- 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống truyền động thủy lực với công suất lớn.. - Một t
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÌM HIỂU VÀ KHẮC PHỤC HƯ HỎNG HỆ THỐNG THỦY
LỰC TRÊN XE CẨU KATO NK-200B
Họ và tên sinh viên: TRẦN VĨNH HẢO NGUYỄN HỒ TIẾN HƯNG Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Niên khóa: 2007 – 2011
Tháng 6/2011
Trang 2i
TÌM HIỂU VÀ KHẮC PHỤC HƯ HỎNG HỆ THỐNG THỦY
LỰC TRÊN XE CẨU KATO NK-200B
Tác giả Trần Vĩnh Hảo Nguyễn Hồ Tiến Hưng
Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Công nghệ - Kỹ thuật Ô tô
Giáo viên hướng dẫn:
Th s Trần Mạnh Quí
K.s Cao Học
Tháng 06/2011
Trang 3ii
LỜI CẢM ƠN
được tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích từ thầy cô và bạn bè của trường, đó là hành trang quý báu để chúng tôi bước vào đời Với lòng biết ơn sâu sắc chúng tôi xin được gửi lời cám ơn chân thành nhất đến:
Gia đình mình, cảm ơn cha mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và động viên cho con học tập và hoàn thành khoá học của mình
Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, quý thầy cô Khoa Cơ Khí Công Nghệ đã tận tình dạy bảo và truyền đạt kiến thức cho chúng tôi trong thời gian học tập tại trường
Thầy Th.s Trần Mạnh Quí đã tận tình hướng dẫn trong quá trình học tập và làm
đề tài tốt nghiệp
Tập thể ban lãnh đạo và nhân viên công ty TNHH TBCN Hoàng Minh đã tạo điều kiện cho chúng tôi sử dụng thiết bị cũng như mặt bằng để chúng tôi có thể thực hiện đề tài này
Cuối cùng xin cảm ơn tất cả các bạn trong lớp DH07OT đã quan tâm, giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập và làm đề tài
Trong quá trình hoàn thành đề tài này chúng tôi đã cố gắng hết sức nhưng cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự cảm thông và góp ý của các thầy cô, các bạn để đề tài này hoàn thiện hơn nữa
Sinh viên: Trần Vĩnh Hảo
Nguyễn Hồ Tiến Hưng
Trang 42 Thời gian và địa điểm thực hiện
- Thời gian thực hiện Từ 15 tháng 03 đến 27 tháng 5 năm 2011
- Địa điểm thực hiện: Công ty TNHH TBCN Hoàng Minh - 2/24 đường 147, P.Tăng Thơn Phú B, Quận9, Tp.HCM
3 Mục đích đề tài:
- Phân tích tình hình sử dụng xe cẩu hiện nay ở việt nam
- Tổng quan về xe cẩu KATO NK-200B
- Tìm hiểu nhận biết và khắc phục các hư hỏng trên hệ thống thủy lực của xe cẩu
KATO NK-200B
4.Phương tiện:
- Xe cần cẩu KATO NK-200B đời 1982
- Dụng cụ đo cơ khí, điện, thủy lực
- Dụng cụ tháo lắp, sửa chữa
- Nắm được cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực nói chung
và hệ thống thủy lực trên xe cẩu KATO NK-200B nói riêng
- Nắm được chức năng cũng như yêu cầu kỹ thuật của các chi tiết cấu thành hệ
thống thủy lực trên xe cẩu KATO NK-200B
- Sửa chữa hư hỏng ở hệ thống chân chống, hệ thống thủy lực nâng hạ cần, hệ thống
thủy lực ra cần và cải tiến hệ thống tời cáp thủy lực trên xe cẩu KATO NK-200B
Trang 5iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ ii
TÓM TẮT iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ix
Chương 1: MỞ ĐẦU 1
1.1 Đặt vấn đề: 1
Chương 2: TỔNG QUAN 2
2.1 Nguyên lý cơ bản của thủy lực 2
2.2 Mạch thủy lực 3
2.3 Tìm hiểu về hệ thống thủy lực 4
2.4 Giới thiệu các bộ phận trong hệ thống thủy lực 7
2.4.1 Bơm thủy lực (hydraulic pump) 7
2.4.1 Mô tơ thủy lực (hydraulic motors) 13
2.4.1.1 Mô tơ loại bánh răng (gear motors) 13
2.4.2 Thùng dầu thủy lực (tank) 15
2.4.3 Lọc dầu (filter) 15
2.4.4 Ống thủy lực (pipe) 16
2.4.5 Khớp nối thủy lực 17
2.4.6 Van thủy lực (hydraulic valve) 17
2.4.7 Xi lanh thủy lực ( Hydraulic cylinders) 20
2.4.8 Bình tích năng (tích áp) 22
2.4.9 Dầu thủy lực (hydraulic fluids) 23
2.5 Ứng dụng hệ thống thủy lực trong ô tô tương lai 23
2.6 Sơ lược về xe cẩu thủy lực 26
2.7 So sánh hệ thống thủy lực của dòng xe cẩu xuất xứ Nhật bản và dòng xe cẩu xuất xứ từ Đức và Đông Âu 30
2.8 Sơ lược về xe cẩu KATO NK-200B 30
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 36
3.1 Nơi thực hiện 36
3.2 Phương pháp 36
3.3 Phương tiện 36
Trang 6v
Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
4.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống thủy lực xe KATO NK-200B 37
4.2 Các bộ phận chính của hệ thống thủy lực xe cẩu KATO NK-200B 37
4.2.1 Bơm thủy lực 37
4.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động van an toàn trên xe KATO NK-200B 38
4.2.3 Cụm van điều khiển 39
4.2.4 Hệ thống tời (cáp) 40
4.2.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động xi lanh nâng cần 42
4.2.6 Xi lanh cần trục 43
4.2.7 Hệ thống chân chống 44
4.2.8 Bình tích năng (tích áp) 45
4.2.9 Lọc dầu thủy lực 45
4.3 Các hư hỏng của xe KATO NK-200B 46
4.4 Sửa chữa hư hỏng 46
4.4.1 Kiểm tra và sửa chữa 46
4.4.2 Tời không quấn cáp được 51
4.4.3 Sửa chữa phần phanh quay cáp (ly hợp trong) 56
4.4.4 Sửa chữa rơi hàng khi đang cẩu 59
4.4.5 Hư hỏng hệ thống điều khiển 60
4.4.6 Sửa chữa hệ thống cụm chân chống thủy lực 62
4.4.7 Sửa chữa hệ thống nâng cần 64
4.5 Vận hành kiểm tra lai hệ thống 70
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71
5.1 Kết luận 71
5.2 Đề nghị 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
Phụ lục
Trang 7vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Mô hình thủy lực cơ bản 2
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động một mạch thủy lực 5
Hình 2.3: Mô hình mạch thủy lực đơn giản 6
Hình 2.4: Mặt cắt buồng hoạt động của một bơm bánh răng 8
Hình 2.5: Các chi tiết cấu thành bơm bánh răng 8
Hình 2.6: Hoạt động của bơm bánh răng 9
Hình 2.7: Mặt cắt buồng làm việc của bơm cánh gạt 9
Hình 2.8: Bơm cánh gạt và vít điều chỉnh 10
Hình 2.9: Mặt cắt buồng làm việc của bơm cánh gạt kép 10
Hình 2.10: Khoang làm việc của bơm pittong hướng tâm 11
Hình 2.11: Mặt cắt buồng làm việc của bơm pittong hướng trục 12
Hình 2.12: Kết cấu bơm pít-tông hướng trục 12
Hình 2.13: Điều chỉnh góc α của đĩa nghiêng 13
Hình 2.14: Bơm pít-tông hướng trục có rôto đặt lệch với trục truyền động 13
Hình 2.15: Kết cấu mô tơ thủy lực bánh răng 14
Hình 2.16: Mô tơ thủy lực kiểu bánh răng 14
Hình 2.17: Kết cấu mô tơ pit-tông đối xứng tỏa tròn 15
Hình 2.18: Lọc dầu lõi giấy 16
Hình 2.19: Kết cấu ống thủy lực 16
Hình 2.20: Kết cấu của đầu nối liên kết 17
Hình 2.21: Các đầu nối thủy lực 17
Hình 2.22: Kết cấu van an toàn 18
Hình 2.23: Kết cấu van giảm áp 18
Hình 2.24: Kết cấu van cản 19
Hình 2.25: Kết cấu van tích năng 19
Hình 2.26: Van đảo chiều hay van điều khiển 20
Hình 2.27: Kết cấu van một chiều 20
Hình 2.28: Một số loại xi lanh thủy lực 21
Trang 8vii
Hình 2.29: Xi lanh thủy lực có lò xo hồi vị 22
Hình 2.30: Xi lanh thủy lực hành trình kép 22
Hình 2.31: Bình tích áp 22
Hình 2.32: Bố trí hệ thống truyền động thủy lực trên xe 24
Hình 2.33: Hấp thụ năng lượng khi đạp phanh 25
Hình 2.34: Sử dụng năng lượng thủy lực đã hấp thụ khi động cơ không làm việc 26
Hình 2.35: Cần cẩu cơ Khí và cần cẩu thủy lực 27
Hình 2.36: Ưu điểm cần cẩu thủy lực 27
Hình 2.37: Hệ thống điều khiển nhỏ gọn 28
Hình 2.38: Mô hình một số loại xe cần cẩu 29
Hình 2.39: Xe cần cẩu KATO NK-200B 30
Hình 2.40a: Hình chiếu mặt bên xe cẩu KATO NK-200B 31
Hình 2.40b: Hình chiếu mặt trên xe cẩu KATO NK-200B 32
Hình 2.40c: Hình chiếu mặt trước xe cẩu KATO NK-200B 32
Hình 5: Sơ đồ tổng quát của hệ thống thủy lực xe KATO NK-200B (Phụ lục 2) 37
Hình 4.1: Bộ 3 bơm bánh răng tích hợp 37
Hình 4.2: Cấu tạo một bơm bánh răng 38
Hình 4.3: Van an toàn 39
Hình 4.4: Cụm van điều khiển của hệ thống thủy lực 40
Hình 4.5 : Hệ thống tời 41
Hình 4.6: Mô tơ tời 42
Hình 4.7: Xi lanh nâng cần 43
Hình 4.8: Xi lanh lồng của cần trục 44
Hình 4.9: Hệ thống chân chống 45
Hình 4.10: Bình tích năng 45
Hinh 4.11: Lọc dầu 46
Hình 4.12: Kiểm tra áp suất đầu ra của bơm 47
Hình 4.13: Cảo ổ bi cốt bánh răng 48
Hình 4.14: Rà mặt bít của bơm 49
Hình 4.15: Đo khe hở giữa đỉnh răng với lòng thân bơm và giữa 2 răng ăn khớp 49
Hình 4.16: Đo khe hở giữa khe hở răng với bạc thau chặn 49
Trang 9viii
Hình 4.17: Đo các thông số về cấu tạo bơm bánh răng 50
Hình 4.18: Sơ đồ mạch thủy lực tời (cáp thủy lực) 51
Hình 4.19: Tháo cổ góp thủy lực 53
Hình 4.20: Kiểm tra hư hỏng bình tích áp 54
Hình 4.21: Bình tích áp cũ 54
Hình 4.22: Bình tích áp mới 55
Hình 4.23: Sơ đồ mạch điện điều khiển van tích áp điện 55
Hinh 4.24: Mạch điện điều khiển van tích áp điện thay thế van cơ khí 56
Hình 4.25: Cấu tạo hệ thống phanh quay cáp (ly hợp trong) 57
Hình 4.26: Guốc phanh của hệ thống phanh quay cáp (ly hợp trong) 58
Hình 4.27: Pít-tông phanh 58
Hình 4.28: Phớt và vòng chắn dâu 59
Hình 4.29: Hệ thống phanh quay cáp sau khi sửa chữa 59
Hình 4.30: Vị trí điều chỉnh khe hở phanh dải ngoài (ly hợp ngoài) 60
Hình 4.31: Rà lại mặt bít của cụm van điều khiển 61
Hình 4.32: Ngăn kéo điều khiển đóng mở cửa van 61
Hình 4.33: Sơ đồ hệ thống cụm chân chống thủy lực 62
Hình 4.34: Vị trí điều khiển chân chống thủy lực 63
Hình 4.35: Vị trí điều khiển áp suất hồi thùng của hệ thống chân chống 64
Hình 4.36: Sơ đồ hệ thống cần thủy lực 64
Hình 4.37: Bộ kích thủy lực 66
Hình 4.38:Van giữ cho cho hệ thống nâng hạ cần 67
Hình 4.39: Kiêm tra khả năng giư áp của van giữ 67
Hình 4.40: Chi tiết van gữ 68
Hình 4.41: Rà lại pít-tông 69
Hình 4.42: Van một chiều của bộ van giữ 69
Hình 4.43: Thử xe làm việc khi có tải 70
Trang 10
Bảng 2.2: Chú thích các hình chiếu của xe cần cẩu KATO NK-200B 33
Bảng 2.3: Đặc tính tải trọng nâng cẩu KATO NK-200B 33
Trang 11- 1920 đã ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ
- 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khai thác như: Nông nghiệp máy khai mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không,
- 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống truyền động thủy lực với công suất lớn
- Một trong những ứng dụng của hệ thống thủy lực là xe cẩu, nhờ khả năng nâng đỡ hàng với khối lượng lớn một cách linh hoạt Tuy nhiên, hệ thống này không tránh khỏi những hư hỏng và tồn tại những nhược điểm cần khắc phục, vì vậy việc tìm hiểu sửa chữa và cải tiến hệ thống thủy lực trên xe cẩu là yêu cầu đóng vai trò quan trọng Do
đó, chúng em chọn đề tài : “Tìm hiểu và khắc phục hư hỏng hệ thống thủy lực tời trên
xe cẩu KATO NK-200B”
1.2 Mục đích của đề tài
- Tìm hiểu về hệ thống thủy lực trên các xe cẩu
- Sửa chữa hệ thống thủy lực trên xe cẩu KATO NK-200B
- Vẽ lại sơ đồ hệ thống thủy lực trên xe câu KATO NK-200B
Trang 122
Chương 2 TỔNG QUAN
2.1 Nguyên lý cơ bản của thủy lực
2.1.1 Thủy lực
- Trong thực tế, việc truyền năng lượng có thể thực hiện được thông qua chất lỏng Việc truyền năng lượng thông qua chất lỏng làm vật mang năng lượng dễ dàng thực hiện việc phân phối và điều khiển dòng năng lượng hơn so với các truyền động khác
- Thuật ngữ " Thủy lực", nói chung thường được dùng chung cho cả " Truyền động thủy lực" và " Truyền động khí nén"
2.1.2 Truyền lực bằng áp suất
Hình 2.1: Mô hình thủy lực cơ bản
Bởi vì áp suất truyền đi trong mọi hướng đều như nhau, do đó hình dạng bình chứa không quan trọng Ví dụ dưới đây chứng minh tại sao áp suất thủy tĩnh được sử dụng
trong truyền động Khi lực F1 tác dụng vào diện tích A1, một áp suất p sinh ra:
1
1
A F
p
Trang 13A
F A
2
1 2
2
1 2
2.2.1 Đặc điểm của mạch thủy lực
- Truyền lực lớn, mômen lớn với kích thước nhỏ
- Làm việc bắt đầu từ không tải đến toàn tải
- Điều chỉnh trơn (tuyến tính) và dễ dàng ((mạch) vòng hở và (mạch)vòng kín): vận tốc, mômen, lực
- Bảo vệ chống quá tải đơn giản
- Phù hợp với cả việc điều chỉnh rất nhanh và rất chậm
- Tích trữ năng lượng đơn giản bằng chất lỏng
- Hệ thống dẫn động đơn giản
- Chuyển đổi sang dạng năng luợng khác đơn giản
2.2.2 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực
2.2.2.1 Ưu điểm:
- Tryền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao đòi, hỏi ít phải chăm sóc, bảo dưỡng
Trang 14- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch
- Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị đơn giản, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa
Hệ thống thủy lực gồm các cụm và phần tử chính có chức năng sau:
- Cơ cấu tạo năng lượng: Bơm dầu, bộ lọc…
- Phần tử nhận tín hiệu: Các nút nhấn…
- Phần tử xử lý: Van áp suất, van điều khiển từ xa…
- Phần tử điều khiển: Van đảo chiều
- Cơ cấu chấp hành: Xi lanh thủy lực, mô tơ thủy lực…
- Năng lượng ( tín hiệu) điều khiển: Cơ, thủy lực, điện
Trang 155
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động một mạch thủy lực
- Trong hệ thống điều khiển thủy lực, nguồn năng lượng được dùng để hoạt động là dầu thủy lực Để cung cấp năng lượng cho hệ thống điều khiển, thường sử dụng thiết
bị bơm thủy lực Bơm thủy lực là phần tử quan trọng nhất của hệ thống điều khiển thủy lực, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu thủy lực Ngoài ra còn có các phần tử đóng vai trò quan trọng khác
2.3.1 Thiết kế một mạch thủy lực
- Trước tiên, phải chuyển năng lượng cơ khí (cơ năng) sang năng lượng thủy lực (thế năng) Năng lượng thủy lực được phân phối và truyền đến các cơ cấu thủy lực như xilanh, động cơ Đến lượt chúng lại sinh công thực hiện công cơ học
- Cơ cấu chuyển đổi năng lượng cơ năng sang thủy lực thường là bơm Nói chung, phụ thuộc vào dải áp suất làm việc, đặc tính của tải và các yêu cầu khác, có rất nhiều loại bơm được chế tạo trong thực tế để đáp ứng các nhu cầu phong phú về điều khiển và dẫn động các cơ cấu chấp hành thủy lực
2.3.1.1 Điều khiển năng lượng
- Năng lượng thủy lực tồn tại trong hệ thống dưới dạng áp suất và lưu lượng Ở dạng năng lượng này, phụ thuộc vào phương pháp điều khiển, bơm và van thủy lực được sử dụng để điều chỉnh các tham số về áp suất, lưu lượng và chiều chuyển động của dòng chất lỏng
Trang 166
2.3.1.2 Vận chuyển năng lượng
- Sự vận chuyển năng lượng trong các mạch thủy lực được thực hiện thông qua các đường ống dẫn chất lỏng, từ bơm đến các van, cụm chức năng, đến xilanh, động cơ thủy lực dưới dạng áp suất và lưu lượng
2.3.2 Thiết kế một mạch thủy lực đơn giản
Hình 2.3: Mô hình mạch thủy lực đơn giản
- Bơm 1 được dẫn động bởi một động cơ (động cơ điện hoặc động cơ đốt trong) Bơm hút chất lỏng từ thùng (2) vào đường ống của mạch thủy lực thông qua thiết
bị thủy lực khác đến xi lanh (5) Nếu không có trở lực, dòng chất lỏng chỉ đơn thuần được đẩy đi xa hơn
- Xi lanh ( 5) tại vị trí cuối đường ống sẽ tạo lực cản dòng chất lỏng Do đó áp suất tăng lên cho đến khi thắng lực cản, có nghĩa là cho đến khi piston ở trong
xi lanh ( 5) dịch chuyển Chiều dịch chuyển của xi lanh ( 5) được điều khiển qua van phân phối (6) Ở trạng thái nghỉ, mạch thủy lực bị cản bởi van phân phối (6)
- Để bảo vệ mạch thủy lực tránh vượt quá áp suất nhất định và do đó tránh
Trang 177
quá tải, cần phải giới hạn áp suất tối đa Điều này được thực hiện bằng van an toàn (4) Một lò xo tạo lực cơ khí, nén một nút và một đế van Áp suất dầu tác dụng vào bề mặt đế Theo phương trình: F=p•A, nút sẽ bị nâng lên khi lực bằng áp suất nhân với diện tích vượt quá lực của lò xo Áp suất sẽ không tăng lên nữa Dòng chất lỏng sẽ được bơm (1) chuyển qua van an toàn (4) trực tiếp
về thùng chứa
- Để thay đổi vận tốc dịch chuyển của pit-tông trong xi lanh thủy lực (5) Ta cần phải điều chỉnh lưu lượng chất lỏng chảy vào xi lanh Điều này có thể thực hiện được bằng van điều chỉnh lưu lượng (7)
- Diện tích mặt cắt của đường ống dẫn chất lỏng bị thay đổi khi điều chỉnh van (7) Nếu diện tích này giảm đi, chất lỏng chảy ra ít đi Do đó, xi lanh chuyển động chậm hơn Khi vượt quá lượng chất lỏng mà bơm có thể bơm được, dầu sẽ chảy về bể chứa qua van an toàn (4)
Các áp suất gây ra trong mạch thủy lực:
- Áp suất tại van an toàn tác động vào bơm và van điều chỉnh lưu lượng
- Áp suất phụ thuộc tải tác động giữa van điều chỉnh và xilanh thủy lực
2.4 Giới thiệu các bộ phận trong hệ thống thủy lực
2.4.1 Bơm thủy lực (hydraulic pump):
cơ bản của bơm thủy lực là lưu lượng và áp suất Lưu lượng của bơm về lý thuyết không phụ thuộc vào áp suất ( trừ bơm ly tâm) mà chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó Nhưng trong thực tế, do sự rò rỉ trong khoang hút và khoang đẩy, giữa khoang đẩy và bên ngoài nên lưu lương trong thực tế của bơm nhỏ hơn lưu lượng trong lý thuyết và giảm dần khi áp suất tăng
2.4.1.1 Bơm bánh răng (gear pump):
Trang 188
Hình 2.4: Mặt cắt buồng hoạt động của một bơm bánh răng
Kết cấu bơm bánh răng:
Hình 2.5: Các chi tiết cấu thành bơm bánh răng.
7 vòng chắn điều khiển khe hở
* Nguyên lý làm việc và thay đổi thể tích:
Khi thể tích của buồng hút tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kì hút
Khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng đẩy, thực hiện chu kì nén
Trang 199
Hình 2.6: Hoạt động của bơm bánh răng
* Phạm vi sử dụng:
Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì : Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
Phạm vi sử dụng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào, máy tổ hợp
Áp suất của bơm bánh răng hiện nay có từ (10-200bar)
2.4.1.2 Bơm cánh gạt (Single chamber vane pump):
Hình 2.7: Mặt cắt buồng làm việc của bơm cánh gạt
- Là loại bơm dùng rộng rãi sau bơm bánh răng
- Chủ yếu dùng ở hệ thống (Áp) thấp và trung bình
- Kết cấu của bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính:
+ Bơm cánh gạt đơn
+ Bơm cánh gạt kép
Trang 20Hình 2.8: Bơm cánh gạt và vít điều chỉnh
2.4.1.3 Bơm cánh gạt kép (double chamber vane pump):
Lưu lượng Q = 5- 200 (l/ph)
Áp suất pmax = 125 bar
Hình 2.9: Mặt cắt buồng làm việc của bơm cánh gạt kép
2.4.1.4 Bơm pít-tông:
Trang 2111
- Dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pít-tông – xi lanh
- Vì bề mặt làm việc là hình trụ nên dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt
- Có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (pmax= 700 bar)
- Thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn như máy xúc, máy cẩu, máy nén
- Dựa trên cách bố trí pít-tông, bơm có thể phân chia làm hai loại:
2.4.1.4.1 Bơm pittông hướng tâm:
Điều chỉnh lưu lượng bằng cách điều chỉnh e
Hình 2.10: Khoang làm việc của bơm pít-tông hướng tâm
2.4.1.4.2 Bơm pít-tông hướng trục (axial piston pumps in bent axis design):
- Bơm có pít-tông đặt song song với trục của rôto và được truyền chuyển động bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng Có kính thước nhỏ gon hơn pít-tông hướng tâm cùng cỡ
Trang 23Hình 2.13: Điều chỉnh góc α của đĩa nghiêng
Hình 2.14: Bơm pít-tông hướng trục có rôto đặt lệch với trục truyền động 2.4.1 Mô tơ thủy lực (hydraulic motors):
Được sử dụng để chuyển năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ khí Mô tơ thủy lực được phân loại dựa trên kiểu và dạng thiết kế giống như bơm thủy lực
2.4.1.1 Mô tơ loại bánh răng (gear motors):
Trang 2414
Hình 2.15: Kết cấu mô tơ thủy lực bánh răng
- Được thiết kế giống như bơm bánh răng, nhưng có thêm 1 đường thủy lực dùng
để thay đổi chiều quay Dòng chất lỏng đi qua bánh răng của mô tơ thủy lực và sinh ra mô men làm quay trục của mô tơ
Hình 2.16: Mô tơ thủy lực kiểu bánh răng
4.4.1.2 Mô tơ pittong nhiều hành trình đối xứng tỏa tròn (Multi-stoke radial piston motor):
Ở loại bơm này, pít-tông được sắp xếp tỏa tròn và được giữ bởi con lăn nằm trên cam
Xi lanh được cấp chất lỏng nhờ những lỗ đối xứng Mỗi pít-tông lên xuống vài lần trên mỗi vòng quay của trục tùy thuộc vào số mấu của mỗi cam
Trang 2515
Hình 2.17: Kết cấu mô tơ pít-tông đối xứng tỏa tròn
2.4.2 Thùng dầu thủy lực (Tank)
Có nhiệm vụ cung cấp dầu thủy lực cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (Cấp và nhận dầu chảy về), giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc, lắng đọng các chất cặn bã, dơ bẩn trong quá trình làm việc, tách nước
2.4.3 Lọc dầu (Filter)
ra từ bên ngoài hay bản thân của hệ thống thủy lực Những chất bẩn này có thể gây ra hiện tượng tắt nghẽn tại các khe hở, các tiết diện dòng chảy làm ảnh hưởng rất lớn đến
sự ổn định trong quá trình hoạt động của hệ thống và dẫn đến hư hỏng Do đó, trong hệ thống thủy lực thường gắn các bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong cơ cấu Bộ lọc dầu thường đặt ở đầu hút của bơm dầu Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở đầu ra của bơm và một ở ống xả của đường dầu hồi về thùng chứa
- Lọc dầu được sử dụng phổ biến trong hệ thống thủy lực là lọc dầu lõi giấy Ưu điểm của loại lọc này là dễ lắp đặt và thay thế, giá thành hạ và phổ biến trên thị trường Lọc lõi giấy có thể lọc được các cặn bẩn sinh ra trong suốt quá trình hoạt
Trang 2616
động của hệ thống, tách nước trong dầu và một số mạc kim loại Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng, lọc dầu sẽ bị nghẹt làm tắt nghẽn hệ thống, vì vậy lọc dầu cần được thay thế đúng lúc để đảm bảo hoạt động bình thường của hệ thống Tiêu chuẩn hiện nay dành cho thời gian thay thế lọc giấy loại thường là 1500 giờ làm việc của hệ thống
Hình 2.18: Lọc dầu lõi giấy
- Một loại lọc giấy được sử dụng phổ biến hiện nay là lọc lõi giấy PTFE (Polytetraflouroethylen) Điểm nổi trội của lọc giấy loại này là đặc tính cơ học cao cho phép dòng thấm lọc của dầu đi qua dễ dàng trong khi ít bị tắc bởi các hạt dầu, bền vững hóa học với kiềm và axit, có thể làm việc trong áp suất và nhiệt độ cao (1500 bar, -90 đến 260oC) Sử dụng lọc lõi giấy PTFE giúp kéo dài thời gian thay thế lên đến 6500 giờ làm việc giúp giảm giá thành vận hành của hệ thống
2.4.4 Ống thủy lực (Pipe)
Hình 2.19: Kết cấu ống thủy lực
- Có nhiệm vụ dẫn dắt nguồn năng lượng thủy lực đến các phần tử khác nhau trong hệ thống Ống thủy lực làm việc trong môi trường áp suất và nhiệt độ tương đối cao nên cần phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật rất chặt chẽ, không bị thoái
Trang 2717
hóa hay biến chất khi tiếp xúc với dầu thủy lực Để đảm bảo chất lượng ống thủy lực như mong muốn, cần phải coi ống thủy lực là một cụm chi tiết “ Ống – đầu nối” được chế tạo với độ tương thích cao nhất
Hình 2.20: Kết cấu của đầu nối liên kết
2.4.5 Khớp nối thủy lực Các đầu nối thủy lực là hình côn để tăng khả năng làm kín
khi áp suất dầu cao
Hình 2.21: Các đầu nối thủy lực
2.4.6 Van thủy lực (hydraulic valve)
- Dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp suất trong
hệ thống điều khiểm thủy lực
2.4.6.1 Van an toàn (relief valve) : Có tác dụng hạn chế việc áp suất chất lỏng trong
hệ thống thủy lực vượt quá giá trị định mức
Trang 2818
Hình 2.22: Kết cấu van an toàn
2.4.6.2 Van giảm áp (Balance valve): Được sử dụng khi cần cung cấp chất lỏng từ
nguồn (Bơm) cho một số cơ cấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất Trong trường hợp này, bơm phải làm việc với áp suất lớn nhất và van giảm áp được đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một vị trí cần thiết
Hình 2.23: Kết cấu van giảm áp
2.4.6.3 Van cản (Deceleraton valve): có nhiệm vụ làm giảm vận tốc chuyển động
của cơ cấu chấp hành tại vị trí cuối hành trình hay bắt đầu hành trình để cơ cấu chấp hành cứng vững, an toàn, không bị rung động
Trang 2919
Hình 2.24: Kết cấu van cản
2.4.6.4 Van tích năng (Accumulator valve): Có tác dụng đóng, mở cho bình tích
thủy lực Khi bình tích thủy lực được nạp đến áp suất qui định qua van tích năng, dầu sẽ đi theo đường hồi trở về thùng dầu khi áp suất trong bình tích giảm đến mức cho phép thì bình tích thủy lực sẽ được nạp lại
Hình 2.25: Kết cấu van tích năng
2.4.6.5 Van đảo chiều định hướng hay van điều khiển (Directional valve): Cụm
van điều khiển bằng tay dùng để đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để định hướng các chuyển động của cơ cấu chấp hành
Trang 3020
Hình 2.26: Van đảo chiều hay van điều khiển
A, B : Đường dầu tới các xilanh
P: Đường dầu từ bơm lên
T: Đường dầu về thùng dầu
2.4.6.6 Van một chiều (Non return valve, check valve): Có tác dụng chỉ cho dòng
chảy đi qua một chiều:
Hình 2.27: Kết cấu van một chiều
2.4.7 Xi lanh thủy lực (Hydraulic cylinders):
- Xi lanh thủy lực đóng vai trò liên kết giữa mạch thủy lực và bộ phận máy làm việc Nó có tác dụng chuyển dòng năng lượng thủy lực thành chuyển động theo đường thẳng của cơ cấu làm việc Nếu bỏ qua ma sát, lực mà xi lanh tạo ra phụ thuộc chủ yếu vào áp suất của dòng thủy lực và đường kính pít-tông
Trang 3121
Hình 2.28: Một số loại xi lanh thủy lực
Một vài đặc trưng hoạt động của xi lanh thủy lưc:
- Truyền động trực tiếp bằng xi lanh thủy lực có kết cấu đơn giản và dễ dàng lắp
đặt
- Vì dòng thủy lực được chuyển đổi trực tiếp thành chuyển động theo đường
thẳng của cơ cấu nên xi lanh thủy lực đạt được hiệu suất cao
- Lực tác dụng tạo bởi xi lanh thủy lực rất ổn định trong suốt hành trình chuyển
động của pít-tông
- Vận tốc dịch chuyển của pít-tông phụ thuộc vào đường kính pít-tông và dòng thủy lực cấp cho xi lanh Vận tốc này cũng không đổi trong suốt hành trình dịch
chuyển của pít-tông
- Tùy vào kết cấu và kiểu dáng mà xi lanh thủy lực được dùng để làm nguồn
động lực để nâng, đẩy hoặc kéo…
- Với đường kính thiết kể nhỏ nhưng xi lanh thủy lực có thể tạo ra một lực rất
lớn
- Tùy thuộc vào chức năng mà xi lanh thủy lực được chia thành hai nhóm: Xi lanh hành trình đơn và xi lanh hành trình kép
Xi lanh thủy lực hành trình đơn (Single acting cylinders): Chỉ thực hiện tác
dụng lực theo một chiều, hoạt động hồi về của pít-tông được thực hiên bởi lò
xo, bởi chính trọng lượng của pít-tông hoặc từ một nguồn động lực bên ngoài xi lanh
Trang 3222
Hình 2.29: Xi lanh thủy lực có lò xo hồi vị
Xi lanh thủy lực hành trình kép (Double acting cylinders): Có thể thực hiện
tác dụng lực theo hai chiều với hành trình mỗi chiều bằng nhau Xi lanh được thiết kế 2 đường dầu độc lập, bằng việc cấp dầu vào đường A hay B mà pít-tông thực hiện chức năng đẩy hoặc kéo theo hai chiều ngược nhau Nhóm xi lanh loại này được sử dụng phổ biến trong các máy xây dựng và thiết bị công nghiệp hiện nay
Trang 3323
2.4.9 Dầu thủy lực (Hydraulic fluids):
- Nhiệm vụ quan trọng nhất của dầu thủy lực là truyền tải năng lượng nhưng dầu thủy lực còn có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát sinh ra do sự chuyển động của các thành phần trong hệ thống, điều này sinh ra nhiệt năng Ngoài ra, dầu thủy lực còn có nhiệm
vụ loại bỏ các hạt rắn, tạp chất bẩn và ma sát khỏi hệ thống, chống lại sự ăn mòn
2.4.7.1 Yêu cầu của dầu thủy lực:
2.4.7.2 Những loại chất lỏng có thể dùng trong thủy lực:
Dầu thủy lực gốc khoáng
Dầu thủy lực gốc nước
Chất lỏng nhân tạo
2.4.7.3 Các loại dầu:
Dầu thuỷ lực phổ biến nhất là dầu gốc khoáng bao gồm 4 nhóm sau:
HH - dầu không có chất phụ gia
HL - dầu có chất phụ gia đặc biệt để tăng tuổi thọ của chất lỏng và bảo vệ chống lại
2.5 Ứng dụng hệ thống thủy lực trong ô tô tương lai
2.5.1 Hệ thống truyền động thủy lực – hybrid
Công nghệ hybrid sử dụng kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện hiện nay đang được coi là một sự kết hợp tối ưu và được cho là hướng đi của ngành công nghiệp ô tô trong tương lai
Trang 3424
Tuy nhiên, giờ đây công nghệ này đang gặp phải một đối thủ “Nặng ký” - công nghệ hybrid kết hợp giữa động cơ đốt trong và các hệ thống thủy lực Những thử nghiệm cho thấy công nghệ này nhẹ hơn, rẻ hơn và bền hơn so với công nghệ hybrid hiện nay
Hình 2.32: Bố trí hệ thống truyền động thủy lực trên xe
Thay vì sử dụng các môtơ và hệ thống nạp điện như trên hệ thống hybrid điện, hệ thống hybrid thủy lực bao gồm một bơm thủy lực được điều khiển điện tử gắn ngay phía sau của động cơ đốt trong và bơm này sẽ dẫn động các môtơ thủy lực đặt tại các bánh xe dẫn động (có thể là bánh trước, sau hoặc cả hai) Ngoài ra, hệ thống hybrid – thủy lực cũng có hệ thống nạp lại năng lượng khi phanh (Regenerative braking) và “ Start/Stop” như trên công nghệ hybrid - điện
Hệ thống truyền động này không có tỷ số truyền cố định, do đó nó cho phép động cơ chạy ở số vòng quay tại đó động cơ đạt được hiệu quả cao nhất và lượng khí thải là thấp nhất Ngoài ra, vì các hệ thống dẫn động thủy lực nên nó cho phép hệ thống có thể thay đổi tỷ số truyền nhanh hơn hẳn so với những hộp số thông thường và hoạt động như hộp số vô cấp với vô số tỷ số truyền khác nhau
Trang 3525
Hình 2.33: Hấp thụ năng lượng khi đạp phanh
Để vận hành hệ thống nạp lại năng lượng khi phanh (Regenerative braking), hệ thống trang bị thêm một bình nhỏ bên trong chứa dầu thuỷ lực đóng vai trò hấp thụ năng lượng khi phanh xe (được miêu tả bằng mũi tên màu xanh) Khi thực hiện tăng tốc cho
xe, nguồn năng lượng này sẽ được cung cấp trở lại các môtơ dẫn động các bánh xe để giảm năng lượng yêu cầu đối với động cơ
Công nghệ “ Start/Stop” sử dụng mô tơ thủy lực để trợ giúp quá trình khởi động Mô
tơ thủy lực có ưu điểm gọn nhẹ hơn và làm việc thậm chí còn nhanh hơn so với môtơ điện Khi phanh xe hoặc dừng lại thì động cơ sẽ được tắt để tiết kiệm nhiên liệu và khi lái xe nhấn chân ga thì năng lượng từ bình chứa sẽ được đưa tới các môtơ bánh xe để
hỗ trợ quá trình tăng tốc nhanh hơn đồng thời cũng cung cấp để khởi động lại động
cơ Ngoài ra, các phụ kiện khác như: Máy phát, hệ thống lái điện… cũng có thể được dẫn động trực tiếp từ môtơ điện này khi động cơ ngừng hoạt động
Trang 3626
Hình 2.34: Sử dụng năng lượng thủy lực đã hấp thụ khi động cơ không làm việc
Những thử nghiệm độc lập trên xe BMW 530i theo chu trình thử nghiệm của châu Âu cho thấy hệ thống này cho mức tiêu thụ nhiên liệu giảm 50% và lượng khí CO2 thải ra giảm 30% so với việc sử dụng hộp số tay thông thường Nhà sản xuất Artemis Intelligent Power LTD đang cố gắng hoàn thiện để có thể cho phép thay thế những hệ thống truyền động với hộp số tay đang sử dụng hiện nay
2.6 Sơ lược về xe cẩu thủy lực
2.6.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động thủy lực so với truyền động cơ khí
Nếu cùng một kích cỡ tải trọng, một xe cẩu thủy lực khác xe cẩu cơ khí như thế nào?
Trang 3727
A- Nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn
Hình 2.35: Cần cẩu cơ Khí và cần cẩu thủy lực
Vì các vật tư thủy lực như bơm, xy lanh, motor có khả năng cung cấp công suất lớn mặc dù chúng có kích thước và trong lượng nhỏ nhờ làm việc ở áp suất cao
B- Khả năng nâng đỡ của xe cẩu thủy lực
Hình 2.36: Ưu điểm cần cẩu thủy lực
Ví dụ: Xi lanh thủy lực nâng cần của xe cẩu 50 tấn có đường kính trong (đường kính hiệu dụng) chỉ 21 cm nhưng với áp suất làm việc ở 240 kg/cm2, nó có khả năng nâng được 80 tấn Nếu chúng ta sử dụng 2 xi lanh thủy lực đồng thời, chúng có khả năng sinh ra một lực 160 tấn để nâng cần
Trang 3828
C- Dễ điều khiển các thao tác
Ở xe cẩu cơ khí sử dụng các tay gạt, thanh nối, thanh dằng, xích để điều khiển
hệ thống Do đó chúng phải được đặt càng gần với các cơ cấu truyền động cơ khí càng tốt để giảm các khâu khớp điều khiển Nhưng đối với xe cẩu thủy lực thì chỉ cần kết nối các bộ phận cơ khí - thủy lực với các van điều khiển bằng ống nối thủy lực và
do vậy cơ cấu điều khiển có thể bố trí bất cứ nơi nào trên xe thuận tiện cho việc sử dụng
D- Dễ dàng thay đổi tốc độ làm việc một cách êm dịu
Hình 2.37: Hệ thống điều khiển nhỏ gọn
Bằng cách thay đổi lưu lượng và áp suất làm việc của xi lanh/mô tơ thủy lực một cách
dễ dàng thông qua hệ thống van điều khiển thủy lực, hầu hết các cơ cấu cơ khí trung gian trên xe cẩu thủy lực đã được dỡ bỏ giúp cho việc điều khiển các thao tác làm hàng
được chính xác, an toàn và tiện nghi đối với người vận hành
2.6.2 Tình hình sử dụng xe cẩu ở Việt nam hiện nay:
Hiện nay, nhu cầu sử dụng các thiết bị cơ giới tại Việt Nam là rất lớn Trong đó, chúng
ta không thể không nhắc đến xe cẩu, một thiết bị cơ giới ứng dụng phương pháp truyền động thủy lực đóng vai trò quan trọng không thể thiếu, đáp ứng nhu cầu đa dạng đối với nhiều điều kiện làm việc của các công việc khác nhau Xe cần cẩu ở Việt Nam chủ yếu có xuất xứ từ Nhật bản và Hàn quốc ( chiếm phần lớn) và một số ít có xuất xứ từ Đức,Tiệp khắc, mỹ Gần đây còn xuất hiện thêm một số dòng xe cẩu có xuất xứ
Trang 3929
Trung Quốc, tuy nhiên các dòng xe cẩu này ít được sử dụng do độ bền và tính an toàn chưa được đảm bảo
Hình 2.38: Mô hình một số loại xe cần cẩu
Xe cần cẩu ở Việt Nam phần lớn là các dòng xe cẩu của Nhật Bản có trọng tải từ 16 đến 80 tấn (khoảng 6500 chiếc) mang nhãn hiệu KATO, TADANO, KOBELCO, HITACHI… Lý do các dòng xe cẩu này được ưa chuộng tại Việt Nam là giá thành tương đối thấp, linh kiện dễ thay thế, dễ điều khiển và vận hành linh hoạt Tuy nhiên,
đa số các loại xe cẩu này được nhập về Việt Nam trong tình trạng đã qua sử dụng, niên đại của các loại xe này đã lâu đời (chủ yếu từ 1980 đến 1990), thêm vào việc sử dụng trong điều kiện bảo dưỡng kém, thường xuyên hoạt động quá tải nên không tránh khỏi những hư hỏng kỹ thuật nhất định Đặc biệt là một số hư hỏng ở bộ phận an toàn của
hệ thống cáp tời, hệ thống thu đẩy cần… rất khó khắc phục Đây cũng là nhược điểm lớn nhất của dòng xe cẩu xuất xứ Nhật Bản nói chung so với dòng xe cẩu có xuất xứ từ Đức hoặc Đông Âu
Trang 40Xe có xuất xứ Nhật Bản Xe có xuất xứ Đức và Đông Âu
Giá thành thấp, linh kiện đơn giản,
dễ kiếm trên thị trường trong nước
Giá thành cao, linh kiện phức tạp, khó tìm được linh kiện thay thế trên thị trường trong nước
Tầm vươn xa, vận hành linh hoạt với
tốc độ nhanh
Tầm vươn thấp, vận hành chậm chạp với tốc độ giới hạn
Có thể hoạt động quá tải Chỉ cho phép hoạt động đúng tải
Hệ thống cáp tời có chế độ thả rơi tự
do
Hệ thống cáp tời không cho phép chế
độ rơi tự do
Dễ có hiện tượng rơi, tuột hàng khi
đang vận hành do lỗi thiết kế ở hệ
thống an toàn của cáp tời
Khi có hư hỏng hệ thống, hàng không bị rơi hoặc tuột cáp nhờ hệ thống van giữ an toàn được thiết kế đặc biệt
Hệ thống an toàn hoạt động ít ổn
định
Hệ thống an toàn thủy lực đảm bảo
2.8 Sơ lược về xe cẩu KATO NK-200B:
Hình 2.39: Xe cần cẩu KATO NK-200B