TÍNH TOÁN MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG MẠCH

TÍNH TOÁN MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG MẠCH THỦY LỰC Ở BỘ CÔNG TÁC 4.1 TỔNG QUAN VỀ HTTĐTL TRÊN MÁY ỦI D61EX Hệ thống truyền động thủy lực (HTTĐTL) là một tiến bộ khoa học, nó được áp dụng rộng rãi trong khoảng 30 năm trở lại đây. Việc áp dụng HTTĐTL ngày càng nhiều đã góp phần nâng cao các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy móc và nhất là đáp ứng một phần nhu cầu tự động hóa ngày càng cao trong kỹ thuật. Trên các máy làm đất, đặc biệt là máy ủi HTTĐTL chiếm một phần khá lớn và có vai trò quan trọng. Trên máy ủi D61EX thì ngoài cơ cấu di chuyển là có truyền động cơ khí còn lại là áp dụng hệ thống HTTĐTL. Hệ thống truyền động thủy lực trên máy ủi Komatsu D61EX rất phức tạp, nó bao gồm rất nhiều phần tử có liên hệ chặt chẽ với nhau để làm cho hoạt động của máy ủi diễn ra dễ dàng, phát huy được hết các ưu điểm của nó, góp phần làm giảm tiêu hao nhiên liệu, phát huy hết công suất của máy,…(phần này sẽ được trình bày rõ trong chuyên đề sau). Hệ thống này được đơn giản hóa bằng sơ đồ khối dưới đây: Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền động thủy lực trên máy ủi Komatsu D61EX Trong đó: 1. Thùng dầu thủy lực 2. Bơm thủy lực 3. Cặp xylanh nâng hạ bộ công tác 4. Cặp xylanh quay lưỡi ủi 5. Xylanh nghiêng lưỡi ủi 6. Môtơ thủy lực dẫn động cơ cấu lái 7. Lọc dầu thủy lực 8. Van an toàn 9. Cụm van phân phối Nguyên lý làm việc Bơm thủy lực (2) được dẫn động từ hộp trích công suất sẽ tạo ra lưu lượng dầu chảy trong mạch thủy lực Nhờ sự điều khiển của người lái sẽ đóng hoặc mở các đường cấp dầu từ van phân phối, khi được mở nó sẽ cho dầu qua tới các xylanh công tác - Khi mở van phân phối cho cặp xylanh nâng hạ bộ công tác (3) làm việc thì nó sẽ nâng bộ công tác khi kết thúc quá trình đào hoặc hạ bộ công tác khi bắt đầu quá trình đào - Khi cặp xylanh (4) làm việc thì nó sẽ làm quay lưỡi ủi giúp cho máy thực hiện quá trình san đất sang một bên - Khi xylanh (5) làm việc thì nó sẽ làm nghiêng lưỡi ủi để có thể tạo ra độ chênh cao cho nền - Khi cần quay toàn bộ máy thì sẽ điều khiển cho môtơ thủy lực (6) làm việc, khi đó nó sẽ truyền chuyển động quay vào các cặp bánh răng làm thay đổi vận tốc của chúng và làm quay máy ủi. 4.2 TÍNH CHỌN CÁC XYLANH THỦY LỰC 4.2.1 Tính chọn cặp xylanh nâng hạ bộ công tác Cặp xylanh nâng hạ bộ công tác có nhiệm vụ nâng bộ công tác lên ở cuối quá trình đào (khi lưỡi ủi đã đầy đất) hoặc ấn sâu lưỡi ủi xuống đất khi bắt đầu thực hiện quá trình đào đất. Ở phần trước khi tính toán các lực tác dụng lên cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi ( phần 2.3.1.2) ta đã tính được lực tác dụng lên cặp xylanh này: - Khi ấn sâu lưỡi ủi xuống đất để bắt đầu quá trình đào thì lực tác dụng lên xylanh là: S= 151,7 kN - Khi nâng bộ công tác lên kết thúc quá trình đào (lưỡi ủi đầy đất) lực nâng cần thiết tính được là S= 181 kN Kết quả này cũng hợp lý vì thường khi nâng bộ công tác lên dưới tác dụng của trọng lượng đất, trọng lượng bộ công tác, các lực cản ma sát của đất,… lực nâng này thường có giá trị lớn hơn. Vậy trong quá trình tính chọn đường kính xylanh ta sử dụng giá trị lực nâng lớn hơn S=181 kN. Hình 4.2 Vị trí cặp xl nâng hạ bộ công tác Khi biết được lực kéo lớn nhất trong cặp xylanh này, theo tài liệu: Truyền động máy xây dựng và xếp dỡ ( TL [7] ) ta có Chọn một số thông số: - Hệ số kết cấu của xylanh là ϕ =1,6. - Giá trị áp suất dầu: Định mức là 16 MPa và áp suất dầu lớn nhất là 25 MPa Chọn xylanh có đường kính là D=63 mm. Lực kéo trong xylanh có thể đạt được theo giá trị định mức là 297,5 MPa. Lực đẩy trong xylanh là 498,5 kN 4.2.2 Tính chọn cặp xylanh quay lưỡi ủi Cặp xylanh quay lưỡi ủi có nhiệm vụ tạo góc quay ϕ cho lưỡi ủi. Thông thường góc quay ϕ này có giá trị ϕ =60 0 ÷ 90 0 . Đây là tính năng ưu việt hơn mà máy ủi thường không làm được. Khi quay lưỡi ủi người ta có thể san, ủi đất sang một bên giống như là máy san. Cặp xylanh này còn có tác dụng bảo vệ cho lưỡi ủi, giảm lực động khi máy va vấp vào vật cản. Cặp xylanh này được bố trí đường dầu thủy lực sao cho nó có thể hoạt động ngược với nhau để có thể tạo ra mômen quay cho lưỡi ủi. Trong phần tính bền cho lưỡi ủi (phần 3.2) ta đã tính được giá trị lực đẩy lớn nhất mà xl có thể đạt được là 655 kN Vị trí của cặp xylanh quay lưỡi ủi được thể hiện ở hình vẽ dưới đây: Hình 4.3 Vị trí các xylanh liên kết với lưỡi ủi 1. Xl nghiêng lưỡi ủi 2. Cặp xl quay lưỡi ủi Theo tài liệu truyền động máy xây dựng và xếp dỡ (TL[7]) ta chọn một vài thông số sau: - Hệ số kết cấu của xylanh là ϕ =1,25. - Giá trị áp suất dầu: Định mức là 16 MPa và áp suất dầu lớn nhất là 25 MPa Chọn xylanh có đường kính là D=80 mm. Lực đẩy trên xl có thể đạt được là 838,4 kN 4.2.3 Tính chọn xylanh nghiêng lưỡi ủi Xylanh này dùng để nghiêng lưỡi ủi tạo độ chênh cao của mặt nền, nó có thể làm cho lưỡi ủi nghiêng so với phương ngang một góc γ =6 0 ÷ 12 0 Trong phần tính bền cho bàn ủi ta cũng tính được lực đẩy cần thiết cho xylanh để có thể nghiêng được lưỡi ủi, thắng được phản lực P 2 =29,7 kN để có thể ấn sâu lưỡi ủi xuống đất, thực hiện quá trình đào đất. Lực này tính được là S= 75,5 kN Tương tự như phần trên ta chọn các thông số: - Hệ số kết cấu của xylanh là ϕ =1,6. - Giá trị áp suất dầu: Định mức là 16 MPa và áp suất dầu lớn nhất là 25 MPa Chọn xylanh có đường kính là D=50 mm. Lực kéo trên xl có thể đạt được là 185,3 kN Vậy sau quá trình tính chọn các xylanh ta có các thông số sau: - Áp suất dầu tới các xylanh Áp suất định mức 16 MPa Áp suất lớn nhất 25 MPa - Với cặp xl nâng hạ bộ công tác có - Hệ số kết cấu của xl ϕ = 1,6 - Đường kính xl D=63 mm - Lực kéo lớn nhất là 297,5 kN. - Với cặp xl quay lưỡi ủi - Hệ số kết cấu của xl ϕ = 1,25 - Đường kính xl D=80 mm - Lực đẩy lớn nhất là 838,4 kN. - Với cặp xl nghiêng lưỡi ủi - Hệ số kết cấu của xl ϕ = 1,6 - Đường kính xl D=50 mm - Lực kéo lớn nhất là 185,3 kN. 4.3 TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA BƠM THỦY LỰC Bơm thủy lực được sử dụng rất rộng rãi trong máy xây dựng và xếp dỡ, đặc biệt là máy làm đất. Chúng có rất nhiều chủng loại như kiểu bơm bánh răng, bơm piston hướng kính hoặc bơm piston hướng trục. Thông thường với bơm phục vụ cho bộ công tác người ta thường dùng loại bơm piston hướng trục do nó có các ưu điểm sau: - Tạo ra áp suất dầu cao(thường đạt từ 16 MPa tới 32 MPa) - Có khả năng thay đổi lưu lượng dễ dàng trong khi vẫn giữ nguyên được áp suất và số vòng quay làm việc. - Áp suất làm việc của thiết bị không phụ thuộc vào lưu lượng và số vòng quay. - Hiệu suất tương đối cao ( η = 0,92 ÷ 0,95) - Vì không cần sử dụng van hút và van đẩy nên số vòng quay làm việc tương đối lớn, do vậy nên nó không yêu cầu phải sử dụng nhiều cặp bánh răng để giảm tốc từ động cơ tới bơm. Như vậy ta chọn loại bơm piston hướng trục để phục vụ cho bộ công tác. Lưu lượng cần thiết để phục vụ cho các xylanh của bộ công tác Tham khảo trong tài liệu của máy ủi Komatsu D61EX (TL[11]) ta có: - Khi nâng lưỡi ủi lên độ cao lớn nhất ( 915mm ) hết 3s Vận tốc nâng lưỡi ủi là: 305 mm/s Vận tốc của cặp xl nâng là v 1 = 153 mm/s = 0,153 m/s - Khi nghiêng lưỡi ủi với góc nghiêng lớn nhất ( chênh lệch độ cao: 390mm) hết 3s Vận tốc của xl nghiêng lưỡi ủi là v 2 = 52 mm/s = 0,052 m/s - Khi quay lưỡi ủi với góc quay lớn nhất ( ϕ =60 0 ) hết 4s Vậy vận tốc của cặp xl quay lưỡi ủi là: v 3 = 72 mm/s = 0,072 m/s Theo TL truyền động máy xây dựng và xếp dỡ (TL[6]) ta có công thức xác định lưu lượng phục vụ cho xl - Với cặp xl nâng bộ công tác: Q 1 = Q vD ηϕ π . 25,0 1 2 .2 (3.43, [7]) Trong đó: Q 1 : lưu lượng phục vụ cho cặp xl nâng bộ công tác D : đường kính xl nâng bộ công tác D=63 mm=0,063 m v 1 : vận tốc nâng của xl v 1 = 0,153 m/s ϕ : hệ số kết cấu của xl ϕ =1,6 Q η : hiệu suất thể tích của xl Với xl mới ta lấy Q η =1 Vậy Q 1 = 6,1 153,0 .063,0.25,0 2 π .2 Q 1 = 0,6.10 -3 m 3 /s = 36 l/ph - Với xl nghiêng lưỡi ủi: Q 2 = Q vD η π 2 2 25,0 (3.42, [7]) (tính trường hợp lưu lượng lớn nhất khi xl đang duỗi) Trong đó: Q 2 : lưu lượng phục vụ cho xl nghiêng lưỡi ủi D : đường kính xl nghiêng lưỡi ủi D=50 mm=0,05 m v 2 : vận tốc duỗi của xl v 2 = 0,052 m/s Q η : hiệu suất thể tích của xl Với xl mới ta lấy Q η =1 Vậy Q 2 = 1 052,0 .05,0.25,0 2 π Q 2 = 0,1.10 -3 m 3 /s = 6 l/ph - Với cặp xl quay lưỡi ủi: Q 3 = Q vD ηϕ ϕπ . )1.( 25,0 3 2 + (tính cho 2 xl làm việc đồng thời và ngược chiều nhau) Trong đó: Q 3 : lưu lượng phục vụ cho cặp xl quay lưỡi ủi D : đường kính xl quay lưỡi ủi D=80 mm=0,08 m v 3 : vận tốc quay của xl v 3 = 0,072 m/s ϕ : hệ số kết cấu của xl ϕ =1,25 Q η : hiệu suất thể tích của xl Với xl mới ta lấy Q η =1 Vậy Q 3 = 1.25,1 )125,1.(072,0 .08,0.25,0 2 + π Q 3 = 0,65.10 -3 m 3 /s = 39 l/ph Vậy lưu lượng cần thiết để phục vụ cho các xl này khi chúng làm việc đồng thời là Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 Q = 36 + 6 + 39 =81 l/ph Ngoài ra bơm còn phục vụ cho một mô tơ thủy lực trong cơ cấu lái Theo tài liệu [6] : Mô tơ có mã hiệu: HMF 80 Lưu lượng riêng là q= 80 cm 3 Vận tốc vòng quay định mức là 1836 v/ph Vậy lưu lượng của mô tơ là Q = 80.1836 = 146,8.10 3 cm 3 /ph =146,8 l/ph Tuy nhiên thường thì trong quá trình ủi đất: khi bộ công tác làm việc thì mô tơ lái không làm việc còn khi đang lái thì bộ công tác sẽ không làm việc. Vậy với bơm piston HPV82 có các thông số: Lưu lượng riêng q= 82 cm 3 Vận tốc vòng quay định mức là 2164 v/ph Áp suất làm việc lớn nhất 41,2 MPa ⇒ lưu lượng của bơm: Q= 82.2164 = 177,5.10 3 cm 3 /ph = 177,5 l/ph Khi sử dụng bơm HPV82 thì đủ lưu lượng phục vụ cho bộ công tác. . TÍNH TOÁN MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG MẠCH THỦY LỰC Ở BỘ CÔNG TÁC 4.1 TỔNG QUAN VỀ HTTĐTL TRÊN MÁY ỦI D61EX Hệ thống truyền động thủy lực (HTTĐTL) là một. và nhất là đáp ứng một phần nhu cầu tự động hóa ngày càng cao trong kỹ thuật. Trên các máy làm đất, đặc biệt là máy ủi HTTĐTL chiếm một phần khá lớn và có