đồ án máy thủy khí máy múc

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY MẪU: HITACH SCX300 1.1 Giới thiệu chung cần trục bánh xích .2 1.2 Các thông số thiết kế 2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 2.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực 2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống KHẢO SÁT BỘ CHIA LƯU LƯỢNG KIỂU VAN CON TRƯỢT .8 3.1 Sơ đồ kết cấu 3.2 Nguyên lý làm việc TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC .10 4.1.Tính tốn thiết kế xilanh nân hạ cần trục 10 4.2 Tính tốn sơ cho động kéo tời 15 4.3 Tính chọn động thủy lực .16 4.3.1 Lực momen tác dụng lên động thủy lực .17 4.3.2 Các thông số làm việc động thủy lực 19 4.4 Tính chọn bơm 21 4.4.1 Tính tốn ống dẫn 22 4.4.2 Các thông số làm việc bơm 25 CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG 27 5.1 Thùng chưa dầu 27 5.2 Bộ lọc dầu 28 5.3 Van an toàn - tràn .28 5.4 Van phân phối 4/3 điều khiển điện 29 5.5 Van tác dụng khóa lẫn 29 5.6 Van chiều kiểu bi 30 5.7 Bộ ổn định vận tốc .30 5.8 Bình tích 31 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA THIẾT KẾ 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO .33 PHỤ LỤC SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC TỔNG QUAN VỀ MÁY MẪU: HITACHI SCX300 1.1 Giới thiệu chung cần trục bánh xích: Cần trục bánh xích gồm phận sau: Cơ cấu nâng: Giúp cần lồng nâng hạ hàng theo phương thẳng đứng Cơ cấu thay đổi tầm với: Để lấy hàng vị trí xa gần theo phương nằm ngang Cơ cấu quay: Để đưa hàng tới vị trí có vị trí tầm với phương khác Cơ cấu di chuyển: Giúp xe di chuyển theo vị trí làm việc Hệ thống điều khiển: Bao gồm người điều khiển hệ thống tác dụng lên cấu 1.2.Các thơng số tính tốn: Áp suất làm việc dầu: p = 14 MPa Tải trọng hàng nâng: G = 20 Tấn Sơ đồ tổng thể xe cần trục bánh xích HITACHI SCX300 3950 900 3100 1620 3710 4490 760 330 350 890 1495 3005 3175 995 4715 940 2640 3300 SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Thông số kỹ thuật xe cần trục bánh xích HITACHI SCX300 Mã hiệu Động Cơ Cơ cấu quay Bộ di chuyển Cần nâng Móc Hino H06C-T Hãng sản xuất HITACHI SUMITOMO Công suất, kW 110 kW Momen xoắn cực đại 530 Nm Tốc độ quay Vòng/phút Tốc độ di chuyển 1.8 km/h Khả leo dốc 21.8 Độ Áp suất tác dụng lên đất 0.55 kN/m2 Chiều dài dải xích 4490 mm Chiều rộng dải xích 3300 mm Chiều rộng guốc xích 760 mm Chiều dài sở 10000 mm Chiều dài lớn 34000 mm Tốc độ nâng 70 m/phút Khả nâng SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 30 Tấn Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 2.1 Sơ đồ mạch thủy lực thiết kế 16 14 15a 15b 17a 17b 13b 13a 19 18 12a 12b 11a 11b 10 11c 21 20 22 23 I II I II III III I II III 7c 8a 7a 4a M M 5a 2a 5b 4b 7b 8b 2b Hình 2.1 Sơ đồ mạch thủy lực thiết kế Chú thích: 1- Thùng dầu 2- Lọc dầu 3- Bộ làm mát dầu 4- Động dẫn động bơm 5- Bơm piston roto hướng trục 6,22- Bộ ổn định vận tốc 7- Khóa 8- Đồng hồ đo áp suất 9,23- Van an toàn - tràn 10,20,21- Van phân phối 4/3 điều khiển điện 11- Van tác dụng khóa lẫn 12- Van chiều 13- Bộ chia lưu lượng kiểu van trượt 14- Cặp piston, xilanh nâng hạ cần lồng 15- Cặp piston, xilanh điều khiển cấu 17 lực người điều khiển 16- Bình tích 17- Cặp piston, xilanh mở phanh cho động thủy lực 18- Động thủy lực kéo tời kiểu piston roto hướng trục 19- Động thủy lực quay toa kiểu piston roto hướng trục SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC 2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Động quay dẫn động bơm quay theo Bơm 5a cung cấp dòng dầu làm việc có áp suất cao cho piston thủy lực 14 để nâng hạ cần lồng, bơm 5b cung cấp dòng dầu làm việc cho động thủy lực quay toa 19 động thủy lực kéo tời nâng hàng 18 Van an tồn kiểu tràn 9,23 ln ln có chất lỏng qua van để trì áp suất hệ thống giá trị không đổi Các ổn định vận tốc đặt cửa nhằm đảm bảo vận tốc piston nâng hạ cần lồng, động thủy lực ổn định Điều khiển động thủy lực nâng hạ hàng: 17a 15a 18 20 11b 23 I 22 II III M 5b 2b 4b Hình 2.2 Sơ đồ điểu khiển động thủy lực nâng hạ hàng + Động thủy lực kéo tời nâng hàng 18 điều khiển nhờ van phân phối 20, với tác động người lái vào bàn đạp 15a để điều khiển cấu phanh 17a cho động thủy lực kéo tời nâng hàng hoạt động + Hạ hàng: thực trượt cấu phân phối 20 vị trí I mở cấu phanh 17a nhờ tác động người lái Dầu đẩy từ bơm 5b đến vị trí I cấu phân phối qua van tác dụng khóa lẫn 11b, qua động thủy lực kéo tời 18, từ động thủy lực kéo tời van tác dụng khóa lẫn, qua cấu phân phối, qua ổn định vận tốc 22, qua làm mát dầu trở thùng chứa dầu + Nâng hàng: Khi trượt cấu phân phối vị trí III, hành trình ngược lại so với vị trí I + Khi trượt cấu phân phối vị trí II động thủy lực kéo tời khơng làm việc, dầu từ bơm 5b qua van tràn 23 trở thùng chứa dầu SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC + Van tác dụng khóa lẫn 11b bố trí để khắc phục tụt hàng van phân phối vị trí III Điều khiển piston 14 nâng hạ cần lồng sau: 14 13a 12a 12b 11a 13b 10 I II III 4a M 5a 2a Hình 2.3 Sơ đồ điểu khiển nâng hạ cần lồng + Thực hạ cần lồng: đẩy trượt van phân phối 10 sang vị trí I: dầu từ bơm 5a theo đường ống đến vị trí I van phân phối, qua van tác dụng khóa lẫn 11a, qua van chia dạng trượt 13a đến khoang xilanh 14 Dầu từ khoang xilanh 14 đẩy qua van chiều 12b, qua van tác dụng khóa lẫn 11a đến van phân phối 10 qua ổn định vận tốc 6, qua làm mát dầu trở thùng chứa dầu + Đẩy trượt sang vị trí III: Thực hành trình ngược lại so với vị trí I Lúc cặp piston xilanh thực nâng cần lồng + Đẩy trượt vị trí II: Piston xilanh nâng hạ cần lồng không làm việc Dầu từ bơm 5a qua van tràn trở thùng chứa + Bộ chia lưu lượng kiểu van trượt 13 bố trí đường ống xilanh nâng hạ cần có tác dụng chia lượng dầu đến hai xilanh song hành, để hai xilanh làm việc đồng thời, tránh hai xilanh làm việc không tải trọng đặt lên hai xilanh khác + Van tác dụng khóa lẫn 11a bố trí để khắc phục tụt hàng van phân phối vị trí III Điều khiển động thủy lực cấu quay toa 19 sau: SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC 17b 15b 19 21 11c 23 I 22 II III M 5b 2b 4b Hình 2.4 Sơ đồ điểu khiển động thủy lực cấu quay toa + Động thủy lực điều khiển cấu quay toa 19 điều khiển nhờ van phân phối 21, với tác động người lái vào bàn đạp 15b để điều khiển cấu phanh 17b cho động thủy lực quay toa hoạt động + Quay toa theo chiều chiều kim đồng hồ: thực trượt cấu phân phối 21 vị trí I mở cấu phanh 17b nhờ tác động người lái Dầu đẩy từ bơm 5b đến vị trí I cấu phân phối qua van tác dụng khóa lẫn 11c, qua động thủy lực quay toa 19, từ động thủy lực quay toa van tác dụng khóa lẫn 11c, qua cấu phân phối 21, qua ổn định vận tốc 22, qua làm mát dầu trở thùng chứa dầu + Quay toa theo chiều ngược lại: Khi trượt cấu phân phối 21 vị trí III, hành trình ngược lại so với vị trí I + Khi trượt cấu phân phối 21 vị trí II động thủy lực quay toa khơng làm việc Dầu từ bơm 5b qua van tràn 23 trở thùng chứa KHẢO SÁT BỘ CHIA LƯU LƯỢNG KIỂU VAN CON TRƯỢT (CHI TIẾT THẦY GIAO) SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC 3.1 Sơ đồ kết cấu Hình 3.1 Kết cấu chia lưu lượng kiểu van trượt 1- Vỏ chia lưu lượng 2- Van chia lưu lượng 3- Lò xo 4- Lỗ thông với đường dầu tới xylanh lực 5- Lỗ tiết lưu cố định 6- Lỗ thông với đường dầu từ bơm 7- Vỏ van chia lưu lượng 3.2 Nguyên lý làm việc Bộ chia lưu lượng kiểu van trượt, phụ thuộc vào áp suất làm việc hai cửa van chia (PL1 PL2) Trên van chia lưu lượng (2) có khoan lỗ tiết lưu (5) để đưa dầu hai phía đầu lỗ (4) SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 3.2 Khi lưu lượng chảy qua hai lỗ tiết lưu (5) Q1 = Q2 áp suất hai đầu ống trượt P1 = P2 Khi ống trượt (2) định vị vỏ van (7) (Hình 3.2.) Hình 3.3 Nếu áp suất cửa van thay đổi tác dụng tải trọng PL1 > PL2, lưu lượng dầu dồn phía áp suất thấp P2, gây chênh lệch áp suất lỗ tiết lưu (5) PL2 Áp suất P1 tác dụng vào van chia lưu lượng (2) đẩy dịch chuyển sang trái đóng bớt lưu lượng Q2 vị trí mà lưu lượng hai cửa Q1 = Q2 (Hình 3.3 ) Như áp suất làm việc hai cửa thay đổi, van chia lưu lượng (2) chuyển động liên tục nhằm đảm bảo cho lưu lượng hai cửa SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 4.1 Tính tốn thiết kế xilanh nâng hạ cần trục Theo máy mẫu bán kính làm việc cần trục (R =), ta xét chế độ làm việc ổn định cần trục cần trục làm việc bán kính (R = Để tính thông số cần thiết cho piston, ta xét trường hợp hạ cần trục cần trục làm việc góc = 54,4 y y F1 F F2 o x o Trong đó: O - Tâm quay cần trục F - Tải trọng nâng cho trước F = 20 - Lực giữ cần trục - Lực tác dụng vào piston xilanh nâng hạ cần Theo sơ đồ tổng lực tác dụng phương X là: (1) (2) Từ phương trình (1) ta suy F2: (3) Thay phương trình (3) vào phương trình (2) ta được: SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 10 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Diện tích piston buồng mang cần: A2 = = 188,4 cm2 Điều kiện để cần trục nâng được: Vì ta sử dụng hai xilanh nâng hạ cần lồng nên 2.p2.A2 2.p1.A1 + 2.Fmsp + 2.Fmsc + 2.Fqt + Ft + 2.G 2.p2 0,8 D.b.pk + 646539.D2 + Ft + 2.G Với điều kiện để tính diện tích A1 A2 ta cho vế trái vế phải, d = 0,7D: p2 0,8 D.b.pk + 646539.D2 + Ft + 2.G 14.106.= 0,8.3,14.D.0,02.9,81.104 + 646539.D2 + 4638671 + 20000 5947461.D2 - 4928,54.D - 4658671 = Suy ra: D = 0,88 m = 88 cm Vì hai xilanh nâng hạ cần lồng đồng dạng với nên đường kính piston xilanh là: Dp = = = 44 cm Chọn Dp = 44 cm Đường kính cần piston xilanh nâng hạ cần là: d = 0,7.Dp = 0,7.44 = 30,8 cm chọn d = 30 cm Diện tích piston buồng cơng tác mang cần: A2 = = = 813,26 cm2 Diện tích piston buồng khơng mang cần: A1 = = 1519,76 cm2 Kết luận: Vì phải thỏa mãn điều kiện nâng cần nên chọn Dp = 44 cm , d = 30 cm Theo tiêu chuẩn chọn Dp = 45 cm, d = 320 cm 34 567 10 11 1213 14 15 16 17 22 21 19 18 20 Hình 4.2 Sơ đồ kết cấu xilanh thủy lực 1- Bạc 2- Tai cần bẩy 3- Thiết bị khử bẩn 4,5,8,13- Vòng bích 6- Vòng phớt cần đẩy.7,12- Vòng giữ phốt 9- Nắp trước.10- Đai ốc hãm.11- Cơ cấu giảm chấn 14- Vòng phớt piston 15- Piston 16- Đai ốc piston 17- Chốt hãm 18- Cần đẩy 19- Xilanh có nắp sau 20- Mép biên nắp 21- Bạc nắp trước 22- Đai ốc thiết bị khử bẩn SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 13 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 4.3 Hình ảnh thực tế xilanh lực 4.2 Tính tốn sơ cho động kéo tời Tải trọng nâng đề tài cho là: G = 20 Chọn độ cao nâng hàng là: H = 13.5 m Tốc độ nâng máy mẫu là: V = 70 m/ph = 1,2 m/s Để kéo hàng lên độ cao H = 13.5 m, phải chiều dài ( l ) cáp nâng Vì dùng hệ ròng rọc kép để nâng hàng nên giảm hai lần tải trọng tác dụng lại thiệt hai lần đường kéo vật l = 2.H = 2.13,5 = 27 m Để kéo hàng lên độ cao H phải thời gian t: s Số vòng quay tang tời kéo hàng lên độ cao H là: Rt bán kính tang tời kéo cáp nâng hạ hàng, lấy tăng thêm 25% đường kính cáp tời kéo nên bán kính tang tời gia tăng bán kính trình kéo Lấy: Rt = 0,2 m; tăng 25% nữa, Rt = 0,2 + 0,2.25% = 0,25 vòng Suy số vòng quay động nâng hạ hàng: vg/s = 45,6 vg/ph Momen quay tang tời: Mt = Fcd.Rt Với Fcd - Lực căng dây kéo cáp nâng hạ hàng F - Tải trọng nâng Vậy: Mt = Fcd.Rt = 98100.0,25 = 24525 Nm 4.3 Tính chọn động thủy lực Động thủy lực biến lượng thủy lực từ bơm dầu thành momen quay để dẫn động tang tời quay tròn làm việc Trên xe cần trục bánh xích động thủy lực kéo tời động thủy lực quay toa làm việc với áp suất dầu cao (14 MPa) Vì cơng suất máy lớn làm việc với momen cao áp suất cao Chính lý mà ta phải chọn loại động thủy lực làm việc với SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 14 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC áp suất cao Vì ta chọn động thủy lực loại piston roto hướng trục, loại có đặc điểm sau: Áp suất làm việc khơng phụ thuộc vào lưu lượng số vòng quay Dễ dàng điều chỉnh lưu lượng áp suất số vòng quay không đổi Hiệu suất cao (tổn thất khí nhỏ, tổn thất rò rỉ ít)  = 0,97 – 0,98 Việc đưa chất lỏng vào khỏi xylanh thực thông qua đĩa phân phối 4.3.1 Lực momen tác dụng lên động thủy lực: Xét động thực trình kéo hạ hàng tải trọng tác dụng lên trục động lực momen tương ứng, động áp suất chất lỏng tác dụng lên piston làm đầu piston tỳ vào đĩa nghiêng sinh momen làm roto quay Gọi F áp lực chất lỏng tác dụng lên piston: đó: p áp suất dầu xilanh bơm piston D đường kính xilanh bơm piston roto x Q F y F A N x y T A x Q Qn Rx x y Áp lực chất lỏng F thông qua đầu piston tác dụng lên đĩa nghiêng phân thành lực N Q theo phương hình vẽ N = F.cos : Thẳng góc với mặt phẳng đĩa Q = F.sin : Nằm mặt phẳng đĩa song song với trục x Lực Q mặt phẳng đĩa nghiêng phân thành lực vòng T lực hướng tâm Qn Lực vòng T tạo nên momen quay trục động kéo tời T = Q.sin Qn = Q.cos Momen lực T tạo trục ( tính cho piston ) SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 15 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC M = T.Rx = Q.sin.Rx = Rx.F.sin.sin Trong đó: Rx - Bán kính mặt trụ phân bố trục xilanh - Tổng momen piston khu vực có áp suất tác dụng gây ra: Với: R = Rx.cos : góc hai piston kề Ta nhận thấy Q = Qmax M = Mmax Q = Qmin M = Mmin tức momen thay đổi phụ thuộc góc nên điều chỉnh momen quay động thủy lực cách thay đổi góc nghiêng đĩa mà khơng cần thay đổi áp suất làm việc chất lỏng Trong động thiết kế tổng momen xác định sau: Với: m - số xilanh động thủy lực Mdctl - Momen động thủy lực Momen động thủy lực bao gồm (Ma, Mn, Mms) Momen lực qn tính: Ma = J (Nm) Trong đó: J - Momen quán tính khối lượng trục động dầu, kgm2 - Gia tốc góc trục động cơ, rad/s2 Vì q trình nâng hàng vận tốc góc động dầu thay đổi nhỏ nên nhỏ Ma nhỏ, để đơn giản q trình tính tốn ta bỏ qua Ma Do ma sát xilanh piston động piston roto hướng trục ma sát ướt nên momen ma sát ướt Mms thường 10% Mdctl Mms = 10%.Mdctl = 0,1.Mdctl (Nm) Momen tải trọng tác dụng lên trục động dầu Mn, giả sử tang tời nối với động thủy lực thông qua khớp nối thì: Mn = Mt = 24525 Nm Momen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục động thủy lực: Mdctl = Ma + Mms + Mn = + 0,1.24525 + 24525 = 26977,5 Nm Theo trình tính tốn ta có thơng số làm việc động thủy lực sau: Momen động thủy lực: Mdctl = 26977,5 Số vòng quay động cơ: ndc = 45,6 Áp suất chất lỏng làm việc đề tài cho: p = 14 Hiệu suất bơm động thủy lực Qb = Qdc = 0,98 ckb = ckdc = 0,95 tlb = ldc = Trong đó: Q: Hiệu suất lưu lượng ck: Hiệu suất khí tl: Hiệu suất thủy lực SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Nm vg/ph MPa Trang 16 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC 4.3.2 Các thông số làm việc động thủy lực: Momen quay lý thuyết động thủy lực là: Nm Lưu lượng riêng lý thuyết động thủy lực là: Ta có: = 13.10-3 Lưu lượng lý thuyết động thủy lực Qltdc = qltdc.n = 13.10-3 45,6 = 0,59 m3/ph = 9,83.10-3 Lưu lượng thực động thủy lực: Qdc = Qltdc.Qdc = 9,83.10-3.0,98 = 9,63.10-3 Công suất thủy lực: Ntl = p.Qdc = 14.106.9,63.10-3= 134820 W = 135 Công suất động thủy lực là: N = Ntl.ck.Q= 135.0,95.0,98 = 125 - Các kích thước động thủy lực: + Chọn số piston: m3/vg m3/s m3/s kW kW Số piston máy piston roto hướng trục thường chọn từ đến 11 Với động thường chọn sau: [4- tr 170] Lưu lượng riêng cm3/vg 100 100250 >250 Số xilanh z 11 Chọn số xilanh z =11 Ta có: [2- tr 255] Trong đó: m - tỷ số đường kính vòng tròn chia Dr với đường kính piston d, xác định theo tỷ lệ sau: [2- tr 256] z m 3,1 3,6 11 4,5 Trong đó: z - Số xilanh động thủy lực, chọn z = 11 nên m = 4,5 - Góc nghiêng đĩa, ta lấy max = 300 ( động thủy lực ) Sở dĩ phải hạn chế góc khơng q lớn tăng góc hành trình piston tăng, lực tác dụng lên chi tiết tăng ảnh hưởng đến độ bền chi tiết SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 17 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC A A-A d b Dr a A Sơ đồ tính tốn kích thước động thủy lực 1- Đĩa nghiêng 2- Stato 3- Lò xo 4- Nắp cố định 5- Các rãnh vòng cung 6- Gờ ngăn cách hai rãnh vòng cung 7- Piston 8- Rơto Đường kính d xác định, lấy tròn theo tiêu chuẩn, sau xác định kích thước bơm Đường kính piston: = 0,083 m = 83 mm chọn d = 83 mm Đường kính vòng chia: Dr = m.d = 4,5.0,083 = 0,374 m Hành trình piston: S = Dr.tan = 0,374.tan300 = 0,216 m 4.4 Tính chọn bơm: Tổng momen gây trục máy tổng momen piston khu vực có áp suất tác dụng gây Trong động thiết kế tổng momen xác định sau: = Mb m - Số xilanh bơm thủy lực Vì hệ thống ta cần thiết kế nên ta chọn bơm piston roto hướng trục tạo momen Mb momen lý thuyết động thủy lực Mb = Mltdctl = 28397,4 Nm Vì bỏ qua tổn thất đường ống van nên lưu lượng lý thuyết động lưu lượng thực bơm, hệ thống có tất hai bơm Qltdc = Qb = 9,83.10-3 m3/s Lưu lượng lý thuyết bơm: Qltb = = = 10.10-3 m3/s Ta cần tính áp suất mà bơm phải tạo để đảm bảo cung cấp đủ cho động làm việc số hệ thống khác: Áp suất bơm xác định là: pb = p + p SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 18 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Trong đó: p - Áp suất dầu làm việc hệ thống (theo đề tài cho p = 14 MPa) p - Tổn thất áp suất đường ống nén, giảm áp suất lực cản đường chuyển động dầu từ bơm đến cấu chấp hành (động dầu xilanh truyền lực) Giả sử dòng chất lỏng chảy ống ổn định tổn thất gây hệ thống thủy lực gồm có hai loại: tổn thất dọc đường tổn thất cục Để tính tổn thất áp suất trình làm việc ta cần xác định đường kính ống trạng thái dòng chảy đoạn ống 4.4.1 Tính tốn ống dẫn: Ta phải dựa vào thơng số đặc tính bơm đặc điểm thủy lực đường ống Ống dẫn phải loại đường ống dùng điều khiển thủy lực phổ biến, chịu va đập nhiệt độ cao thường làm đồng, thép, vải cao su Để giảm tổn thất thủy lực ta cần thiết kế đường ống có chiều dài ngắn có thể, bị uốn, bị gấp khúc bị giảm tiết diện Áp suất làm việc hệ thống thủy lực p = 14 MPa, ta chọn dầu cơng nghiệp 50 có độ nhớt động học v = 58.10-6 m2/s, khối lượng riêng = 930 kg/m3 Lưu lượng dòng chảy ống: Q, m3/s Q= Trong đó: d- đường kính ống, v- vận tốc dòng chảy ống, Suy ra: d = Xác định đường kính ống hút, chọn v1 = d1 == = 0,092 m = 92 mm Xác định trạng thái dòng chảy đoạn ống này: Re1 = = = 1586 Với độ nhớt động học dầu công nghiệp 50 v = 58.10-6 [1 - tr82] (m) (m/s) m/s m2/s Vì Re1 = 1586 < 2320 dòng chảy ống dòng chảy tầng Hệ số ma sát dọc đường đường ống là: [2 - tr284] = = = 0,04 Xác định đường kính ống nén, ta chọn v2 = m/s d2 = = = 0,046 m = 46 mm Xác định trạng thái dòng chảy đoạn ống này: Re2 == = 4658 Với độ nhớt động học dầu công nghiệp 50 v = 58.10-6 m2/s Vì Re2 = 4658 > 2320 dòng chảy ống dòng chảy rối Hệ số ma sát dọc đường đường ống tính theo công thức Blasius: [2 - tr284] == = 0,038 Xác định đường kính ống xả, chọn v3 = m/s d3 = = = 0,092 m = 92 mm Xác định trạng thái dòng chảy đoạn ống này: Re3 = = = 1586 Với độ nhớt động học dầu công nghiệp 50 v = 58.10-6 m2/s SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 19 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Vì Re3 = 1586 > 2320 dòng chảy ống dòng chảy tầng Hệ số ma sát dọc đường đường ống là: = = = 0,04 Tổn thất áp suất toàn đường ống nén từ bơm đến động thủy lực: + Tổn thất dọc đường: tổn thất xảy đường di chuyển chất lỏng, chủ yếu ma sát Ta có cơng thức tính tổn thất áp suất dọc đường dòng chất lỏng: pa = (λ.+ ) (N/m2) [1 - tr91] + Tổn thất cục bộ: tổn thất xảy dòng chất lỏng chảy qua thiết bị thủy lực, khóa van biến dạng hay thay đổi hướng vận tốc dòng chảy tổn thất tính sau: pb = (N/m2) [1 - tr91] Vậy tổn thất áp suất toàn là: p = pa + pb (N/m2) [1 - tr91] Trong đó: - Khối lượng riêng dầu công nghiệp 50, = 930 kg/m3 [1 - tr21] v - Vận tốc trung bình dầu, m/s l - Chiều dài ống dẫn, m d - Đường kính ống, m Các hệ số tổn thất sau chọn [1 - tr91, 92] = (0,51,0) hệ số cản vào ống, phụ thuộc vào bề mặt làm việc ống Ta chọn = 0,7 - Hệ số tổn thất cục bộ, xác định theo loại thiết bị Van cản khơng khí lực lò xo: = 23 Van giảm áp: = Khóa thẳng: = 0,51 Các ống nối thẳng: = 0,1 0,15 Đầu nối với góc ngoặc 900: = 1,5 2, chọn = 1,5 Van phân phối = 4, chọn =3 Tổn thất áp suất dọc đường đường ống nén pa, với chiều dài l = m, hệ số cản vào ống = 0,7; đường kính ống nén d2 = 0,046 m; hệ số tổn thất cục đầu nối với góc ngoặc 900: = 1,5; = 0,04; v2 = m/s pa = (λ2.+ + 2.) N/m2 pa = (0,04.+ 0,7 + 2.1,5).= 120164 N/m2 Tổn thất áp suất van phân phối pb1, với vận tốc dòng chảy qua van v = m/s, hệ số tổn thất cục =3 pb1 = = 3.= 50220 N/m2 Tổn thất áp suất van tác động khóa lẫn pb2, hệ số tổn thất cục = 2, vận tốc dòng chảy qua van v = pb2 = = 2.= 33480 N/m2 Vậy tổn thất áp suất toàn hệ thống p là: p = pa + pb1 + pb2 = 120164 + 50220 + 33480 = 203864 SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 m/s N/m2 Trang 20 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Suy bơm cần cung cấp cho hệ thống áp suất pb pb = p + p = 14.106 + 203864 = 14203864 N/m2 4.4.2 Các thông số làm việc bơm: Bơm cần cung cấp cho hệ thống áp pb momen Mb Mb = Mltdctl = 28397,4 Nm Momen lý thuyết bơm: Mltb == = 29892 Nm Lưu lượng riêng lý thuyết bơm là: qltb == = 13,2.10-3 m3/vg Ta có: qltdc.ndc = qltb.nb Suy ra: nb = = = 44,9 vg/ph Lưu lượng lý thuyết bơm: Qltb = qltb.nb = 13,2.10-3.44,9= 0,592 m3/ph = 9,8.10-3 m3/s Lưu lượng thực bơm: Qb = Qltb = 9,8.10-3.0,98 = 9,6.10-3 m3/s Công suất thủy lực: Ntl = pb.Qb = 14203864.9,6.10-3 = 1363587 W = 136 kW Công suất trục bơm: Ntr === 146 kW Đường kính piston bơm: Trong đó: m - Tỉ số đường kính vòng tròn chia Dr với đường kính piston d, m = z - Số xilanh bơm, chọn z = 11 m = 4,5 - Góc nghiêng đĩa, chọn = 250 Đường kính piston: = = 0,089 m = 89 mm Chọn d = 89 Đường kính vòng chia: Dr = m.d = 4,5.89 = 400,5 Hành trình piston: S = Drtan = 400,5.tan250 = 186,7 SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 mm mm mm Trang 21 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG 5.1 Thùng chứa dầu Thùng dầu dùng để chứa lượng dầu cần thiết để cung cấp cho hoạt động hệ thống thủy lực đồng thời giải lượng nhiệt sinh trình làm việc hệ thống truyền lực Thùng dầu nơi lắng đọng chất cặn bã mạt kim loại, bụi bẩn Hình 5.1 Sơ nguyên lý đồ bố trí thùng dầu 1- Đáy bể dầu 2- Bộ lọc dầu 3- Vách ngăn Hình 5.2 Kết cấu thùng chứa dầu 1- Động dẫn động bơm 2- Ống đẩy 3- Bộ lọc 4- Ngăn hút 5- Vách ngăn 6- Ngăn xả 7- Mắt dầu 8- Nắp thùng dầu 9- Ống xả dầu SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 22 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC 5.2 Bộ lọc dầu Trong q trình làm việc, dầu khơng tránh khỏi bị nhiễm bẩn chất bẩn từ bên ngoài, thân dầu tạo nên Những chất bẩn làm kẹt khe hở, tiết diện chảy có kích thước nhỏ cấu làm việc, gây nên trở ngại, hư hỏng trình làm việc hệ thống Do hệ thống ta dùng lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên cấu làm việc a Kết cấu lọc b Ký hiệu 5.3 Van an tồn - tràn Trong q trình hệ thống thủy lực làm việc, ln có lượng dầu tháo bớt qua van để giữ cho áp suất hệ thống luôn không đổi, đồng thời áp suất chất lỏng hệ thống thủy lực vượt trị số quy định, van an toàn - tràn cho lượng dầu chảy qua van tối đa đề phòng tải cho hệ thống p2 p1 p1 p2 p1 a Kết cấu van an toàn - tràn b Ký hiệu 5.4 Van phân phối 4/3 điều khiển điện Van phân phối dùng để phân phối chất lỏng công tác áp suất cao từ bơm thủy lực tới đường ống khác đến cấu chấp hành, nhiệm vụ van phân phối dùng đảo chiều chuyển động cấu chấp hành SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 23 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Ký hiệu: A P B T Hình 5.3 Kết cấu van phân phối 4/3 điều khiển điện 1- Vít điều chỉnh 2- Cuộn dây nam châm điện 3- Lò xo 4- Piston phân phối 5- Giắc cắm 6- Thân cấu phân phối 7- Lỗ giảm chấn 8- Vòng gioăng làm kính 9- Lõi thép từ A,B- Cửa nối với cấu chấp hành P- Cửa nối với bơm T- Cửa nối với ống xả thùng 5.5 Van tác dụng khóa lẫn Van tác dụng khóa lẫn dùng để giữ cho cấu chấp hành ( piston nâng hạ cần trục, động thủy lực ) vị trí bơm đột ngột bị hỏng lý mà áp suất làm việc phía van tác dụng khóa lẫn giảm, tránh tượng tụt hàng Kết cấu van tác dụng khóa lẫn thực lắp hai van chiều điều khiển hướng chặn Khi dòng chảy từ A1 qua B1 A2 qua B2 theo nguyên lý van chiều, dầu chảy từ B2 A2 phải có tín hiệu điều khiển A1 dầu chảy từ B1 A1 phải có tín hiệu điều khiển A2 a Kết cấu van tác dụng khóa lẫn b Ký hiệu 5.6 Van chiều Van chiều có tác dụng giữ cho dầu theo chiều định Khi mở, van chiều phải có sức cản nhỏ để chất lỏng chảy qua dễ dàng, tổn thất lượng Vì lò xo giữ van phải thật nhỏ đủ để ép sát nắp van vào thành van, ngược lại áp lực chất lỏng ép chặt nắp van vào thành van ngăn không cho chất lỏng theo chiều ngược lại SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 24 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC a Kết cấu van chiều b Ký hiệu 5.7 Bộ ổn định tốc độ Bộ ổn định tốc độ cấu đảm bảo hiệu áp suất khơng đổi giảm áp suất đảm bảo lượng lưu lượng không đổi chảy qua van, tức làm cho vận tốc cấu chấp hành có giá trị gần khơng đổi Bộ ổn định tốc độ cấu gồm có van giảm áp van tiết lưu điều chỉnh được, lắp đường vào, đường song song với cấp chấp hành, trường hợp lắp đường cấu chấp hành p4 Flx Q2 p2 p4 p2 p3 a Kết cấu ổn định tốc độ b Ký hiệu 5.8 Bình tích Bình tích sử dụng để điều hòa lượng cho hệ thống truyền dẫn thủy lực, gồm tích lượng bình cấp lượng cho cấp chấp hành Trong hệ thống bình tích sử dụng để cấp thêm nguồn lượng trợ lực để mở cấu chấp hành Ký hiệu: SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 25 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 5.4 Kết cấu bình tích thủy khí 1- Cửa nạp khí 2- Khí 3- Màng cao su tổng hợp 4- Dầu 5- Van đóng mở dầu ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA THIẾT KẾ Đối với hệ thống truyền động thủy lực cần trục di chuyển bánh xích thiết kế, để dẫn động điều khiển cho cấu nâng hạ cần trục, nâng hạ hàng, cấu quay toa với tải trọng lớn (20 tấn) cần áp suất làm việc chất lỏng cao (14 MPa) tạo momen truyền cho cấu chấp hành lớn Vì nên kích thước phần tử hệ thống thủy lực nhỏ gọn so với sử dụng hệ thống dẫn động khác điện, khí, hệ thống muốn đảm bảo truyền momen cơng suất lớn kích thước loại phải lớn nhiều Việc dẫn động điều khiển cấu chấp hành hệ thống xác có độ nhạy cao, chuyển động cấu chấp hành êm dịu Các cấu chấp hành đảm bảo an tồn có cố hỏng đột ngột SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 26 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC bơm Các cấu chấp hành làm việc tạm thời hai bơm gặp cố không hoạt động 7.TÀI LIỆU THAM KHẢO: Trần Xuân Tùy - Trần Ngọc Hải, Hệ thống truyền động thủy khí, Nhà xuất Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 2005 Ngô Vi Châu - Nguyễn Phước Hoàng - Vũ Duy Quang - Nguyễn Huy Chi - Võ Sỹ Quỳnh - Lê Danh Liêm, Bài tập thủy lực máy thủy lực, Nhà xuất Đại Học Trung Học Chuyên Nghiệp, Hà Nội 1972 Đinh Ngọc Ái - Đặng Huy Chi - Nguyễn Phước Hoàng - Phạm Đức Nhuận, Thủy lực Máy thủy lực ( tập II ), Nhà xuất Đại Học Trung Học Chuyên Nghiệp, Hà Nội 1972 Hồng Thị Bích Ngọc, Máy thủy lực thể tích, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2000 SVTH: Phan Văn Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 Trang 27 ... 12C4LT/MSV:103120040 Trang 25 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 5.4 Kết cấu bình tích thủy khí 1- Cửa nạp khí 2- Khí 3- Màng cao su tổng hợp 4- Dầu 5- Van đóng mở dầu ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH... 12C4LT/MSV:103120040 Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 4.1 Tính tốn thiết kế xilanh nâng hạ cần trục Theo máy mẫu bán kính làm việc cần... Vũ _ Lớp 12C4LT/MSV:103120040 30 Tấn Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 2.1 Sơ đồ mạch thủy lực thiết kế 16 14 15a 15b 17a 17b 13b