Đồ án học phần : Truyền động thuỷ khí động lực

Nguyên lý làm việc chung của hệ thống thủy lực :- Chất lỏng từ thùng chứa dầu qua lọc dầu và được chuyển đến các cụm cơ cấuphân phối 4/3 thông qua dãy bơm piston rôto hướng trục.. Lúc nà

Mục lục

Lời nói đầu

Mục lục 1

Phần 1 : Thiết kế sơ đồ truyền động thủy lực của hệ thống 2

1.1 Tổng quan về xe cần trục bánh xích: 2

1.1.1 Định nghĩa : 2

1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thuỷ lực 3

1.2.1 Ưu điểm: 3

1.2.2 Nhược điểm: 3

1.3 Cấu tạo chung của xe cần trục bánh xích : ( Hình 1.3.1) 4

1.4 Sơ đồ hệ thống thủy lực trong xe cần trục bánh xích (Hình 1.4.1) 5

1.4.1 Nguyên lý làm việc chung của hệ thống thủy lực : 6

1.4.1.1 Nguyên lý làm việc của mạch thuỷ lực nâng hạ cần trục : 6

1.4.1.2 Nguyên lý làm việc của mạch thuỷ lực hệ thống tời : 7

1.4.1.3 Nguyên lý làm việc của mạch thuỷ lực hệ thống quay toa : 7

Phần 2: Tính toán các thông số cơ bản cho hệ thống 9

2.1 Thông số kỹ thuật xe cần trục bánh xích 9

2.2 : Tính toán chọn động cơ thuỷ lực : 10

2.2.1 Vai trò của động cơ thuỷ lực: 10

2.2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc: 11

3.2 Cơ cấu phân phối : (Hình 3.2.1) 12

Phần 4 : Chọn các cụm máy chính 14

4.1 Chọn bơm : 14

4.1.1 Vai trò của bơm : 14

Phần 5 : Sơ lược về các phần tử thuỷ lực trong hệ thống 16

5.1 Van tiết lưu : ( Hình 5.1.1 ) 16

5.2 Van một chiều : ( Hình 5.2.1 ) 17

5.3 Van an toàn: ( Hình 5.3.1 ) 18

5.4 Bộ lọc dầu : ( Hình 5.4.1 ) 19

5.5 Động cơ thủy lực piston (xilanh thủy lực) : ( Hình 5.5.1) 20

Phần 6 : Đánh giá tính kỹ thuật, kinh tế 21

6.1 : Tính kỹ thuật : 21

6.2 : Tính kinh tế : 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

Phần 1 : Thiết kế sơ đồ truyền động thủy lực của hệ thống

1.1 Tổng quan về xe cần trục bánh xích:

1.1.1 Định nghĩa :

- Cần trục tự hành nói chung, cần trục tự hành bánh xích nói riêng là loại cần trục

có thiết bị phát lực là động cơ đốt trong, hệ thống di chuyển bằng bánh xích, có tính năng cơ động rất cao, có khả năng di chuyển trong phạm vi khá rộng lớn

- Cần trục tự hành bánh xích thường có tay cần nghiêng so với phương ngang khi hoạt động cẩu lắp Góc nghiên tay cần tối đa là 850

- Tầm với của loại cần trục này thay đổi bằng cách thay đổi góc nghiêng tay cần

1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thuỷ lực

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

1.3 Cấu tạo chung của xe cần trục bánh xích : ( Hình 1.3.1)

Hình 1.3.1 : Cần trục bánh xích 1-Xi lanh thuỷ lực nâng hạ cần trục , 2-Cần trục , 3-Móc chính , 4-Móc phụ , 5-Tời ,

6

1.4 Sơ đồ hệ thống thủy lực trong xe cần trục bánh xích (Hình 1.4.1).

6

10 23 22

20

2 1

24 25

26 27 28 29

19

21

Hình 1.4.1 : Sơ đồ truyền động thuỷ lực

1.4.1 Nguyên lý làm việc chung của hệ thống thủy lực :

- Chất lỏng từ thùng chứa dầu qua lọc dầu và được chuyển đến các cụm cơ cấuphân phối 4/3 thông qua dãy bơm piston rôto hướng trục Cơ cấu phân phối baogồm các con trượt piston bậc có số lượng cửa thông tùy thuộc vào mục đích sửdụng của mỗi cơ cấu Khi một trong các con trượt này ở vị trí làm việc thì lúc

đó các cơ cấu chấp hành của cần trục mới làm việc

- Cụm bơm được động cơ xe dẫn động thông qua khớp nối và hộp giảm tốc Lúc này dầu cao áp được bơm tạo ra và đưa tới các cơ cấu phân phối và từ cơ cấu phân phối này đến cơ cấu chấp hành.Ta tiến hành phân tích nguyên lý làm việc của các mạch thuỷ lực trên xe

1.4.1.1 Nguyên lý làm việc của mạch thuỷ lực nâng hạ cần trục :

Trường hợp nâng cần:

- Mạch thủy lực nâng cần trục, nhằm thực hiện việc thay đổi góc nâng cần Khi tatác dụng vào tay gạt cơ cấu phân phối 37 để thực hiện việc thay đổi vị trí của cơcấu này, cụ thể là làm dịch chuyển piston van đi xuống , dầu cao áp sẽ đi từ cơcấu phân phối qua van cản 21 đến khoang dưới bộ piston nâng hạ cần đẩy pison

đi lên thực hiện việc nâng cần trục Để chuyển động lên, xuống của piston được

êm và không bị rung giật ta lắp van cản 21 vào đường dầu đi và đường dầu về.Dầu phía trên piston được hồi về lại thùng chứa Nếu một lý do nào đó khiến ápsuất trong hệ thống vượt quá áp suất quy định van an toàn 10 sẽ tháo chất lỏng

về thùng chứa Tùy thuộc vào thời điểm đóng mở cơ cấu phân phối mà hànhtrình nâng có vị trí xác định Nhưng trong quá trình nâng cần phải nằm trongkhoảng xác định của góc nâng cần theo yêu cầu Để quá trình nâng cần vẫn tiếptục khi đã bảo đảm áp suất làm việc, khi đó người điều khiển vẫn để vị trí cầnđiều khiển cơ cấu phân phối ở trạng thái nâng cần Khi thôi nâng cần, ta đưa cầnđiều khiển cơ cấu phân phối về vị trí trung gian

Trường hợp hạ cần

- Khi ta tác động vào cơ cấu phân phối để điều khiển đảo chiều dòng dầu cao áp,dầu cao áp sẻ đến van cản 19 rồi đến khoang trên của bộ piston nâng hạ đẩypiston đi xuống thực hiện việc hạ cần

1.4.1.2 Nguyên lý làm việc của mạch thuỷ lực hệ thống tời :

- Hệ thống tời thực hiện việc nâng, hạ vật từ vị trí đặt đến chổ làm việc Trong

đó, nó thực hiện quá trình cuốn và nhả cáp tuỳ theo trạng thái làm việc yêu cầu

- Để phân biệt loại tời, ta dựa vào tải trọng nâng mà chia ra: Tời chính và tời phụ,việc dẫn động của hệ thống tời được thực hiện thông qua động cơ pittông hướngtrục và được lắp với bánh răng hộp giảm tốc Các tời được điều khiển độc lậpbởi các cần điều khiển riêng của van phân phối

Trường hợp kéo cáp nâng :

- Dầu cao áp được bơm 1 cung cấp và đẩy qua cụm van phân phối của cả tờichính và tời phụ, nhưng tời phụ chỉ làm việc khi ta tác động vào van phân phối

4 điều khiển tời phụ, ta xét trường hợp làm việc của tời chính Lúc này dầu cao

áp từ van phân phối đến động cơ thuỷ lực kéo tời 11 thực hiện việc kéo tời

Trường hợp nhả cáp nâng :

- Dầu cao áp được bơm 1 cung cấp và đẩy qua cơ cấu phân phối 3, lúc này ta dịchchuyển cơ cấu phân phối 3 để đảo chiều dòng dầu cao áp đến động cơ thuỷ lực

11 thực hiện việc nhả cáp tời

- Khi áp suất dầu thủy lực vượt quá giá trị định mức, lúc đó van tràn 7 và 8 sẻ mởcho dầu hồi về thùng chứa

- Để tránh trường hợp dầu trong đường ống bị rò rỉ do nứt, dập ống trong quátrình kéo hạ vật làm mất áp suất dầu gây nguy hiểm đột ngột và đảm bảo cânbằng áp suất làm việc trong hệ thống ta lắp vào hệ thống van cân bằng 6 và 9

- Để đưa móc tải đến vị trí mong muốn ta điều khiển cần trục và khi đến nơi tathực hiện quá trình phanh tời bằng cách đạp vào bàn đạp phanh 14, dầu từ bìnhdầu sẽ đến cơ cấu 14 rồi qua xi lanh chính 13 đến xi lanh phanh tời chính 12thực hiện quá trình phanh tời

1.4.1.3 Nguyên lý làm việc của mạch thuỷ lực hệ thống quay toa :

- Việc quay cần trục đến vị trí làm việc, và quay ngược lại vị trí ban đầu đượcthực hiện bằng tháp quay Bộ phận quay của bàn quay được lắp trên khung của

cơ cấu di chuyển

- Để quay toa, ta cung cấp dầu cao áp từ bơm 3 làm dẫn động động cơ thủy lực

26 quay, thông qua cơ cấu phân phối 25 Tùy thuộc vào trường hợp quay sangtrái hoặc sang phải mà ta di chuyển cơ cấu phân phối 25 cung cấp dầu cho động

cơ quay toa

- Sau khi quay tháp đến vị trí mong muốn ta tiến hành phanh tháp bằng cách tácđộng vào bàn đạp phanh 29, lúc này dầu cao áp sẽ qua xi lanh chính 28 rồi đến

xi lanh phanh 27 thực hiện quá trình phanh toa

- Để thực hiện việc điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành ta lắp vào hệ thống vantiết lưu điều chỉnh được Khi áp suất vượt quá áp suất quy định van an toàn sẽtháo chất lỏng về thùng chứa

- Van một chiều 24 và 22 ngăn không cho dầu đi ngược lên hệ thống khi xe thayđổi góc nghiêng lớn

- Mọi hệ thống thủy lực sau khi làm việc, chất lỏng trước khi đưa vào thùng chứadầu đều được làm mát qua thiết bị làm mát dầu nhằm bảo đảm độ nhớt cho dầu

và giữ cho dầu được tính chất của nó Ngoài ra còn làm tăng thời gian sử dụngcác thiết bị thủy lực

Phần 2: Tính toán các thông số cơ bản cho hệ thống

Hệ thống thuỷ lực :

lượng

Cơ cấu quay :

bộ di chuyển

2.2 : Tính toán chọn động cơ thuỷ lực :

2.2.1 Vai trò của động cơ thuỷ lực:

- Động cơ thuỷ lực là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống thuỷ lực.Động

cơ thuỷ lực biến năng lượng thuỷ lực từ bơm dầu thành mômen quay khi làm việc

- Căn cứ vào thông số kỹ thuật theo yêu cầu, áp suất làm việc của dầu p = 32

MPa, tải trọng hàng nâng G = 7,5 Tấn, dựa vào đặc điểm làm việc của hệ

thống thuỷ lực và điều kiện thực tế ta chọn động cơ thuỷ lực sử dụng cho hệ thống là động cơ piston rôto hướng trục vì loại bơm này có :

- Số vòng quay lớn : 20000 vong/phut

- Hiệu suất cao :  = 0,95 ;  = 0,97 – 0,98

- Trọng lượng trên 1 đơn vị công suất nhỏ

- Lưu lượng có thể đạt 1000 – 1800 lit/phut

- Áp suất làm việc p = (210 – 350) at

2.2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc:

- Kết cấu của máy piston hướng trục, các lỗ xilanh phân bố đều trên rôto nhưng không theo hướng kính mà song song với nhau theo hướng trục của rôto Pistontrong các xilanh luôn luôn được đẩy tỳ một đầu vào đĩa cố định đặc nghiêng bằng các lò xo đặt trong xilanh Khi rôto 8 quay, các piston 7 quay theo.Vì một đầu của piston 7 luôn luôn phải tỳ vào mặt đĩa nghiêng 1 nên các pision cũng đồng thời chuyển động tịnh tiến tương đối trong khối xilanh Các lỗ xilanh ở mặt cuối rôto được lắp sát với nắp cố định Bên trong rãnh này có 2 rãnh hình vòng cung được ngăn cách nhau bởi hai gờ, hai rãnh này được thông với 2 lỗ

để dẫn chất lỏng ra vào a, b Khi máy là động cơ thuỷ lực, áp suất chất lỏng tác dụng lên piston làm đầu piston tì vào thành đĩa nghiêng và sinh ra mô men làm quay rôto

Hình 2.2.2.1: Cấu tạo máy piston rôto hướng trục.

1- Đĩa nghiêng; 2- Stato; 3- Lò xo; 4- Nắp cố định; 5- Các rãnh vòng cung;

6-Gờ ngăn cách giữa hai rãnh vòng cung; 7- Piston; 8- Rôto

3.2 Cơ cấu phân phối : (Hình 3.2.1)

Chức năng, phân loại

- Cơ cấu phân phối được dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút của lướiđường ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhấtđịnh Do đó có thể đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành (động cơthủy lực) hoặc điều khiển nó chuyển động theo một quy luật nhất định

- Chất lỏng đi từ bơm đến động cơ thủy lực thường phải qua các cơ cấu phânphối là nơi tập trung các đầu mối lưu thông chất lỏng

Kết cấu và đặc điểm thủy lực

8

- Nói chung cơ cấu phân phối gồm hai bộ phận chính: vỏ và bộ phận đổihướng dòng chảy Trên vỏ có khoét các cửa lưu thông nối với các đường ống thủylực Bộ phận đổi nhánh có thể di chuyển tương đối với vỏ để phân phối vào cửalưu thông tùy theo hướng dòng của bộ phận đổi nhánh Bộ phận đổi nhánh có thể

là piston bậc, ngăn kéo, núm xoay,

- Cơ cấu phân phối con trượt piston bậc có ưu điểm là:

Điều khiển nhẹ nhàng : tín hiệu điều khiển nhỏ chỉ cần thắng lực ma sátgiữa piston và thành xilanh của con trượt

A , B – cửa nối với cơ cấu chấp hành

P – cửa nối với bơm

T – cửa nối với ống xả về thùng dầu

Nguyên lý làm việc :

- Khi tác động vào tay gạt điều khiển piston van di chuyển sang trái thì cửa P thông với cửa A đi đến cơ cấu chấp hành, dầu bên khoang B của

cơ cấu chấp hành sẻ về lại thùng chứa qua cửa T

- Khi tác động vào tay gạt điều khiển piston van di chuyển sang phải thì cửa P thông với cửa B đi đến cơ cấu chấp hành, dầu bên khoang A của

cơ cấu chấp hành sẻ về lại thùng chứa qua cửa T

- Ở chế độ không làm việc thì piston sẻ đóng cả 2 cửa A và B

Phần 4 : Chọn các cụm máy chính

4.1 Chọn bơm :

4.1.1 Vai trò của bơm :

- Bơm là một trong những hệ thống quan trọng nhất của hệ thuỷ lực,Bơm có

nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành áp năng.Thông số cơ bản nhất của bơm là lưu lượng và áp suất.Trong hệ thống thuỷ lực người ta thường dùng bơm thể tích đểthực hiện việc biến đổi năng lượng này bằng cách thay đổi thể tích buồng làm việc Khi thể tích buồng làm việc thì bơm thực hiện việc hút, còn khi thể tích buồng làm việc giảm thì bơm thực hiện việc nén và đẩy

- Từ yêu cầu kỹ thuật của lắp ghép và điều kiện làm việc của máy ta chọn bơm làm việc là bơm piston rôto hướng trục

- Đây là loại bơm có piston đặt song song với trục động cơ của rôto và được

truyền bằng khớp hoặc đĩa nghiêng , khi cùng một cỡ , kích thước của nó sẻ

nhỏ hơn bơm piston rôto hướng tâm

- Bơm gồm có hai phần: Phần quay là rôto đặt lệch tâm trong phần cố định stato.Rôto là một khối trụ tròn, trong đó các xilanh và piston trụ không có cần, phân

bố đều theo hướng kính ( kiểu bố trí hình sao) Do sự phân bố lệch tâm giữa stato và rôto một khoảng là e nên khi rôto quay, các pistong quay theo rôto và đồng thời chuyển động tịnh tiến trong các xilanh

- Ưu điểm của loại bơm này là : Khả năng làm kín tốt hơn so với bơm bánh răng và bơm cánh gạt.

Chịu được áp suất cao

Hệ số có ích thể tích cao,có thể đạt 0,98

Hiệu suất hầu như không phụ thuộc vào tải trọng và số vòng quay

- Nhược điểm :

Sự ổn định của lưu lượng ra kém hơn so với bơm bánh răng và bơm cánh gạt

do sự không liên tục của các piston cung cấp lưu lượng

Vì bỏ qua tổn thất qua các đường ống và tại van nên ta có :

Lưu lượng lý thuyết của động cơ chính là lưu lượng lý thuyết của bơm

Lưu lượng riêng của bơm là :

Từ đây ta xác định các thông số của bơm

- Đường kính piston ( d ):

Ta có:

Trong đó: m là tỉ số giữa đường kính vòng tròn chia D với đường kính lổ

xi lanh d, m = D/d xác định theo tỷ lệ sau:

- z là số xylanh của động cơ

Tóm lược thông số kỹ thuật của bơm :

- Số xylanh của động cơ Z = 7

- Đường kính vòng chia D = 434 mm

- Đường kính lổ xi lanh d = 140 mm

Phần 5 : Sơ lược về các phần tử thuỷ lực trong hệ thống

5.1 Van tiết lưu : ( Hình 5.1.1 )

- Cơ cấu tiết lưu được dùng để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng chất lỏngtrong hệ thống bằng cách gây sức cản đối với dòng chảy

- Ta sử dụng loại tiết lưu điều chỉnh được cho hệ thống

- Khi đặt tiết lưu trên lưới ống của hệ thống thủy lực thì khi điều chỉnh sứccản của nó, lưu lượng của hệ thống sẽ thay đổi, nghĩa là vận tốc của động cơ thủylực sẽ thay đổi Do đó tiết lưu được dùng trong các hệ thống truyền động thủy lựccần phải điều chỉnh vận tốc của động cơ thủy lực.

- Có thể điều chỉnh sức cản của tiết lưu bằng cách thay đổi diện tích lưu thônghoặc thay đổi chiều dài đường dẫn chất lỏng của nó Ta sữ dụng loại tiết lưu kiểunón cho hệ thống Kết cấu như sau

- Cũng có thể dùng cơ cấu phân con trượt piston làm thêm nhiệm vụ tiết lưu

vì nó có khả năng điều chỉnh được diện tích các cửa lưu thông của nó

1 2

Hình 5.1.1 Van tiết lưu điều chỉnh được

1- Vỏ tiết lưu , 2- Cơ cấu điều chỉnh

5.2 Van một chiều : ( Hình 5.2.1 )

- Van một chiều được dùng để giữ cho chất lỏng chỉ chảy theo một chiều

- Cấu tạo của van một chiều gồm : vỏ, lò xo giữ và bi cầu

- Loại van một chiều sữ dụng trong hệ thống là loại van bi, (hình 3.1): có kếtcấu đơn giản, ít sức cản nhưng khó đóng khít (vì khi đóng không có thành dẫnhướng nên dễ lệch tâm) gây nên rò rỉ chất lỏng

1 2 3

Hình 5.2.1 Van một chiều loại bi cầu

1- Vỏ van; 2- Lò xo giữ ; 3- bi cầu ;

- Van an toàn sử dụng trong hệ thống là loại van an toàn tác dụng gián tiếp(van tác dụng tùy động): kích thước hình học của cửa lưu thông và số cửalưu thông được thay đổi không chỉ do tác dụng của dòng chất lỏng qua nó

mà còn do tác dụng của cơ cấu phụ

- Các loại van an toàn tác dụng trực tiếp, mặc dù đã có những biện pháp đểgiảm va đập, nhưng van làm việc vẫn không được ổn định Đường kính củavan trực tiếp bị hạn chế vì nếu quá lớn thì kích thước lò xo phải tăng lênnhiều Mặc khác hệ thống ta sử dụng là có áp suất cao,lưu lượng làm việclớn,vì vậy : để giảm ứng lực cần thiết của lò xo và tăng tính ổn định của áp