Nghiên cứu chế độ làm việc của máy bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thuỷ lực trên ôtô vận tải mỏ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÙI TIẾN SỸ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM BÁNH RĂNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN Ô TÔ VẬN TẢI MỎ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu thân tự làm Các số liệu kết tính tốn luận văn chưa cơng bố tài liệu Nếu sai xin chịu trách nhiệm hoàn toàn Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013 Tác giả Bùi Tiến Sỹ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ Ơ TƠ VẬN TẢI MỎ CĨ SỬ DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 1.1 Tình hình sử dụng tơ vận tải mỏ có hệ thống thủy lực vùng Quảng Ninh 1.2 Một số hệ thống truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ 10 1.2.1 Khái niệm hệ thống truyền động thủy lực .10 1.2.2 Một số sơ đồ truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ .11 1.3 Bơm bánh việc sử dụng bơm bánh hệ thống truyền động thủy lực xe ô tô vận tải mỏ14 1.3.1 Cấu tạo số bơm bánh hệ thống truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ 14 1.3.2 Bơm bánh ăn khớp 16 1.3.3 1.3.4 1.4 Bơm bánh ăn khớp 18 Ưu nhược điểm bơm bánh dùng hệ thống thủy lực ô tô vận tải 20 Tình trạng mịn hỏng bơm bánh hệ thống thủy lực xe ô tô mỏ Việt Nam 21 1.4.1 Các vị trí mịn hỏng bơm bánh 21 1.4.2 Nguyên nhân gây nên mòn hỏng bơm bánh .21 CHƯƠNG 2.NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM DẦU BÁNH RĂNG TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CỦA Ô TÔ MỎ 28 2.1 Nghiên cứu, tính tốn q trình dỡ tải tơ mỏ có ảnh hưởng lớn đến làm việc máy bơm dầu bánh 28 2.1.1 Phân tích xác định kích thước toa xa Benlaz 7522 28 2.1.2 2.2 Xác định lực tác dụng hàng toa xe lên pittông xylanh bắt đầu nâng thùng xe.34 Nghiên cứu ảnh hưởng kẹt chất lỏng chân máy bơm trình làm việc 36 A BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP NGOÀI: .36 B BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP TRONG: 36 2.2.1 Nguyên lý làm việc máy bơm bánh 36 2.2.2 Hiện tượng kẹt chất lỏng chân .37 2.2.3 Tính lưu lượng lý thuyết bơm bánh 37 CHƯƠNG 3.MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC VÀ TUỔI THỌ CỦA MÁY BƠM BÁNH RĂNG 40 3.1 Tính tốn lựa chọn máy bơm dầu bánh theo phụ tải lớn 40 3.1.1 Tính áp suất yêu cầu máy bơm dầu bánh .40 3.1.2 Tính lưu lượng yêu cầu máy bơm .41 3.2 Tính tốn xác định số thơng só làm việc hợp lý cho máy bơm dầu bánh 41 3.2.1 Tính tốn thơng số bánh 41 3.3 3.2.2 Tính mơđun bánh .41 3.2.3 3.2.4 Tính chọn chiều rộng bánh 42 Tính đường kính đỉnh .42 3.2.5 3.2.6 Tính khoảng cách tâm hai bánh 42 Tính đuờng kính vịng sở bán kính .42 3.2.7 3.2.8 Tính góc ăn khớp bánh .42 Tính hệ số dịch chỉnh bánh .42 3.2.9 Tính đường kính chân 43 3.2.10 3.2.11 Tính chiều cao 43 Tính chiều dày đỉnh .43 3.2.12 3.2.13 Tính đường kính vịng lăn 43 Tính bước vịng sở bánh 43 3.2.14 3.2.15 Xác định trị số trùng khớp bánh 43 Tính chiều dài pháp tuyến chung .43 3.2.16 Tính lực vịng tác dụng lên trục chủ động bơm .43 3.2.17 3.2.18 Lực hướng tâm lớn tác dụng lên bánh chủ động 44 Đường đặc tính máy bơm bánh .45 Kiểm nghiệm độ bền bánh bơm 46 3.3.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh 46 3.3.2 3.3.3 Xác định ứng suất mỏi tiếp xúc ứng suất cho phép 46 Kiểm nghiệm sức bền uốn bánh 48 3.3.4 Chọn cấp xác .48 3.4 3.5 Tính miệng đẩy miệng hút bơm 49 Khắc phục tượng kẹt chất lỏng chân 49 3.5.1 Theo kinh nghiệm: .49 3.5.2 Gia cơng hai bạc lót trục phía bơm hai rãnh 50 3.6 Lực đẩy hướng kính mô men quay bơm bánh răng, tác hại cách khắc phục 52 3.6.1 Mô men quay bơm bánh 52 3.6.2 3.7 Tổn thất hiệu suất bơm bánh 55 3.7.1 Tổn thất hiệu suất khí 55 3.7.2 3.8 Cách khắc phục dao động lưu lượng máy bơm bánh .54 Tổn thất hiệu suất lưu lượng 55 Phục hồi số chi tiết điển hình bơm bánh 56 3.8.1 Mạ crôm cứng 57 3.8.2 Mạ crôm xốp .58 KẾT LUẬN 61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1-1 Hình 1-2 Hình 1-3 Hình 1-4 Hình 1-5 Hình 1-6 Hình 1-7 Hình 1-8 Hình 1-9 Hình 1-10 Hình 1-11 Hình 1-12 Hình 1-13 Hình 1-14 Hình 1-15 Hình 1-16 Hình 1-17 Hình 1-18 Hình 1-19 Hình 2-1 Hình 2-2 Hình 2-3 Hình 2-4 Hình 2-5 Hình 2-6 Hình 2-7 Hình 2-8 Hình 2-9 Hình 3-1 Hình 3-2 Hình 3-3 Hình 3-4 Hình 3-5 Hình 3-6 Hình 3-7 Hình 3-8: Hình 3-9 Sơ đồ hệ thống TĐTL lên cầu trục ô tô 11 Sơ đồ hệ thống TĐTL ô tô HD-320 12 Sơ đồ hệ thống TĐTL mạch nâng hạ thùng xe Kamaz 13 Sơ đồ hệ thống TĐTL mạch nâng thùng xe Belaz 7522 14 Các dạng bơm bánh cấp 15 Nguyên lý cấu tạo bơm bánh ăn khớp ngồi 16 Hình ảnh mô kết cấu bơm bánh ăn khớp 17 Bơm bánh ăn khớp kiểu hành tinh 18 Bơm bánh ăn khớp kiểu lồng 18 Bơm bánh ăn khớp (bơm khoang) 19 Bơm bánh cặp bánh ghép nối 20 Mài mòn dầu bẩn 21 Mài mòn cổ trục dầu bẩn 22 Mài mòn bạc số hạt kim loại 22 Lắp ráp sai số vỏ bơm 24 Hỏng bề mặt buồng bơm 25 Hỏng trục thiếu dầu bôi trơn 26 Căn số hỏng nhiệt 27 Trục bơm làm biến dạng liên kiết với bánh 27 Kết cấu thùng xe Benlaz 7522 29 Tọa độ trọng tâm hình 30 Trọng tâm toa xe M điểm chịu lực 34 Trọng tâm toa xe M điểm chịu lực 35 Sơ đồ cấu hai loại bơm bánh 36 Hiện tượng kẹt chất lỏng chân 37 Các đường đặc tính bơm bánh 38 Sơ đồ kết cấu máy bơm bánh 38 Sơ đồ nguyên lý máy bơm bánh cấp 39 Kết cấu máy bơm bánh 45 Đường đặc tính bơm bánh 46 Bạc lót trục 50 Cách khắc phục tượng kẹt chất lỏng chân 50 Sơ đồ kết cấu máy bơm bánh 51 Sơ đồ nguyên lý máy bơm bánh cấp 51 Lực tác dụng lên bánh 52 Mô men cản tác dụng lên trục 53 Sơ đồ đặc tính mơ men tức thời bơm bánh 53 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Theo lịch khai thác quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, sản lượng than khai thác năm 2013 dự kiến khoảng 55 triệu tấn, năm 2015 đạt khoảng 60 triệu tấn, đến năm 2020 sản lượng than dự kiến đạt 62,5 triệu Xu hướng sản lượng than khai thác hầm lò vượt sản lượng khai thác than lộ thiên Tuy nhiên, mỏ than lộ thiên lớn Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu trì khai thác với sản lượng hàng triệu năm Cùng với việc khai thác than mỏ lộ thiên khai thác quặng giữ vai trò quan trọng kinh tế quốc dân; Để phục vụ việc vận tải than, khoáng sản phải nhập nhiều tơ vận tải từ cỡ trung bình đến cỡ nặng từ nhiều hãng khác Trong đó, hệ thống điều khiển truyền động thủy lực loại xe đại phức tạp Các máy bơm bánh cấp dầu cho hệ thống truyền động thủy lực nâng hạ thùng, cho cấu trợ lái, cho số phận khác Do đặc thù công việc thời gian làm việc liên tục với chế độ tải nặng, môi trường bụi bẩn, địa hình dốc nên mịn hỏng chi tiết thủy lực xảy nhanh sau thời gian vận hành Nên ảnh hưởng lớn đến hiệu làm việc tuổi thọ bơm bánh cấp dầu; Xuất phát từ điều kiện thực tế nhằm nâng cao hiệu làm việc tuổi thọ bơm bánh Đề tài: “ Nghiên cứu chế độ làm việc máy bơm bánh hệ thống truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ đề xuất giải pháp nâng cao hiệu làm việc chúng” đặt cần thiết có ý nghĩa thực tế Mục đích đề tài (các kết cần đạt được) - Nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực số máy khai thác ô tô vận tải mỏ; - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc máy bơm bánh răng; - Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu làm việc máy bơm bánh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ; - Nghiên cứu điều kiện làm việc máy bơm bánh hệ thống thủy lực ô tô vận tải mỏ Từ xác định yếu tố có ảnh hưởng đến hiệu làm việc tuổi thọ máy bơm Nội dung đề tài, vấn đề cần giải - Khảo sát tình hình sử dụng loại tơ vận tải máy khai thác mỏ có hệ thống thủy lực vùng Quảng Ninh; - Nghiên cứu làm việc hệ thống truyền động thủy lực máy khai thác ô tô vận tải mỏ; - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến hiệu làm việc tuổi thọ máy bơm bánh hệ thống truyền động thủy lực mạch nâng hạ thùng xe ô tô vận tải mỏ; - Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu làm việc tuổi thọ máy bơm Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế làm việc máy khai thác tơ vận tải mỏ có hệ thống truyền động thủy lực; - Nghiên cứu làm việc hệ thống truyền động thủy lực máy mỏ nói trên; - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực tế, sau phân tích tổng hợp kết quả, rút nhận xét cần thiết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Dựa vào trạng làm việc máy bơm bánh máy khai thác ô tô vận tải mỏ vùng Quảng Ninh; - Dựa vào tài liệu nghiên cứu lý thuyết thực tế truyền động thủy lực loại bơm bánh Thế giới Việt Nam Cấu trúc luận văn Luận văn trình bày 03 chương, phần mở đầu, kết luận danh mục tài liệu tham khảo; Trong khoảng thời gian nghiên cứu không dài, luận văn đạt kết định, nhiên kiến thức hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý thầy cơ, đồng nghiệp bạn bè để luận văn hoàn thiện Luận văn hồn thành Bộ mơn Máy Thiết bị mỏ - Trường Đại học Mỏ - Địa chất, hướng dẫn khoa học PGS TS Vũ Nam Ngạn Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Nam Ngạn tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu phát triển luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Máy Thiết bị mỏ - Trường Đại học Mỏ Địa chất; Phòng sau Đại học - Trường Đại học Mỏ Địa chất, tận tình giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học tập trường; Xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thời gian cho tơi hồn thành luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 1.1 Tình hình sử dụng tơ vận tải mỏ có hệ thống thủy lực vùng Quảng Ninh Các mỏ than vùng Quảng Ninh sử dụng nhiều ô tô vận tải cỡ lớn có bố trí hệ thống truyền động thủy lực (TĐTL) để điều khiển cấu công tác máy Sau số ô tô vận tải có hệ thống TĐTL sử dụng số mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh như: Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu, Hà Tu TT Tên thiết bị Ơ tơ vận tải loại HD Ô tô vận tải loại CAT Ô tô vận tải loại BELAZ Mã hiệu Trọng tải (Tấn) HD - 320 32 HD - 456-5 58 HD - 780-5 91 CAT 773E 58 CAT 777D 70 CAT 777E 93 BELAZ 7522 30 BELAZ 7527 42 BELAZ 7555 55 Và nhiều loại tơ vận tải có trọng tải vừa trung bình Kamaz, Scania, Huyndai, Samsung Một số hình ảnh tơ vận tải mỏ: ni- số vòng quay bánh chế độ thứ i Của ta ni = 110 v/ph Mi – mô men xoắn chế độ thứ i Mmax- mô men xoắn lớn = 2720 kg/m Ta biết mô men xoắn tác dụng lên bánh phụ thuộc vào lực cản tải trọng hay áp suất xylanh Dựa vào Py ta tính mơ men xoắn điểm trình nâng tải sau: d Mx = (Pd – Ph) B (2 m + m2) (3.9) Trong đó: Pd- áp suất cửa đẩy bơm Pđ = PXL +  p Lấy  p  kg/cm2 PXY = áp suất làm việc xylanh ta xác định PXL (α) (ở mục 2.5 chương 2) Dựa vào kết ta tính Pd = 146 +2= 148 kg/cm2 Ph - áp suất cửa hút Ph = 0,83 kg/cm2 B = 32 mm = 3,2 cm m = mm = 0,5 cm d = 45 mm = 4,5 cm Thay giá trị ta tính MX = 189,2 kg.cm Để tính tốn thuận tiện ta lấy Mx = 189 kg.cm Trong t thời gain làm việc chu kỳ t = 47 giây Ta coi lần đổ tải xe nâng hạ chịu tải chu kì nâng hạ t = 22 +25 = 47 giây Tuổi thọ bơm bánh 4.000 Chế độ làm việc lalf ca ngày, ngày xe chạy từ đến 10 chuyến xe chở đất đá mỏ Lấy ngày chuyến thời gian làm việc bơm tính rút phút là: T= 4000 8.3.47 = 3166 phút 24 60 Thay giá trị ta tính vào phương trình (3.9) ta tính số chu kỳ tương đương bánh sau: Ntđ = 3166.1100[13.0,1+0,853.02.0,43.0,2+0,13.0.5] Ntđ = 3166.1100.[0,1+ 0,12+ 0,013 + 0,005] = 8,3.103 Thay giá trị Ntđ = 8,3.103 N0 = 25.105 vào phương trình (3.3) ta có hệ số chu kỳ tương ứng suất tiếp sau: KN6 = N0 / Ntd = (25.107) / (8,3.105)  KN = 2.6 Ứng suất tiếp cho phép xác định: [ tx] = [ Notx] K’N = 19.2,6 = 49,4 kg/mm2 47 Tính ứng suất tiếp: Đối với bánh trụ thẳng ta có cơng thức theo 2  tx = 39 N/mm < [ ]tx = 49,4 N/mm Vậy bánh đủ độ bền tiếp xúc 3.3.3 Kiểm nghiệm sức bền uốn bánh Theo [5] ta có: [ u] = [(1,4  1,6)  -1 K”N] / (n.K0) = (1,5  -1.K”N) / (n.K0) (3.10) Trong đó:  -1 – giới hạn mối uốn chu kì mạch động Với thép 40X:  -1  (0,4  0,45)  k = 0,45 950 = 407,5 N/mm2 (K”N)6 = (25.107) / (3,5.105)  K”N = 2,07 Với: n- hệ số an toàn ta lấy n = Thay giá trị vào (3.10) ta có: [ u] = 1,5.407,5.2,07 = 316,32 N/mm2 2.2 Tính áp suất uốn bánh răng: Theo [17] ta có: (3.11)  u = (19,1.10 ) / (γ.m Z.n.B)  [ u] Trong đó: y- hệ số biến dạng răng, theo bảng 3.18[17] ta có: y= 0,5 n- số vịng quay n = 1100 v/p Thay giá trị vào 3.6 ta được:  u = (19,1.10 1,5.9) / (0,5.5 8.1100.32) = 73 N/mm Vậy:  u < [ u ] Bánh thiết kế hoàn toàn đủ diều kiện bền 3.3.4 Chọn cấp xác Tính vận tốc vịng bánh  =  d n 60.100 = 3,14.45.1100 = 2,59 m/s 60.1000 48 Bánh chọn loại bánh có số nhỏ, làm việc với số vịng quay lớn Độ hở sườn độ bóng bề mặt làm việc dung sai khoảng cách trục hai ảnh hưởng tới tổn hao lưu lượng, tổn hao khí bơm lớn, gây cho hiệu suất bơm giảm Điều trịn q trình thiết kế bơm khơng cho phép Vì ta chọn cấp xác để chế tạo hai bánh cấp xác Với Z= 8; De = 55 mm; Di = 33,17 mm đảm bảo độ bền ta thiết kế bánh liền trục cho hai bánh 3.4 Tính miệng đẩy miệng hút bơm Để đảm bảo cho chất lỏng điền vào rãnh răng, trình hút bơm Điều kiện thiếu hai lỗ đẩy hút phải đối xứng với Tâm cuả hai lỗ phải qua điểm đường nối tâm hai bánh vng góc với Đường kính lỗ hút phải thỏa mãn với vận tốc dầu qua từ 1,3  1,65 m/s Theo [2] ta có: dh = 4F  Trong đó: F = QB / V  dh2 = (4QB) / (  V) Ta chọn V = 1,5 m/s = 15 dm/s QB = 169 l/p = 1,15 dm3/s Thay vào ta có: dh = 4.1.15 = 0,31 = 31mm 3,14.15 Để tạo điều kiện thuận lợi cho gia công đảm bảo đồng tâm lỗ hút lỗ đẩy ta chọn dh = d đ =31mm 3.5 Khắc phục tượng kẹt chất lỏng chân Trong q trình làm việc hai bánh khơng phải toàn chất lỏng rãnh hai đưa vào họng đẩy mà phần chất lỏng lại chân Nếu hai mặt ăn khớp khơng có khe hở phần chất lỏng chân bị nén lại gọi tượng kẹt chất lỏng chân Để khử tượng ta tiến hành sau: 3.5.1 Theo kinh nghiệm: Người ta thường giảm khoảng cách đường kính đỉnh bánh với đường kính chân bánh thứ cho hai bánh làm việc lượng chất lỏng chiếm với thể tích tồn chất lỏng bị bánh đẩy đẩy hết 49 Gọi  độ hở đường kính đỉnh bánh đường kính chân bánh  = 0,15  0,25 tương đương với mối ghép L3 Khi chế độ cần giữ nguyên đường kính đỉnh, tăng đường kính chân răng: Di / =A – De /2 = 45 - 55 = 17,5  Di = 2.17,5 = 35 – (0,15  0,25) 3.5.2 Gia cơng hai bạc lót trục phía bơm hai rãnh Làm làm thông phần chất lỏng bị nén lại chân với họng đẩy, kích thước rãnh theo [3] chế tạo sau: (xem hình vẽ 3-3) Hình 3-3 Bạc lót trục 3.5.2.1 Làm rãnh thành vỏ bơm phía trong, ngang vị trí ăn khớp hai (Hình 3-4a) Các rãnh thơng với bọng hút hay bọng đẩy Hình 3-4 Cách khắc phục tượng kẹt chất lỏng chân Rãnh thoát thành vỏ bơm; Rãnh thoát hướng kính chân trục quay 1- Bánh răng; 2- Rãnh thoát chất lỏng; 3- Trục quay 50 3.5.2.2 Khoan lỗ khoan hướng kính chân Các lỗ thơng với rãnh trục quay, dẫn chất lỏng đến bọng hút hay bọng đẩy (Hifnh3-4b) 3.5.2.3 Dùng bánh nghiêng bánh chữ V tốt nhất, cặp bánh nghiêng vào khớp từ từ nên chất lỏng chân khơng bị bao kín 3.5.2.4 Tăng lưu lượng cho máy bơm bánh Để tăng lưu lượng giảm kích thước cho máy bơm răng, người ta chế tạo máy bơm bánh (Hình 3-5) Bánh chủ động nằm thường có số lớn bánh 1- Với mục đích làm cho lưu lượng “hai bơm ghép” lệch pha để giảm giao động lưu lượng áp suất Hình 3-5 Sơ đồ kết cấu máy bơm bánh 3- Bánh bị động; 2- Bánh chủ động 3.5.2.1 Tăng áp suất cho máy bơm bánh Để tăng áp suất, người ta dùng bơm nhiều cấp, nghĩa có nhiều cặp bánh khớp Trên Hình 3-6 sơ đồ nguyên lý máy bơm bánh cấp Hình 3-6 Sơ đồ nguyên lý máy bơm bánh cấp 51 1- Cặp bánh ăn khớp (cấp 1); 2- Ống dẫn chất lỏng; 3- Van tràn Đối với máy bơm bánh nhiều cấp, chất lỏng qua cấp tăng áp suất lần Do cấp có rị rỉ lưu lượng nên người ta bố trí cấp trước có lưu lượng lớn cấ sau Để tránh thừa chất lỏng hai cấp, cần bố trí van tràn, nhằm tự điều chỉnh lưu lượng áp suất bơm làm việc bình thường 3.6 Lực đẩy hướng kính mơ men quay bơm bánh răng, tác hại cách khắc phục 3.6.1 Mô men quay bơm bánh Ở mục III.3.1 tính tốn lực đẩy hướng kính cho máy bơm bánh Ở ta nghiên cứu lý thuyết lực ảnh hưởng đến làm việc máy bơm Theo chiều quay bơm bánh răng, áp suất rãnh bánh tăng dần từ khoang hút đến khoang đẩy (Hình 3-7) áp suất phân bố tuyến tính từ khoang hút A đến khoang đẩy B tương đương với hợp lực F tác dụng lên ổ đỡ theo phương hướng kính Hình 3-7 Lực tác dụng lên bánh Cũng áp suất chênh lệch tác dụng theo phương vịng gây nên mơ men cản (hay mơ men quay) mà tích số M  công suất trục bơm (  vận tốc góc trục bơm) Theo sơ đồ (Hình 3-8) mơ men cản tác dụng lên trục bánh (1) : M1 = p.b (R2 - x).(R2 + x) / = p.b.(R2 – x2) Trong đó: p: độ chênh lệch áp suất khoang hút khoang đẩy b: chiều dầy bánh R2: bán kính vịng đỉnh 52 Hình 3-8: Mơ men cản tác dụng lên trục Mô men tác dụng lên bánh (2) là: M2 = p.b(R2 – y2) Nếu không kể tới ảnh hưởng lực ma sát hai mặt mơ men cản (hay mơ men quay) tác dụng lên trục bánh chủ động là: M= M1 + M2 = p.b.[2R22 – (x2 + y2)] Tọa độ điểm ăn khớp A(x; y) xác định hình 3-9 Hình 3-9 Sơ đồ đặc tính mơ men tức thời bơm bánh x2 = c2 + (R – k)2 y2 = c2 + (R + k)2 Hay x2 + y2 = R2 + 2(k2 + c2) Ở đây: k2 + c2 = l2 53 Với l khoảng cách từ điểm ăn khớp A đến tâm ăn khớp P R: bán kính vịng lăn; R = D 28,6 = = 14,3 mm 2 R0: bán kính vịng sở Do đó: x2 + y2 = 2(R2 + l2) Thay vào ta được: M= p.b (R22 - R2 – l2) Đối với bánh không dịch chỉnh: R2 + m với m mô đun bánh m= D 28,6 thay số vào ta có: m = = 2,38 Z 12 Vì vậy: M = p.b (2R.m + m2 – l2) Công thức cho thấy mô men quay M phụ thuộc vào áp suất p, kết cấu bánh (b, R, m) phụ thuộc tức thời vào tọa độ điểm ăn khớp như: Khi l= tức điểm ăn khớp tức thời A trùng tâm khớp P thì: M= Mmax= p.b (2R.m + m2) Thay số vào ta có: M= 18,7.2.(2.14,3.2,38+ 2,382)= 2757,4 Nm 3.6.2 Cách khắc phục dao động lưu lượng máy bơm bánh Người ta xác định rằng, biên độ dao động lưu lượng bơm bánh A= Qmax – Qmin phụ thuộc vào hệ số trùng khớp  , số bánh Z, chiều dày bánh b, vận tốc bánh chủ động  bán kính vịng sở R0 Dao động lưu lượng dao động áp suất tượng không mong muốn hệ thống chuyển động thủy lực Đối với bơm bánh răng, để giảm biên độ dao động người ta thường dùng biện pháp sau:   Tăng số Z: biện pháp có nhược điểm phải tăng đường kính bánh Dùng bánh nghiêng: Đối với bánh nghiêng, vào khớp khớp khơng thực tồn chiều dài mầ tiếp xúc từ từ Vì vậy, lưu lượng bơm bơm làm việc êm Nhược điểm bơm bánh nghiêng xuất lực chiều trục làm việc Vì nên người ta thường dùng bơm bánh nghiêng có góc nghiêng bánh nhỏ: β = 20- 300 áp suất không lớn: p= 3- at  Dùng bánh chữ V: Để khắc phục nhược điểm bánh nghiêng, người ta dùng bánh chữ V có tác dụng khử lực chiều trục Để làm đơn giản công nghệ gia công bánh 54 chữ V, người ta dùng bánh nghiêng, nghiêng ngược chiều lắp trục  Một số biện pháp hạn chế lực đẩy hướng kính người ta tạo khe hở đỉnh stato cung rộng chất lỏng rãnh thơng với khoang hút Phần làm kín (ở đỉnh vỏ bơm) khoang đẩy khoang hút thực vòng cung hẹp (> t bước vòng) phần khoang đẩy  Để giảm thay đổi đột ngột áp suất chất lỏng vùng ăn khớp, ngui ta dùng số biện pháp sau: - Làm rãnh thoát thông vùng ăn khớp với khoang hút khoang đẩy Rãnh nằm bề mặt tiếp xúc mặt đầu bánh stato lỗ hướng kính Các biện pháp gây nên tổn thất lưu lượng làm giảm hiệu suất lưu lượng bơm - Dùng bánh nghiêng bánh chữ V để vào khớp khớp từ từ Góc nghiêng ăn khớp β chiều dày bánh b phải tính tốn hợp lý để tránh tượng bao chất lỏng vùng ăn khớp 3.7 Tổn thất hiệu suất bơm bánh Đối với bơm bánh số máy thủy lực thể tích khác, tổn thất cột áp nhỏ bỏ qua mà xét đến tổn thất khí tổn thất lưu lượng bơm bánh 3.7.1 Tổn thất hiệu suất khí Tổn thất khí tổn thất ma sát bề mặt chi tiết chuyển động tương đối Hiệu suất khí bơm bánh khoảng từ 0,8 đến 0,95 phụ thuộc vào kết cấu chất lượng chế tạo bơm 3.7.2 Tổn thất hiệu suất lưu lượng Tổn thất lưu lượng bơm bánh gồm: Tổn thất rò rỉ mặt đầu bánh thành stato tổn thất náy phụ thuộc vào độ xác gia cơng hai cụm chi tiết rơto stato (ở bề mặt tiếp xúc) Tổn thất quan trọng chiếm khoảng 75% đến 80% tổn thất lưu lượng tồn Tổn thất dịng chất lỏng chảy ngược qua khe hở vòng đỉnh mặt vỏ bơm 55 Tổn thất lưu lượng tạo rãnh “cố ý” để giảm lực hướng kích hạn chế thay đổi áp suất đột ngột vùng ăn khớp Lưu lượng hao hụt tính tùy theo kết cấu rãnh Tổn thất lưu lượng rãnh không điền đầy chất lỏng, tượng thường gây nen dao động phụ áp suất gần đến khu vực khoang đẩy chất lỏng có xu hướng chảy ngược vào rãnh Để hạn chế tượng dùng biện pháp sau: - Tăng áp suất mặt thoáng đặt bơm thấp bể hút để tạo áp suất khoang hút nhỏ áp suất li tâm bánh - Giảm vận tốc hút chất lỏng nhỏ 2- m/s - Hạn chế vận tốc làm việc bánh để vận tốc đỉnh nhỏ 6- m/s - Thực tế cho thấy hiệu suất lưu lượng chung bánh khoảng 0,7 – 0,9 hiệu suất chung bánh  =  ck  Q = 0,6 – 0,85 3.8 Phục hồi số chi tiết điển hình bơm bánh Do điều kiện làm việc yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc bơm bánh nên bơm hay bị hỏng số chi tiết như: vỡ, mẻ, mòn răng, hỏng lốc bơm phận làm kín Trong đó, việc hỏng mòn bánh răng, mòn lốc, cào xước lốc, cháy cổ trục bánh răng, cháy bạc, cháy zoăng làm giảm áp suất lưu lượng bơm phổ biến mua thay cụm chi tiết hay chi tiết lẻ bơm tốn thời gian phụ thuộc vào nguồn cung cấp nhập ngoại Do đặt vấn đề phục hồi bơm bánh để giảm bớt thời gian dừng máy giảm chi phí Một số biện pháp chế tạo phục hồi điển hình như: + Mạ bề mặt gia cơng khí; + Hàn đắp gia cơng khí; + Phun phủ bề mặt gia cơng khí; + Thiết kế, chế tạo lớp vỏ lót lốc bơm kim loại chịu mài mòn; + Thiết kế chế tạo theo mẫu Sau đề tài sâu vào phương pháp mạ bề mặt gia công phương pháp mạ crôm Ta biết crôm kim loại hoạt động dễ thụ động nên bền môi trường xâm thực crơm bền khơng khí, bền mơi trường nhiều axit hữu vô 56 axit nitric, axit axetic, axit xitric, kềm dễ hòa tan axit clohidric, axit sunfuric nóng Nhưng lớp mạ crơm lớp mạ katốt có nhiều lỗ nên khơng bảo vệ sắt, thép khỏi ăn mòn Để lớp mạ bảo vệ tốt cho bề mặt chi tiết cần phải mạ trước lên lớp đồng kẽm tiến hành mạ crơm có độ dầy tùy mức độ mịn hỏng chi tiết lớp mạ crơm có tính ổn định hóa học tốt, chịu mài mịn cao, đồng thời bề mặt ngồi trơng đẹp, khả phản xa ánh sáng tốt nên dùng rộng rãi công nghiệp mạ ô tô, mạ chi tiết máy, dụng cụ y tế lớp mạ crơm có độ cứng cao loại gang thép khác (HB = 800 – 1000), hệ số ma sát nhỏ, chịu nhiệt độ cao (450 – 5000C), không biến màu, bám với tạo nên lớp xốp rãnh nhỏ bề mặt lớp mạ ln cứng có tác dụng chứa dầu tốt, tính chịu mịn cao Xéc măng, xi lanh động đốt mạ crơm xốp, tính chịu mịn cao đến lần so với chi tiết không mạ ngồi mạ crơm cứng với ưu điểm, tính chất cơng nghệ gia cơng phục hồi chi tiết phương pháp mạ crôm lên bề mặt gia cơng bị mịn có hiệu tốt nên sử dụng nhiều 3.8.1 Mạ crôm cứng Những chi tiết khí mạ crơm cứng nâng cao tính chịu mài mịn, kéo dài thời gian sử dụng, khuôn mẫu, dụng cụ đo, dụng cụ cắt mạ crơm cịn để phục hồi chi tiết Mạ crơm cứng có độ dày – micrơmet Những chi tiết chịu mài đặc biết có độ dày lên tới 50 – 300 micrômet Mạ chi tiết phục hồi kích thước có độ dày 800 – 1000 micrômet Chỗ khác mạ crôm cứng mạ crơm trang sức có hàm lượng crơm oxit tương đối thấp sử dụng nhiệt độ mật độ dòng điện cao, chủ yếu để mạ chi tiết chịu mài mòn tăng thời gian sử dụng – 10 lần Khả phân bố mạ crôm cứng kém, mật độ dòng điện lớn, để lớp mạ đồng cần phải thiết kế giá treo thích hợp, dùng anốt, katốt phụ cách điện, che chắn Khi mạ crôm cứng cần ý điểm sau: - Những chi tiết mạ crơm cần có độ bóng kim loại 8 trở lên 57 - Những chỗ không cần mạ crôm, dùng ni lông sơn chịu axit để che lại lỗ khơng cần mạ dùng chì chất dẻo nút lại - Chi tiết thép đúc, tốt khơng tẩy dầu hóa học tẩy ăn mòn để phòng axit, kiềm thâm nhập lỗ vật đúc, dẫn đến khơng có lớp mạ - Chi tiết đưa vào mạ cần gia công nhiệt thời gian định, treo anốt thời gian ngắn (mật độ dòng điện 50 – 70A/dm2) xử lý hoạt hóa katốt với dịng điện nhỏ (thời gian 10- 15 phút cho dòng điện từ nhỏ đến lớn) Những chi tiết phức tạp, sau xử lý anốt xử lý katốt dùng dòng điện ban đầu 1,5 – lần so với bình thường, thời gian 0,5 – phút - Thép không gỉ thép hợp kim cao, xử lý hoạt hóa katốt với dịng điện nhỏ cơng nghệ quan trọng Mật độ dịng điện katốt hoạt hóa 5A/dm2, thời gian – 15 phút Những chi tiết đúc không xử lý anốt mà dùng dòng điện ban đầu lơn 1,5 – lâng so với bình thường, thời gian từ – phút - Trong q trình mạ khơng ngắt điện, nhiệt độ thay đổi phạm vi ± 20C - Sau mạ xong, chi tiết phải ngâm dầu nóng sấy nhiệt độ 180 - 2000C để khử Hiđrơ Mạ crơm cứng đạt đến kích thước quy định không cần phải gia công gia cơng gọi mạ crơm kích thước Mạ crơm kích thước cần phải có độ dày đồng đều, thơng thường độ dày khoảng 15 – 50 micrômet Khi mạ crơm kích thước, bề mặt chi tiết cần có độ bóng 8 đến 10, diện tích phải tính tốn xác Căn hình dáng chi tiết mà thiết kế anốt tượng hình, dùng katốt phủ che chắn dòng điện phân bố Trong trinh mạ cần phải khống chế mật độ dòng điện nhiệt độ xác, để đảm bảo kích thước Sau mạ khơng cần gia cơng gia cơng Khử hi đrô nhiệt độ 1800C - 2000C, thời gian -2 3.8.2 Mạ crôm xốp Bản thân lớp mạ crơm cứng có nhiều vết nứt vết nứt nhỏ Dùng phương pháp hóa học hay điện hóa để tăng độ rộng độ sâu vết nứt gọi mạ crôm xốp Lớp mạ crôm xốp có tác dụng chịu mài mịn tốt, cải thiện điều kiện ma sát, làm giảm 58 tiếp xúc kim loại mặt ma sát, nâng cao tính mài mịn Mạ crơm xốp thường sử dụng để mạ xi lanh, xec măng, bạc động đốt Xéc măng mạ crơm có độ dày 0,2 – 0,25 mm Sau mài có độ dày 0,14 – 0,18 mm, độ bóng 10 Độ sâu lỗ xốp sau xử lý tạo thành lỗ xốp 0,02 – 0,05 mm Cơng nghệ tạo thành lỗ xốp tiến hành dung dịch a xít dung dịch kiềm Xử lý tạo lỗ thành lỗ xốp dung dịch kiềm tiến hành bề mặt tẩy dầu Xử lý tạo thành lỗ xốp anốt dung dịch a xít nhiệt độ 550C – 600C Mật độ dòng điện anốt 20 – 25 A/dm2, thời gian – phút Xử lý tạo thành lỗ xốp anốt dung dịch kiềm nhiệt độ thường, mật độ dòng điện dung dịch 10 - 15 A/dm2, thời gian -3 phút Kiểm tra lỗ xốp lớp mạ crơm xốp tiến hành kính hiển vi phóng đại 100 lần Ta lưu ý khe hở bơm chi tiết (trục bánh răng, lốc bơm) bị mòn 0,15mm ta phải phục hồi chi tiết để đưa giá trị khe hở giá trị cho phép Tiến hành mạ crôm bề mặt chi tiết: Để tiện cho việc tiến hành công đoạn phục hồi bơm bánh răng, ta lấy thực tế bơm Hw 50 lắp xe Benlaz 7522 với thông số cụ sau: - Áp suất bơm p = 150 bar; - Số vòng quay nmax=1920 v/ph; - Lưu lượng riêng qmax = 50 cm3/v; - Chiều rộng bánh B = 34,5mm; - Số Z =8; mơ đun m = 5mm; - Đường kính đỉnh de= 55mm; - Góc ăn khớp α0 = 200; - Đường kính trục d = 26mm; - Khoảng cách tâm bánh A = 45mm; - Khối lượng riêng dầu ρ = 9.10-7 kG/mm3; - Độ nhớt động học υ = 20 mm2/s + Mạ chi tiết bề mặt trục - Trường hợp trục mòn đều, xước nhỏ, tạo khe hở với bơm có giá trị ≤ 0,12mm ta tiến hành mạ Ta mạ lên trục bánh lớp crôm cho có độ dày ≥ 0,12 – 0,04 = 0,08 (có lượng dư mài) Công tác chuẩn bị tiến hành mạ: 59 TT Nội dung công việc Chuẩn bị dụng cụ Chuẩn bị vật liệu, hóa chất Vệ sinh bề mặt chi tiết Đơn vị Máy Ghi Bàn chải Đo kiểm tra tính tốn khe hở độ dầy lớp cần mạ Panme Chọn phương pháp mạ cứng hay mạ xốp Tính tốn lựa chọn dịng điện thời gian mạ Tiến hành mạ xử lý kỹ thuật Mạ cứng; xốp Đo kiểm tra kích thước Panme Tiến hành láp ráp chi tiết vào bơm 10 Kiểm tra thử bơm băng chuyên dùng Băng thử 11 Các nhận xét, kết luận + Mạ bề mặt lốc bơm: - Trường hợp bên lốc bơm mòn đều; - Các khe hở tạo lên với bánh ≤0,1 – 0,15 mm ta tiến hành mạ crơm qua bước tương tự + Mạ kết hợp bánh lốc bơm: - Khi bánh lẫn vỏ bơm có độ mịn tương đồng mà mạ độc lập chi tiết khơng đáp ứng ta mạ chi tiết - Các bước tiến hành tương tự tính tốn, ta phải tính đến khe hở đạt hai chi tiết sau mạ tạo nên kích thước đạt sau xử lý kỹ thuật - Lắp ghép thử bơm 60 KẾT LUẬN Sau thời gian thu thập số liệu, khảo sát nghiên cứu lý thuyết thực tế để giải vấn đề theo mục tiêu đề tài đặt ra, tác giả giải vấn đề sau: - Khảo sát nghiên cứu số sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực máy ô tô vận tải mỏ - Xác định số yếu tố ảnh hưởng đến làm việc máy bơm dầu bánh nâng hàng dỡ tải mỏ, là: + Tính tốn tải trọng tác dụng lớn lên thùng xe có ảnh hưởng lớn đến áp suất hiệu suất máy bơm; + Xác định nguyên nhân kẹt chất lỏng chân cặp bánh nén chất lỏng; + Xác định lực hướng kính tác dụng lên cặp bánh ăn khớp làm tăng mômen uốn trục máy bơm; + Xác định dao động lưu lượng máy bơm làm việc, làm giảm hiệu suất lưu lượng máy bơm - Đề xuất số phương pháp nhằm nâng cao hiệu làm việc tuổi thọ máy bơm dầu ô tô vận tải mỏ, như: + Dùng tải trọng lớn thùng xe nâng hàng để làm tính chọn áp suất cho máy bơm thủy lực; + Đề xuất số biện pháp khắc phục kẹt chất lỏng chân máy bơm vào khớp; + Tính tốn số thơng số xác máy bơm bánh phù hợp với điều kiện làm việc mỏ Các kết đề tài góp phần nghiên cứu làm việc máy bơm dầu bánh ô tô mỏ làm việc điều kiện khó khăn Từ làm sở để tính tốn lựa chọn máy bơm thủy lực phù hợp với điều kiện làm việc tơ vận tải mỏ Luận văn cịn đóng góp vào tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật công nhân lĩnh vực máy thiết bị mỏ 61 ... - Nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực số máy khai thác ô tô vận tải mỏ; - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc máy bơm bánh răng; - Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu làm việc. .. đồ truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ .11 1.3 Bơm bánh việc sử dụng bơm bánh hệ thống truyền động thủy lực xe ô tô vận tải mỏ1 4 1.3.1 Cấu tạo số bơm bánh hệ thống truyền động thủy lực. .. làm việc máy bơm bánh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực ô tô vận tải mỏ; - Nghiên cứu điều kiện làm việc máy bơm bánh hệ thống thủy lực ô tô vận tải mỏ Từ xác