NGHIÊN cứu hệ THỐNG THỦY lực TRÊN XE CHUYÊN DỤNG CHỞ rác ARM ROLL dưới 1 tấn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ DUY LONG “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN XE CHUYÊN DỤNG CHỞ RÁC ARM ROLL DƯỚI TẤN” LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2015 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ DUY LONG “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN XE CHUYÊN DỤNG CHỞ RÁC ARM ROLL DƯỚI TẤN” Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số : 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ HỒNG QUÂN Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Học viên Ks Lê Duy Long LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học công nghiệp Hà nội, trung tâm sau đại học, Khoa Cơng nghệ Ơtơ cho Em thực luận văn trường Em xin cảm ơn trung tâm sau đại học hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho Em suốt trình làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Hồng Quân hướng dẫn Em tận tình chu đáo mặt chuyên mơn để Em hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn q thầy Khoa Cơng nghệ Ơtơ trường đại học Công nghiệp Hà nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho Em thời gian làm luận văn Cuối Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, khuyến khích ủng hộ Em thời gian làm luận văn Học viên Ks Lê Duy Long MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 11 DANH MỤC CÁC BẢNG 12 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 17 LỜI NÓI ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI .1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN ÔTÔ CHUYÊN DỤNG 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC 1.2 PHẠM VI ỨNG DỤNG, ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ THỦY LỰC .3 1.2.1 Phạm vi ứng dụng 1.2.2 Ưu nhược điểm truyền động thủy lực .4 1.3 GIỚI THIỆU XE ARM ROLL 3.1 Các tính hoạt động xe 1.3.2 Bố trí chung phân bố trọng lượng xe Arm Roll 1.3.3 Trọng lượng xe chở rác Arm Roll 1.3.4 Sự phân bố trọng lượng xe chở rác Arm Roll 1.3.5 Đặc tính xe Arm Roll 10 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC XE CHUYÊN DỤNG TRÊN THẾ GIỚI .16 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC XE CHUYÊN DỤNG TRONG NƯỚC 16 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 Chương 2: 18 CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN ÔTÔ CHUYÊN DỤNG 18 2.1 CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 18 2.1.2 Phương trình dịng chảy 18 2.1.2.1 Phương trình dịng chảy liên tục 18 2.1.3 Đơn vị đo đại lượng (Hệ mét) 19 2.1.4 Nguyên lý truyền động thủy lực 20 2.1.5 Dầu thủy lực 22 2.1.6 Tổn thất hệ thống truyền động thủy lực 25 2.2 BƠM DẦU .27 2.2.1 Nguyên lý chung 27 2.2.2 Một số loại bơm dầu thường dùng .28 2.3.2 Động thủy lực 40 CÁC VAN THỦY LỰC .45 2.4.1 Van điều chỉnh áp suất 45 2.4.2 Van tiết lưu 51 2.4.3 Van chiều .51 2.4.4 Van điều khiển .54 2.4.5 Van chắn 59 2.4.6 Chọn van thủy lực 60 2.5 CÁC THIẾT BỊ KHÁC TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC 60 2.5.1 Thùng dầu 60 2.5.2 Bộ lọc dầu 62 2.5.3 Bình tích áp (ác quy thủy lực) 65 2.5.4 Ống dẫn cút ống .67 2.5.5 Vòng chắn 68 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 Chương 3: 71 TÍNH TỐN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 71 3.1 CÁC VẤN ĐỀ TRONG TÍNH TỐN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE CHUN DỤNG 71 3.2 TÍNH TỐN BƠM DẦU 72 3.2.1 Chọn kiểu bơm 72 3.2.2 Chọn thông số kỹ thuật chủ yếu 72 3.3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ XI LANH THỦY LỰC .74 3.4 TÍNH TỐN CHỌN MƠ TƠ THỦY LỰC .78 3.5 TÍNH TỐN CHỌN BÌNH TÍCH ÁP 78 3.5.1 Xác định thông số làm việc 80 3.6 VẬN HÀNH VÀ CHĂM SÓC BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG THỦY LỰC .82 3.6.1 Những điều cần lưu ý vận hành hệ thống truyền động thủy lực 82 3.6.2 Những điều lưu ý thiết kế chế tạo thiết bị thủy lực .83 3.6.3 Các quy phạm an toàn 84 KẾT LUẬN CHƯƠNG 86 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN VĂN 87 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC 90 MỘT SỐ BẢN VẼ THIẾT KẾ VÀ HÌNH ẢNH XE CHUYÊN DỤNG ARM ROLL TRONG THỰC TẾ 90 PHỤ LỤC 94 KÝ HIỆU CỦA CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC 94 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt BTA NL Van logic OR Cr C Ý nghĩa Bình tích áp Năng lượng Van HOẶC Crôm Cacbon DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 11 DANH MỤC CÁC BẢNG 12 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 17 LỜI NÓI ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI .1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN ÔTÔ CHUYÊN DỤNG 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC 1.2 PHẠM VI ỨNG DỤNG, ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ THỦY LỰC .3 1.2.1 Phạm vi ứng dụng 1.2.2 Ưu nhược điểm truyền động thủy lực .4 1.3 GIỚI THIỆU XE ARM ROLL 3.1 Các tính hoạt động xe 1.3.2 Bố trí chung phân bố trọng lượng xe Arm Roll Hình 1.1 Bố trí chung xe chở rác Arm Roll 1.3.3 Trọng lượng xe chở rác Arm Roll 1.3.4 Sự phân bố trọng lượng xe chở rác Arm Roll Bảng 1.1 Sự phân bố trọng lượng xe chở rác Arm Roll 1.3.5 Đặc tính xe Arm Roll 10 Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật xe chở rác Arm Roll 10 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC XE CHUYÊN DỤNG TRÊN THẾ GIỚI .16 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC XE CHUYÊN DỤNG TRONG NƯỚC 16 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 Chương 2: 18 CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN ÔTÔ CHUYÊN DỤNG 18 2.1 CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 18 2.1.2 Phương trình dịng chảy 18 2.1.2.1 Phương trình dịng chảy liên tục 18 Hình 2.1 Phương trình dịng chảy liên tục 18 Hình 2.2 Phương trình Bernuli 19 2.1.3 Đơn vị đo đại lượng (Hệ mét) 19 Bảng 2.1 Bảng chuyển đổi đơn vị 20 2.1.4 Nguyên lý truyền động thủy lực 20 Hình 2.3 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 21 Hình 2.4 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động quay 22 2.1.5 Dầu thủy lực 22 2.1.6 Tổn thất hệ thống truyền động thủy lực 25 2.2 BƠM DẦU .27 2.2.1 Nguyên lý chung 27 2.2.2 Một số loại bơm dầu thường dùng .28 Hình 2.5 Bơm bánh 29 Hình 2.6 Bơm cánh gạt đơn 30 Hình 2.7 Bơm cánh gạt đơn nguyên tắc điều chỉnh .31 Hình 2.8 Bơm cánh gạt kép .32 Hình 2.9 Bơm píttơng 33 Hình 2.10 Bơm píttơng hướng kính với trục lệch tâm 33 Hình 2.11 Bơm píttơng hướng trục kiểu đĩa nghiêng .34 Hình 2.12 Bơm píttơng hướng trục kiểu khớp cầu 34 Hình 2.13 Bơm trục vít 35 Hình 2.14 Xi lanh thủy lực 36 Hình 2.15 Xi lanh tác dụng đơn 37 Hình 2.16 Xi lanh tác dụng kép 38 Hình 2.17 Xi lanh lồng .38 Hình 2.18 Xi lanh thủy lực tác dụng hai chiều 39 2.3.2 Động thủy lực 40 Hình 2.19 Động bánh 41 Hình 2.20 Động cánh gạt đơn 42 Hình 2.21 Động dầu cánh gạt kép 42 Hình 2.22 Động píttơng kiểu hướng kính .43 Hình 2.23 Động píttơng kiểu hướng trục .44 CÁC VAN THỦY LỰC .45 2.4.1 Van điều chỉnh áp suất 45 Hình 2.24 Van kiểu bi 46 Hình 2.25 Cấu tạo van kiểu bi 47 82 quan sát quan sát - Màng - Màng điều kiện khơng thay thay - Không - Không quan sát quan sát chắn Pm = áp suất làm việc dòng chảy tự thể thay Áp suất: Luôn áp suất tuyệt đối 3.6 VẬN HÀNH VÀ CHĂM SÓC BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG THỦY LỰC 3.6.1 Những điều cần lưu ý vận hành hệ thống truyền động thủy lực - Tuân thủ theo hướng dẫn sử dụng nhà cung cấp, đặc biệt ý nội dung liên quan đến an toàn sản xuất làm việc với phần tử có áp suất - Kiểm tra lọc thường xuyên, làm thùng chứa dầu thủy lực theo định kỳ - Sau khởi động bơm dầu thủy lực, kiểm tra áp suất đồng hồ trước đưa hệ thống vào hoạt động Kiểm định đồng hồ áp suất theo định kỳ quy định - Kiểm tra đường ống ý rò rỉ dầu chỗ nối ống, đầu mối nối ống với phần tử - Tránh xa nguồn nhiệt bình tích áp thủy lực - Khi bổ sung dầu cho hệ thống thủy lực phải sử dụng dầu chủng loại 83 - Trường hợp đặc biệt phải dùng loại dầu khác thay phải chọn loại dầu có tính tương đương ý tính chất dầu ảnh hưởng đến cao su làm kín - Khi thay đổi chủng loại dầu thủy lực phải làm toàn phần tử thủy lực hệ thống trước đổ loại dầu vào thùng chứa - Chuẩn bị vị trí đầy đủ dụng cụ, giẻ lau, dầu rửa trước tháo lắp phần tử thủy lực - Kiểm tra độ kín phần tử trước lắp vào hệ thống - Kiểm tra độ kín toàn hệ thống trước vận hành sau: khởi động hệ thống, tăng áp từ từ kiểm tra độ kín tồn hệ thống đến tồn tải - Khi thay phần tử, cút nối kiểm tra kiểu ren, bước ren phần tử, cút nối thay phải phù hợp với hệ thống - Thường xuyên vệ sinh 5S khu vực làm việc 3.6.2 Những điều lưu ý thiết kế chế tạo thiết bị thủy lực - Phân tích kỹ yêu cầu làm việc thiết bị, áp suất lưu lượng thiết bị chọn bơm dầu, giá trị khoảng cách di chuyển tải trọng để chọn cấu chấp hành - Chọn bơm dầu lưu ý dải tốc độ làm việc yêu cầu đặc thù công việc để chọn thiết bị đáp ứng yêu cầu công việc giá thành hợp lý - Căn vào nguyên lý làm việc, lưu lượng áp suất chọn phần tử phù hợp - Chú ý bố trí bình tích áp thủy lực quy định, an tồn xa nguồn nhiệt - Tìm hiểu thiết bị tương tự có để bố trí cấu chấp hành gọn 84 - Khi xếp phần tử điều khiển, van chức vào vị trí khó tháo tác tháo lắp nên lắp phần tử thành panen bên ngồi, sau lắp panen vào vị trí - Lắp thùng dầu thủy lực ý vị trí nút xả dầu để tháo thùng dầu - Ưu tiên mua phần tử hệ thống hãng ý đến kiểu ren, bước ren phần tử cút nối - Cố định chặt ống kim loại, lưu ý bố trí ống mềm để cấu chấp hành chuyển động khơng gây cọ xát làm mịn ống dẫn - Thử không tải, thử tải hệ thống trước đưa vào vận hành - Lập đầy đủ hồ sơ: Bản vẽ thiết kế quy định, thuyết minh tính tốn đầy đủ rõ ràng, hướng dẫn sử dụng, danh mục phần tử thủy lực đầy đủ tính rõ nhà cung cấp - Một số sai sót thường gặp: - Dẫn động bơm dầu dây đai, lực căng dây đai làm hỏng bề mặt ổ đỡ trục bơm dầu gây kẹt bơm Biện pháp khắc phục: Dẫn động khớp nối - Thể tích thùng dầu nhỏ, dầu bị nóng Sai sót dễ xảy chế tạo băng thử toàn tải, thử bền xi lanh thủy lực Biện pháp khắc phục: Tính thể tích thùng dầu đủ làm dầu tuần hoàn, lằm mát dầu cưỡng gió nước trước đổ thùng 3.6.3 Các quy phạm an toàn - Đọc kỹ hướng dẫn nhà sản xuất tuân theo quy định - Các bình tích áp sửa chữa nhà chế tạo - Khơng hàn, khoan lên bình tích áp 85 - Theo dõi định kỳ áp suất p0, hệ thống phải có đồng hồ áp suất - Lắp đặt chắn - Kiểm định định kỳ theo quy định 86 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương Luận văn thực nội dung: - Xây dưng u cầu tính tốn bơm dầu, cơng suất động điện, lựa chọn bơm dầu động điện phù hợp với yêu cầu cấu chấp hành (xi lanh thủy lực) Các cấu chấp hành, cấu biến đổi lượng, cấu điều khiển diều chỉnh phần lớn thiết bị phụ khác trọng hệ thống thủy lực sử dụng chi tiết tiêu chuẩn - Bơm dầu mô tơ điện, bình tích áp cụm chi tiết tiêu chuẩn chọn theo yếu tố kĩ thuật kinh tế Riêng chọn bơm tham khảo kinh nghiệm Rudi A Lang, Masnesmann Rexroth Gmbh 1991 - Xi lanh thủy lực tính tốn thiết kế chế tạo nước nên cần tính tốn cụ thể gồm bước: Tính tốn thiết kế, lập quy trình cơng nghệ chế tạo, chọn phơi (thường đo công ty chuyên chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn kích thước, độ xác, độ cứng bề mặt, độ dày lớp mạ) Trong cụm xi lanh lực gồm: thân xi lanh, píttơng, cần píttơng, loại gioăng làm kín 87 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN VĂN 1) Luận văn nghiên cứu thị trường sản xuất lắp ráp ô tô nước nhu cầu tình hình sản xuất xe chở rác Arm Roll phân tích tổng quan tình hình thiết kế xe chở rác Arm Roll Giới thiệu chung xe chở rác Arm Roll, thông số kỹ thuật xe chở rác Arm Roll Vai trò hệ thống thủy lực xe chuyên dụng chở rác Tình hình nghiên cứu hệ thống thủy lực nước giới 2) Phân tích nguyên lý thủy lực khảo sát sơ dồ nguyên lý hệ thống thủy lực xe chuyên dụng nói chung làm sở thiết kế hệ thống thủy lực xe chở rác Arm Roll 3) Phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc cụm chi tiết hệ thống thủy lực có chế độ làm việc phức tạp địi hỏi độ xác cao, 4) Bơm dầu mơ tơ điện, bình tích áp cụm chi tiết tiêu chuẩn chọn theo yếu tố kĩ thuật kinh tế 5) Xi lanh thủy lực tính tốn thiết kế chế tạo nước gồm: thân xi lanh, píttơng, cần píttơng, loại gioăng làm kín 6) Xây dựng chế độ chăm sóc vận hành hệ thống thủy lực xe sở phân tích kỹ thuật, tính tốn thiết kế cơng nghệ chế tạo giúp người sử dụng điều khiển vận hành yêu cầu kỹ thuật hệ thống 88 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1) Phân tích động học hệ thống thủy lực xe chuyên dụng với đầy đủ thông số ảnh hưởng chế độ điều khiển hệ thống 2) Mô động học hệ thống thủy lực xe chở rác Arm Roll phần mềm chuyên dụng Simulink mô phần mềm 3D chuyên dụng để mô tả đầy dủ chế độ làm việc hệ thống thủy lực 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế, (2007), Giáo trình ơtơ máy kéo xe chuyên dụng, Xuất năm 2007 [2] Trần Ngọc Hải, Trần Xuân Tùy, (2011), Giáo trình hệ thống truyền động thủy lực khí nén, Nhà xuất Xây dựng năm 2011 [3] Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạc Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, (1996), Thủy lực máy thủy lực, Nhà xuất Giáo dục năm 1996 [4] Rudi A.Lang, (1991), Basic princip and elements of hydraulic technology, Masnesmann Rexroth DmbH, 1991 [5] Soosung Motors Technology, (2013), Company profile, 2013 90 PHỤ LỤC MỘT SỐ BẢN VẼ THIẾT KẾ VÀ HÌNH ẢNH XE CHUYÊN DỤNG ARM ROLL TRONG THỰC TẾ Hình PL1 – 1.1 Bản vẽ tổng thể xe Arm roll 91 Hình PL1 – 1.2 Bản vẽ khung thùng Arm roll Hình PL1 – 1.3 Bản vẽ khung sát xi phụ 92 Hình PL1 – 1.4 Bản vẽ khung sát xi Hình PL1 – 1.5 Bản vẽ bố trí khung gầm xe 93 Hình PL1 – 1.6 Xe Arm Roll thực tế 94 PHỤ LỤC KÝ HIỆU CỦA CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC Dưới số ký hiệu theo tiêu chuẩn quốc tế DIN ISO 1219 mô tả phần tử thủy lực thường gặp Kết cấu chức phần tử thủy lực phong phú, đa dạng Ký hiệu phần tử chuyên biệt thường mô tả tài liệu kèm theo thiết bị Tên phần tử Ký hiệu Đường ống đầu nối Đường ống Đường điều khiển - Đường dầu thoát _ Nhóm nhiều thành phần Đường ống mềm Điểm nối ống Điểm giao (không thông) Nút bịt Khớp nối nhanh Khớp nối nhanh có van chiều Bình tích áp, lọc dầu, thiết bị nhiệt Bình tích áp Lọc dầu Thiết bị tách •• 95 Lọc có báo tách Bộ cấp dầu, gồm có: lọc, tách, van giảm áp Thiết bị làm mát Thiết bị làm nóng Bơm mơ tơ thủy lực Bơm thủy lực chiều lưu lượng cố định Bơm thủy lực chiều lưu lượng thay đổi Bơm thủy lực chiều lưu lượng cố định Bơm thủy lực chiều lưu lượng thay đổi Mô tơ thủy lực chiều lưu lượng cố định Mô tơ thủy lực chiều lưu lượng thay đổi Mô tơ thủy lực chiều lưu lượng cố định Mô tơ thủy lực chiều lưu lượng thay đổi 96 Bơm/Mô tơ thủy lực thuận nghịch lưu lượng cố định Bơm/Mô tơ thủy lực thuận nghịch lưu lượng thay đổi Cụm bơm mô tơ truyền động Các loại phụ kiện Cụm thủy lực Đồng hồ đo áp suất nhiệt độ Đồng hồ đo lưu lượng Thùng dầu kín Thùng dầu hở Mơ tơ điện Động nhiệt Khớp nối Lò xo Nguồn lượng thủy lực Nguồn lượng khí nén Hướng dịng chảy M ... lượng xe chở rác Arm Roll 1. 3.5 Đặc tính xe Arm Roll 10 Bảng 1. 2 Thông số kỹ thuật xe chở rác Arm Roll 10 1. 4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC XE CHUYÊN DỤNG TRÊN THẾ... chung xe chở rác Arm Roll, thông số kỹ thuật xe chở rác Arm Roll Vai trò hệ thống thủy lực xe chuyên dụng chở rác Tình hình nghiên cứu hệ thống thủy lực nước giới 18 Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN... tài vào ? ?Nghiên cứu hệ thống thủy lực xe chuyên dụng chở rác Arm Roll tấn? ?? với số cải tiến hệ thống thủy lực xe giải vấn đề thu gom vận chuyển rác 1. 2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Hệ thống thủy lực đóng