 KF : Hệ số tải trọng tính uốn, theo (6.45) [1]: KF = KFþ KFαKFV Với KFþ : Hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành tính uốn, tra bảng 6.14 [1], với sơ đồ Tbd = 1,5 ta có KFþ = 1,2 : Hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho đôi KFα đồng thời ăn khớp tính uốn, với thẳng KFα = : Hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp KFV tính uốn: wFbw3dw2 KFV 2=Fþ1 + KFα 2T K Với wF w : ðF : Hệ số kể đến ảnh hưởng sai số ăn khớp, tra F a = go J uw 23 ðF r bảng 6.15 [1], ta có ðF = 0,011 ‹ w = 0,011 × 61 × 0,5 × J F 160 2,35 ‹ KFV = 1+ 2× 2,76×120× 240 = 2,76 = 1,006 5,7×106 ×3 ×1,2×1 Thay vào ta có: KF = 1,2 × × 1,006 = 1,207 Do ta có: 5,7×106 ×31,207×0,56×1×3,47 × oF3 = (Mpa) = 187,2 120×240×5 Vậy: oF3 € [oF]3 = 200,57 Mpa, bánh bao đủ bền uốn Kiểm nghiệm tải: Theo công thức (6.48) [1], ứng suất tiếp xúc tải: oK3mas = oK3 ƒKqt Hệ số tải: Kqt = Tmax T = 1,5 Nên: oK3mas = 429,19ƒ1,5 = 525,64 (Mpa) Vậy oK3mas € [oK3]mas = 1540 Mpa KL: Bánh bao đủ bền tiếp xúc tải Theo công thức (6.49) [1], ứng suất uốn tải: oF3mas = oF3Kqt = 187,2 × 1,5 = 280,8 (Mpa) Vậy oF3mas € [oF]3mas = 440 (Mpa), KL: bánh bao đủ bền uốn tải Chọn ổ lăn cho bánh vệ tinh: Chọn ổ: Theo bảng 6.11 [1], đường kính đáy bánh vệ tinh: df2 = dw2 — (2,5 — 2x2 )m = 240 — × = 227,5 (mm) Chọn chiều dày bánh vệ tinh H X 2m = × = 10 (mm) Lấy H = 20 (mm) Do đường kính ổ lăn: D = df2 — 2H = 227,5 — × 20 = 187,5 (mm) Chọn D =190 (mm) Theo bảng phụ lục P2.8 [1], chọn ổ đũa đỡ trụ ngắn dãy cỡ trung rộng kí hiệu 2618, có đường kính D=190, đường kính d=90, khả tải động ổ C=270 Xác định thời hạn sử dụng ổ: Theo công thức (6.88) [1], tải trọng tương đương ổ lăn: Vs Q= 4T K J( c ) k j o + F2 1t dw1c Trong đó: V : Hệ số kể đến vòng quay, vòng quay nên V = 1,2 s j : Hệ số an toàn s = 1,3 : Số ổ lăn bánh vệ tinh j = ko : Hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho ổ, j ≤ nên ko = Kc : Hê số Kc = 1,1 F1t : Lực li tâm tác dụng lên bánh vệ tinh Theo công thức (6.89): 2 F1t = 6,7 × 10–11dw2bwnraawßo Trong đó: ßo : Vì ổ đặt bánh vệ tinh nên ßo = 0,5 ‹ F1t = 6,7 × 10–112402 × 120 × 172 × 160 × 0,5 = 10,7 (N) ‹ Q= 1,2×1,3 1×1 J(4×5,7×106×1,1)2 + 10,72 = 82,15 × 103 (N) = 82,15 80×3 (kN) Theo công thức (11.1) [1], thời gian sử dụng ổ tính triệu vòng: m C L= ( ) Q m: bậc đường cong mỏi thử ổ lăn, ổ đũa m = 10 / Vậy: 27 L = ( 10/3 ) = 52,78 vòng) (Triệu 82,15 Theo công thức (11.2) [1], thời hạn sử dụng ổ tính giờ: Lh = 10 ×52,78 106L 60×39,67 = 22176 (h) 60(n = –n ) o Ta thấy Lh X t1r = 15000 (h), thỏa mãn Các thông số kích thước truyền cấp chậm Khoảng cách trục aw = 160 mm Mô đun m = mm m = mm Tỉ số truyền u12 = u23 = 2,35 Số z1 = 16 z2 = 48 z3 = 113 Hệ số dịch chỉnh x1 = 0,3 x2 = —0,3 x3 = —0,47 Chiều rộng vành bw1 = 120 bw2 = 120 bw3 = 120 d1 = 80 d2 = 240 d3 = 556,31 (mm) Đường kính chia (mm) 2.4.3 KIỂM NGHIỆM CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC THỰC TẾ CỦA ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Do tỉ số truyền thực tế hộp giảm tốc phụ thuộc vào số bánh , tỉ số truyền không với tỉ số truyền lựa chọn ban đầu đồng thời truyền bánh hộp giảm tốc làm gây tổn thất đo mô men yêu cầu trục động thủy lực lớn hộp giảm tốc Do cần phải kiểm nghiệm lại chế độ làm việc động Hộp giảm tốc gồm truyền bánh hành tinh.mỗi truyền bánh hành tinh có hiệu suất = 0.98 đo hiệu suất toàn hộp gảm tốc có hiếu suất 5gt = 0.982 = 0,96Cho hiệu suất hộp giảm tốc 5gt = 0.96 Công suất cần truyền cho hộp giảm tốc Ng t = 81813,65 Nt = ygt = 85222,55 (W) 0,96 Với loại HPF114 làm việc với công suất khí nhỏ Nd ck = 95554 (W) Thỏa mãn điều kiệndNgt € Nck Mô men lớn trục động Mtmax Mdm as = ig ×y t = 45962,72 = 460,36 gt (Nm) 104×0,96 Lưu lượng riêng động thủy lực q = 118.9 × 10–6 (m /vg) 6p = 2×n×Mdmax 2×3,14×460,36 q×y = = 274,02 × 105 (N/m ) 118,7×10—6 ×0,89 6p = 274,02 (bar) Áp suất dư đường ống xả động thủy lực nhằm mục đích hệ chế tượng lọt khí vào hệ thống tạo điều kiện cho dầu lọc dễ dàng pr = 11 (bar) p = 274,02 + 11 = 285,02 (bar) Thỏa mãn điều kiện p € pmas Dải tốc độ làm việc động nd = (ntmin ÷ ntmac) × igt nd = (2 ÷ 17) × 14 = 208 ÷ 1768 (vg/ph) Lưu lượng qua động lớn Qdma ndmax d × q 60 s= 1768 Qdma s= 60 –6 –6 × 118,7 × 10 = 3497,69 × 10 (m /s) Lưu lương qua động nhỏ Qdmi n = ndmin d 60 ×q 208 Qdmi n = 60 × 118,7 × 10 –6 = 411,49 × 10 –6 (m /s) LỰA CHỌN BƠM THỦY LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG LỰA CHỌN BƠM THỦY LỰC Để đảm bảo cho động hoạt động cần thiết phải tạo dòng dầu di chuyển liên tục qua nó, công việc bơm thủy lực đảm nhiệm Vấn đề đặt tương tự với trường hợp động thủy lực Bơm thủy lực thiết bị có sẵn, loại bơm có khoảng làm việc tối ưu Mục tiêu phần đưa loại bơm đáp ứng chế độ làm việc thùng chở bê tông làm việc hiệu suất cao Tham khảo bơm dùng cho xe chở bê tông hãng Hydromobil, thông số kỹ thuật loại bơm xin xem thêm phần phụ lục Dựa vào đồ thị đưa ta chọn khoảng làm việc lớn nhỏ bơm từ xác định lưu lượng làm việc tương ứng Chọn vùng làm việc động cho hiệu suất động đạt = 89 % tương ứng với dải tốc độ làm ... thng mỏng dn ngoi Khi lỏi xe dng xe, ngh gia ng, thựng trn phi quay trỡ cho bờ tụng khụng b ụng kt Yờu cu thay i c chiu quay ca thựng trn v thay i c tc ca thựng trn Xe Thựng chuyn trn ti t... cho bờ tụng khụng b ụng kt Yờu cu chic xe phi chuyn c bờ tụng Mt s cụng trng ln, thựng trn quay, xe di chuyn chm, bờ tụng c a trc tip ti v trớ ang thi cụng Xe Thựng Trong quỏ trỡnh di chuyn t... tit b hng ng thi nhm hon chnh quỏ trỡnh thit kt xe ch bờ tụng to in cho vic nõng cao mc ni a húa chic xe ny 2.4.2.1 LA CHN PHNG N THIT K Cỏc loi xe chuyn bờ tụng loi c dựng hp gim tc thng cú