Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các phụ tùng xw ô tô tải HD

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các phụ tùng xw ô tô tải HD

MÃ SỐ: 09NN-07

THUYẾT MINH BÁO CÁO

Cơ quản chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ -TKV

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Trịnh Tiến Khoẻ

DUYỆT VIỆN

Hà Nội, 2007

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

TT Họ và tên Nghề nghiệp Cơ quan công tác

1 Trịnh Tiến khoẻ Thạc sỹ Máy và Dụng cụ Công nghiệp

Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV 2 Đỗ Trung Hiếu Thạc sỹ Máy và Dụng cụ

Công nghiệp

Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV 3 Dương Đình Hùng Kỹ sư Luyện kim Viện Cơ khí Năng lượng

và Mỏ - TKV 4 Đỗ Thế Ngần Kĩ sư Chế tạo máy mỏ Viện Cơ khí Năng lượng

và Mỏ - TKV 5 Phạm Hà Trung Kĩ sư Công nghệ chế tạo

máy

Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV 6 Trần Ngọc Hưng Kĩ sư Cơ khí Công ty Cổ phần Than

Cọc Sáu - TKV

Môc lôc

Trang

Ch−¬ng 1.TỔNG QUAN 5

1.1 Khảo sát nhu cầu phụ tùng ôtô tải 5

1.2 Ph©n tÝch cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc c¸c s¶n phÈm 8

Ch−¬ng 2.THIẾT KẾ SẢN PHẨM 17

2.1 TÝnh to¸n thiÕt kÕ côm b¬m vµ van liªn hîp ben l¸i 17

2.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ côm khíp nèi gi¶m chÊn 29

Ch−¬ng 1 TỔNG QUAN 1.1 Khảo sát nhu cầu phụ tùng ôtô tải

Là một nước đang phát triển với dân số trên 83 triệu người, có mạng lưới giao thông đường bộ trải dài trên khắp đất nước, vì vậy nhu cầu vận tải bằng ôtô của Việt Nam hiện nay là rất lớn Số liệu về lượng xe vận tải đường bộ của Việt Nam tính đến hết tháng 6 năm 2006 thể hiện trong Bảng 1-1 Nhìn vào bảng 1-1 ta thấy chỉ riêng số lượng xe tải đã là 239.470 chiếc, chiếm 37,9% trong tổng số xe các loại Trong đó xe tải trọng đến 2 tấn chiếm 42,9%; xe tải trọng 2 ÷ 7 tấn chiếm 34,8% còn lại là xe có tải trọng trên 7 tấn Nếu tính theo thời gian đưa vào sử dụng thì lượng ôtô sử dụng dưới 10 năm chiếm 51,2%; lượng xe sử dụng trên 15 năm chiếm 28,9% Như vậy đội xe tải của chúng ta đã được đưa vào sử dụng với thời gian khá dài, chính vì vậy hiện nay nhu cầu về phụ tùng phục vụ cho công tác thay thế sửa chữa là rất lớn

Trong Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam, xe tải được sử dụng nhiều để vận tải đất đá thải, vận tải than Số lượng huy động xe tải của toàn ngành trong năm 2005 là 3491 xe các loại (xem Bảng 1 -2) Theo thống kê trong tài liệu khảo sát, đánh giá thực trạng và đề ra chiến lược sử dụng ôtô vận tải mỏ của Than Việt Nam do Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ thực hiện năm 2005 thì: Tổng số xe HD sử dụng trong TKV là 88 xe (trong đó Cọc Sáu có 66 xe; Cao Sơn có 8 xe; Hà Tu có 14 xe) Số lượng xe lớn và luôn phải hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường mỏ nên yêu cầu sửa chữa, thay thế phụ tùng thiết bị rất lớn Dự báo nhu cầu sửa chữa lớn và phụ tùng ôtô vận tải mỏ của Than Việt Nam được thể hiện trong Bảng 1 – 4

Bảng 1 - 1: Lượng xe ôtô vận tải của Việt Nam (tính đến hết 6/2006) TT Chỉ tiêu Tổng số

xe các loại

Xe con Xe khách

Xe tải Xe chuyên

dùng

Xe khác 1 Số lượng

Bảng 1 - 2: Kế hoạch huy động xe ôtô tải của Than Việt Nam năm 2005

Kế hoạch huy động

D.Kiến thanh lý

Nhu cầu bổ sung Tên thiết bị Xe có đến

31.12.04

SX P.Vụ

Toàn Tập đoàn 3491 2604 927 248 417

Nguồn: Khảo sát, đánh giá thực trạng và đề ra chiến lược sử dụng ôtô vận tải mỏ của TVN

Bảng 1 – 4: Nhu cầu sửa chữa lớn và phụ tùng ôtô vận tải mỏ của Than Việt Nam giai đoạn 2005 ÷ 2020 (Tấn)

TT Tên gọi 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2015 2020 A Sửa chữa lớn 12.517 12.661 12.852 12.985 13.104 13.167 12.883 12.482

1 Vùng Cẩm Phả 8.569 8.631 8.760 8.865 8.951 8.984 8.668 8.356 2 Vùng Hòn Gai 2.223 2.250 2.265 2.267 2.274 2.281 2.231 2.093 3 Vùng Uông Bí 851 874 901 922 944 964 1.002 0.017 4 Vùng Nội Địa 876 906 926 931 935 938 982 1.016

B Phụ Tùng 1.751 1.771 1.799 1.819 1.835 1.845 1.803 1.748

1 Vùng Cẩm Phả 1.199 1.208 1.226 1.241 1.253 1.258 1.213 1.170 2 Vùng Hòn Gai 311 314 317 318 319 320 312 293 3 Vùng Uông Bí 119 122 126 129 132 135 140 142 4 Vùng Nội Địa 122 127 130 131 131 132 138 143

Nguồn: Chiến lược và quy hoạch phát triển Cơ khí Ngành Than giai đoạn 2005 – 2010 có xét triển vọng đến 2020

Mặt khỏc, hiện nay Tập đoàn Than – Khoỏng sản Việt Nam là đơn vị được Nhà nước cho phộp tiến hành lắp rỏp, sản xuất xe tải nặng Để đỏp ứng được yờu cầu nội địa hoỏ theo đỳng lộ trỡnh mà nhà nước đề ra thỡ đũi hỏi cỏc nhà chế tạo trong và ngoài ngành cần phải đẩy mạnh nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo cỏc phụ tựng phục vụ nội địa hoỏ

Túm lại: Nhu cầu về thiết kế, chế tạo thiết bị, phụ tựng phục vụ thay thế, sửa chữa, nội địa hoỏ ụtụ tải là rất lớn Việc Viện Cơ khớ Năng lượng và

Mỏ - TKV, đề xuất đề tài: “Nghiờn cứu thiết kế, chế tạo phụ tựng xe ụtụ tải

HD”, và đó được Bộ Cụng Thương cho thực hiện là một bước đi đỳng Kết

quả thành cụng của đề tài mang cả ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học

1.2 Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc các sản phẩm

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cụm van và bơm liên hợp ben lái 1.2.1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc Bơm B186A

* Cấu tạo bơm liên hợp ben lái B186A (Hình 1-1) gồm các chi tiết sau:

1 – Thân bơm 2 – Nắp sau 3 – Bạc định tâm 4 – Bạc lệch tâm 5 – Phớt lệch tâm

6 – Gioăng làm kín 7 – Vòng bi SKF 69/28 8 – Trục răng chủ động 9 – Bạc sau

10 – Trục răng bị động

11 – Bạc trước 12 – Nắp trước 13 – Phớt cổ trục 14 – Vòng phanh 15 – Bu lông M12 * Nguyên lý làm việc của Bơm B186A như sau:

Trục chủ động nhận công suất từ động cơ Các bánh răng chủ động gắn trên trục chủ động quay truyền chuyển động cho các bánh răng ăn khớp với nó quay theo Theo nguyên tác cặp bánh răng ăn khớp với nhau, ở nơi ra khớp, chất lỏng sẽ được hút và điền đầy các vùng chân răng rồi được mang theo trong quá trình quay của bánh răng, đến nơi vào khớp chất lỏng bị chèn ép đẩy ra khỏi vùng chân răng do đó chất lỏng được tăng áp và ra ống đẩy Trong quá trình làm việc dầu được điền đầy vào khoang hút qua cửa vào của bơm, dầu bôi trơn các ổ bi thông qua lỗ A đi vào hốc nắp B1 và B2

Khi bơm làm việc có tải áp suất của cửa ra cao hơn cửa trước, áp suất của khoang đẩy bạc sau thông qua đường P, để đẩy cặp bạc sau tiến sát vào bánh răng làm khe hở giữa mặt bên của bánh răng và cặp bạc trước nhỏ đi

1.2.1.2 CÊu t¹o, nguyªn lý lµm viÖc côm van liªn hîp ben l¸i

* CÊu t¹o côm van liªn hîp ben l¸i (H×nh 1 -2) gåm c¸c chi tiÕt vµ côm chi tiÕt sau:

H×nh 1 – 2: CÊu t¹o cña Van liªn hîp ben l¸i

1 Côm van tiÕt lưu 10 Gio¨ng lµm kÝn 19 §ai èc M8 x 10 28 Gio¨ng vÆn kÝn2 Côm ®iÒu chØnh 11 Trôc lµm kÝn 20 BÝch lµm kÝn 29 Gio¨ng vÆn kÝn3 Th©n van 12 Gio¨ng lµm kÝn 21 Vá lµm kÝn 30 Gio¨ng vÆn kÝn4 Trôc van 13 BÝch lµm kÝn 22 Then b»ng 31 §ai èc lµm kÝn 5 §ai èc M30 x 25 14 Bu l«ng M6x20 23 Bu l«ng M4x25 32 §ai èc lµm kÝn 6 Gi¨ng lµm kÝn 15 §Öm nghiªng 6 24 CÇn g¹t 33 Lß xo

7 Gi¨ng lµm kÝn 16 Gi¨ng lµm kÝn 25 MiÕng chÆn 34 Ty lµm kÝn 8 Trôc lµm kÝn 17 Gi¨ng lµm kÝn 26 Bu l«ng

9 Gio¨ng lµm kÝn 18 Gi¨ng lµm kÝn 27 Gio¨ng vÆn kÝn

* Nguyên lý làm việc của cụm Van liên hợp ben lái như sau:

Bơm liên hợp ben lái B186A và cụm van liên hợp ben lái là 02 phần tử thuỷ lực đi liền trong hệ thống thuỷ lực của xe tải HD Nó thực hiện 02 chức năng chính là: Nâng ben và điều khiển lái

Khi động cơ chính làm việc, Bơm B186A làm việc và cung cấp dầu cho cụm van qua các ống dẫn chính Khi điều khiển van, tuỳ theo vị trí tay gạt mà dầu được đưa vào xilanh ben để nâng hạ hoặc chuyển hướng lái (steering) Muốn điều khiển van ta gạt tay gạt điều khiển đến các vị trí yêu cầu Khi tay gạt ở vị trí thứ nhất (vị trí nâng ben) dầu từ bơm B186A đi qua hệ thống ống dẫn đến van, nhờ kết cấu của van mà dầu được dẫn qua hệ thống ống dẫn đến cung cấp vào khoang nâng của lòng xilanh ben từ đó ben được nâng lên Khi gạt tay gạt điều khiển van sang vị trí thứ hai, dầu lại được bơm đưa qua hệ thống ống dẫn, qua van và cũng nhờ kết cấu của van mà dầu được dẫn đến khoang hạ của lòng xilanh ben từ đó ben được hạ xuống Khi cần giữ tải cho ben ta gạt cần gạt điều khiển van sang vị trí thứ 3 là vị trí giữ tải Khi xe vận hành thì ta gạt cần gạt điều khiển van sang vị trí thứ 4 là vị trí mà hệ thống nâng ben ngừng hoạt động, lúc này dầu từ bơm B186A, đi qua van và đến hệ thống lái, lúc này chức năng của cụm van là cung cấp dầu đến xi lanh chuyển hướng lái Tất cả lượng dầu tuần hoàn đều được qua van và đưa về bể dầu Hình 1 - 3 mô tả sự liên hợp giữa 02 chức năng là chức chuyển hướng lái và chức năng điều khiển ben

1.2.1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của cụm khớp nối giảm chấn động cơ

* Cấu tạo của cụm khớp nối giảm giật động cơ (Hình 1 – 4) bao gồm: 1 Chữ thập: Có hình dạng chữ thập nằm ở trong thớt giữa, ngoài có 02 mặt bích, giữa thớt giữa và chữ thập có 08 miếng cao su đường kính φ80 dầy s = 60mm Chữ thập được lắp với trục 2 ở dạng then hoa, khi làm việc bốn cánh sẽ ép lên các miếng cao su

2 Thớt giữa: Có hình dạng tròn bao quanh chữ thập có 04 cánh quay vào trong ngược với chữ thập, trên thân có khoan lỗ φ11 để lắp 02 mặt bích trong và ngoài, giữa 4 cánh có 08 miếng cao su, các gờ của thớt giữa khoan

các lỗ để bắt chặt với đuôi động cơ Khi làm việc cả chi tiết sẽ quay với đuôi động cơ và trục then hoa, bốn cánh quay vào trong sẽ ép lên các miếng cao su

3 Mặt bích trong và ngoài: Các chi tiết này được lắp cố định vào thớt giữa bằng các bu lông M10, khi làm việc sẽ bị chữ thập ép và nén vào các mặt trong của những mặt bích này

4 Cao su: Các miếng cao su có kích thước φ80, s = 60 có tác dụng làm giảm va đập giữa các cánh của thớt giữa và chữ thập

5 Vung giảm chấn: Được lắp vào đuôi động cơ có tác dụng chống bụi, bảo vệ các chi tiết phía trong Phía đầu của vung giảm chấn có lắp vòng bi 6213 với trục then hoa và trên đó có các gờ lắp các phớt chống bụi

6 Vòng bi, bu lông và êcu: Vòng bi bao gồm 02 vòng 6208 và 6213 Bu lông và êcu gồm 02 loại M10 và M12

* Nguyên lý làm việc:

Theo phân tích động học và nguyên lý máy đối với cụm giảm chấn có nguyên lý như lựa chọn tổng hợp của khớp nối trục bù, khớp nối trục răng và khớp nối trục đàn hồi

- Khớp nối trục bù: giải quyết yêu cầu độ chính xác vị trí tương đối giữa các trục

- Khớp nối trục răng: Đảm nhiệm việc truyền mômen xoắn từ động cơ đến hệ thống truyền lực

- Khớp nối trục đàn hồi: Hai nửa nối trục ở giữa có bộ phận đàn hồi Từ phân tích trên, khi cụm giảm chấn làm việc do cấu tạo các bộ phận đàn hồi và chức năng truyền tải mômen xoắn của động cơ đến các bộ phận khác của hệ thống truyền lực Nó có tác dụng:

- Giảm va đập và chấn động vì bộ phận đàn hồi có tác dụng tích luỹ và tiêu thụ cơ năng do va đập, chấn động sinh ra

- Đề phòng cộng hưởng do dao động, truyền động xoắn gây nên - Bù lại độ lệch trục

Kết quả mômen xoắn từ trục ra động cơ được truyền đến các bộ phận tiếp theo êm dịu, giảm chấn động Vị trí của cụm khớp nối giảm chấn động cơ được trình bày trên Hình 1 - 5

Chương 2 THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2.1 Tính toán thiết kế cụm bơm và van liên hợp ben lái

Đối với hệ thống bơm + van liên hợp ben lái thì các yêu cầu tính toán về áp lực cũng như lưu lượng để đảm bảo cho quá trình làm việc của hệ thống liên hợp phụ thuộc chính vào việc tính toán thiết kế bơm liên hợp ben lái B186A Do vậy nhóm đề tài đã đi sâu tìm hiểu về lý thuyết bơm bánh răng và từ đó tính toán thiết kế bơm đảm bảo các yêu cầu làm việc Đối với van liên hợp ben lái được điều khiển bằng cơ khí, không có yêu cầu gì đặc biệt đối với việc tính toán thiết kế, do vậy nhóm đề tài chỉ đi sâu vào thiết chế tạo theo mẫu đã có sẵn Kết quả đề tài đã thiết kế hoàn chỉnh các bộ bản vẽ các sản phẩm

2.1.1 Lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm bánh răng B186A

Cũng như bơm bánh răng khác ta có công thức tính lưu lượng lý thuyết của bơm bánh răng như sau:

Qlt = 2.z.a.n (2-1) Trong đó:

a: thể tích của mỗi răng n: số vòng quay của bơm z: số răng của bánh răng Qlt: lưu lượng lý thuyết

m- mô đun của bánh răng: m = Dz

Như vậy: Nếu số răng của hai bánh răng không như nhau, thì sẽ lấy số răng của bánh chủ động để tính Lưu ý các công thức tính t, h trên đối với bánh răng không dịch chỉnh

Thực tế thì khi tính lưu lượng ta còn phải tính đến tổn thất và do vậy còn phải nhân với đại lượng ηQ gọi là hiệu suất của bơm

Q =ηQ.2π.D.m.b.n = Qtt ( Qtt :lưu lưîng thùc tÕ)

Hay Q =ηQ.2π.m2.z.b.n (2-2)

2.1.2 TÝnh to¸n cÆp b¸nh r¨ng cña b¬m B186A

Ta cã : A = 60 ( Kho¶ng c¸ch t©m hai trôc)

m = 5,5 ; Z = Z1 = Z2 = 10 ; B = 39 (ChiÒu réng vµnh r¨ng) TÝnh to¸n b¸nh r¨ng:

Ta tÝnh hÖ sè dÞch chØnh t©m [2]

y = A/m - 0,5(Z1 + Z2) = 0,91 (2-3)

Kho¶ng c¸ch trôc chia:

a = 0,5.(d2+d1) = 0,5m(z2+z1)/cosβ (2-4) = 0,5.5,5.(10+10)/cos00 = 55 mm

TÝnh l¹i kho¶ng c¸ch hai trôc: [2]

aw= a + ym = 55 + 0,91x5,5 = 60 mm Gãc pr«fin r¨ng:

αt = arctg(tgα/cosβ) = arctg(tg200/cos00) = 200 (2-5) Gãc ¨n khíp:

αtw= arccos(acosαt/aw)= arccos(55.cos200/60)=30032’ (2-6) Tæng hÖ sè dÞch chØnh [2]:

xt= [(z1+z2)(invαtw- invαt)]/(2.tgα) (2-7) = [(10+10).(inv30032’- inv200)]/(2.tg200)

xt = 20.(0,056720-0,014904)/0,728 = 1,15 mm §ưêng kÝnh chia d:

d1 = mz1cosβ = 5,5.10.cos00 = 55 mm d2 = mz2cosβ=5,5.10.cos00 = 55 mm §ưêng kÝnh l¨n dw:

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý ăn khớp cặp bánh răng thân khai dw1= d1+[2y/(z2 + z1)]d1 = 55 + [ 2.0,91/20].55 = 60 mm dw2= d2+[2y/(z2 + z1)d2 = 60 mm

Đường kính đỉnh răng da:

da1 = d1+2(1+x1- ∆y)m

= 55 + 2(1 + 0,575 - 0,0295).5,5 = 72 mm Với hệ số giảm đỉnh răng[2] ∆y = 0,0295

Vì những bánh răng của bơm dầu bằng nhau nên hệ số dịch chỉnh cũng bằng nhau: x2 = x1 nên ta có: xt = x2 + x1 ta có x1 = 1,15/2 = 0,575

da2 =d2+2(1+x2-∆y)m = 72 với[2] ∆y = 0,0295 Đường kính đáy răng df:

df1 =df2 = d1- (2,5 - 2x1)m

= 55 - (2,5 - 2.1,15).5,5 = 47,5 ψbd=bw/dw1 = 39/60=0,65 Đường kính vòng chia d∂ = Zm = 5.5x10 =55

Chiều cao đầu răng hđ = 5.5 Chiều cao chân răng h = 11.92

Từ những tính toán trên ta có bảng thông số cần thiết của bánh răng bơm B186A

Bảng 2-1 Thông số bánh răng bơm B186A

C ấ p c h ín h x á cK h o ả n g d ịc h d a oC h iề u c a o đ ầ u ră n g

C h iề u c a o ră n g

C h iề u d à i p h á p tu y ế n c h u n gG ó c ă n k h ớ p

P ro fin g ố cM ô đ u nS ố ră n gG ó c á p lự c

5 ,5

1 1 ,9 22 7 ,2 1

l o c t 3 0 1 8 - 5 4h

ξmh đ

5 ,5

2 0 °m

63 ,1 6 3

3 0 ° 3 2 '

2.1.3 Lưu lượng và áp suất lý thuyết của bơm bánh răng B186A

Lưu lượng tính toán tại buồng của bơm Từ công thức (3.2) ta có:

Lưu lượng của bơm bánh răng có b = 39 mm và vận tốc tối thiểu để vận hành là n = 1300 đến 1500 v/ph:

Với áp suất đầu ra của bơm là P = 20 MPa P = 20000kPa = 20.106 Pa (N/m2) Công suất bơm cần có:

N=p.Q = 20.106.86.10-3/60 = 28,7.103 (W) =28,7 kW

2.1.5 Lực đẩy hướng kính và mô men quay của bơm bánh răng

Theo chiều quay của bơm bánh răng, áp suất trong các rãnh răng của bánh răng tăng dần từ khoang hút đến khoang đẩy áp suất được phân bố tuyến tính từ khoang hút A đến khoang đẩy B, tương đương với hợp lực F tác dụng lên các ổ đỡ theo phương hướng kính Chúng ta sẽ xét các biện pháp

giảm lực hướng kính này trong mục sau

Cũng áp suất chênh lệch này tác dụng theo phương vòng sẽ gây nên mô men cản ( hay mô men quay), mà tích số M.ω chính là công suất trên trục bơm (ω là vận tốc góc của trục bơm) Mô men cản tác dụng lên trục của bánh răng 1 là:

x2= c2 + (R-k)2 y2= c2 + (R+k)2

hay x2 + y2 = 2R2 + 2(k2+c2) ở đây, k2+c2 = l2

Hình 2-2: Sơ đồ tính mô men tức thời của bánh răng

l - khoảng cách từ điểm ăn khớp A đến tâm ăn khớp p, Hình 2-2 R- bán kính vòng lăn;

Ro- bán kính vòng cơ sở Do đó:

x2 + y2 = 2(R2+l2) (2-13) thay (2.13 vào (2.12) ta có:

M = p.b(R22 ưR2 ưl2) (2-14)

Đối với bánh răng không dịch chỉnh,R2= R +m, vì vậy:

M = p.b(2R.m + m2-l2) (2-15) Công thức (2-15) cho thấy mô men phụ thuộc vào áp suất p, kết cấu của bánh răng (b,R,m) và phụ thuộc tức thời vào toạ độ điểm ăn khớp, như:

Khi l = lmax thì M = Mmin= p.b(2R.m +m2-l2max) Khi l = 0 thì M =Mmax= M = p.b(2R.m +m2) ở đây ta xét mô men quay lớn nhất:

M3 = 20.106.39.10-3.(2.36.5,5 + 5,52)10-6 = 332,5 (Nm)

2.1.6 Lưu lượng tức thời và dao động lưu lượng của bơm bánh răng

Công suất trên trục bơm dược tính như sau:

N = M ω = p.Q (2-16)

Qmax=(2Rm+m2).ω.b (2-18) Qmin= (2R.m +m2-l2max)ω.b (2-19) Biên độ dao động lưu lượng của bơm bánh răng thay đổi theo chu kỳ từ Qmin đến Qmax.Mộtchu kỳ dao động của các thông số dòng chảy là β=2π/z

Để đánh giá mức độ dao động lưu lượng của bơm bánh răng, người ta định nghĩa hệ số dao động lưu lượng δ của bơm như sau:

A = Qmax-Qmin =

02 .R bZ

- Tính sơ bộ một kích thước cơ bản cuả truyền động bánh răng, trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyển rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn về quá tải

2.1.7.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng

Bơm B186A là thiết bị vận hành với tải trọng lớn và phức tạp nên vật liệu được chọn làm phải có cơ tính tốt về độ bền uốn, độ bền xoắn, độ cứng vững, do đó ta chọn vật liệu làm bánh răng là thép hợp kim 20XM, thấm than sâu 1,5 mm và nhiệt luyện đạt độ cứng bề mặt răng 58 - 62 HRC

ZV = 0,925.v0,05; Với v = ω..R Mà R = 30 mm và .

KxH : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng Vì da=72 nên chọn KxH = 1

YR: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng YR = 1

YS = 1,08 - 0,695.ln(m): Hệ số độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất, trong đó m môđun tính bằng mm

YS = 1,08 - ln(5,5) = 0,96

KxF: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng độ bền uốn: KxF= 0,95

σ và σFolim lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở:

σ = 23.HRC = 23.58 =1334 MPa 0

KHL,KFL: Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền được xác định theo công thức sau:

K = NN (2-26) ở đây:

mH, mF bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn MH=6, mF=9 (tra bảng khi HB>350)

NHO: số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất tiếp xúc : 2,4

Trong đó:

KHE, KFE là hệ số qui đổi theo chế độ chịu tải, ta chọn chế độ tải nặng và có:

KHE= 0,50 KFE=0,30

60 . i i.

NΣ = c∑n t

Trong đó:

ni số vòng quay ở chế độ i Ta chọn một chế độ là nặng ni = 1800 v/phút

C = 10 số lần ăn khớp trong một vòng quay Ti:tổng giờ làm việc

Ti = 4000 h

60.10 4000 16.1060

NHE=0,5.16.107= 8.107

NFE=0,3.16.107=4,8.107

Từ đó thay vào 2-25 và 2-26 ta đ−ợc: 7

714, 23.10

Vì NFE> NFO do đó KFL=1 Thay vào (2.1), (2.2) ta đ−ợc:

[σH]=(1334/1,2).1.1,05.1.1,1 = 1284 MPa [σF] = (750/1,55).1.0,96.0,95.1.1 = 361,85 MPa

Từ công thức tính (2-18), (2-19) ta xác định đ−ợc ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép của bánh răng chủ động và bánh răng bị động là:

[σH1]=[σH2]=[σH]=990 MPa [σF1]=[σF2]=[σF]=361,85 MPa ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

[σH]max=40HRCm=40.58=2320 MPa; ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

[σF]max=0,6σch=0,6.800=540 MPa

2.1.8 Kiểm nghiệm bền cho bánh răng

Phép tính kiểm nghiệm nói chung được tiến hành khi đã biết các thông số của bộ truyền và điều kiện làm việc của nó ở đây yêu cầu xác định với độ chính xác cao nhất có thể các hệ số ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền, nhờ đó người thiết kế có thể thay đổi một vài kích thước nếu cần thiết

ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện sau:

[ ]

εβ = 39.sin00/(m.π) = 0 Nên ta dùng công thức:

Zε =ưεα

Trong đó εα xác định theo công thức:

=

2 72552.60sin 30 30 '2 5,5cos 20

hoặc: εα=[1,88-3,2(1/z1+1/z2)]cosβ =[1,88-3,2(1/10+1/10)]cos00

=1,24 Thay vào (2-23) ta có: (4 1, 24) / 3 0,96

Zε = − = KH- hệ số tải trong khi tính về tiếp xúc

Từ các số liệu đã tính đ−ợc thay vào ta đ−ợc:

2.1.9 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Để đảm bảo độ bền uốn cho phép của răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không d−ợc v−ợt quá một giá trị cho phép:

σF1=2T1KFYεYβYF1/(bwdwm)≤ [σF1] Trong đó:

- T1: Mômen xoắn trên bánh chủ động, Nmm - m: Môđun pháp tuyến, mm

- bw: Chiều rộng vành răng, mm

- dw1: Đường kính vòng lăn bánh chủ động, mm - Yε= 1/εα Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

F w wFv

b dK

T K Kβ α

W = 39 mm; dW1 = 60 mm; v =πdW1n/6000 =3,14.60.1800/6000 =56,55 m/s

2.2 Tính toán thiết kế cụm khớp nối giảm chấn

2.2.1 Các dạng hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục 2.2.1.1 Các dạng hư hỏng

1 Chữ thập: Vật liệu thép 45 (theo mẫu), thường gặp các dạng hư hỏng sau: - Phần răng trong lỗ chữ thập – là dạng then hoa hình chữ nhật bị mòn - Phần cánh (4 cánh) bị biến dạng trong thớt giữa

2 Thớt giữa: Vật liệu GX15-32 (theo mẫu) thường gặp các dạng hư hỏng sau: - Các cánh phía trong bị vỡ do chữ thập ép, nén

- Các vành bị nứt, vỡ do bị rung động trong quá trình làm việc

3 Mặt bích trong, ngoài: Vật liệu CT3 (theo mẫu) thường gặp các dạng hư hỏng sau: - Biến dạng do chữ thập ép vào, bề mặt bị lõm sâu

- Then hoa dạng chữ nhật bị nứt gây vỡ

- Lỗ ren lắp bu lông bị mòn trong quá trình làm việc 6 Vòng bi, bu lông và êcu: thường gặp các dạng hư hỏng sau: - Mòn đường kính trong và ngoài trong quá trình làm việc

- Kẹt do bụi

- Rơi ra do các lỗ định vị bị nứt vỡ

2.2.1.2 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục

1 Nguyên nhân: Qua thời gian làm việc trong môi trường mỏ khắc nghiệt, các chi tiết của cụm khớp nối giảm chấn bị mòn, nứt, vỡ Do phải truyền mô mên xoắn từ động cơ đến các bộ phận tiếp theo của hệ thống truyền lực Chỉ cần một trong các chi tiết bị hỏng, phá vỡ cân bằng động của cụm giảm chấn, dẫn đến mất tính năng và tác dụng của cả cụm chi tiết trên

2 Biện pháp khắc phục: Các chi tiết của cụm khớp nối giảm chấn xe HD do Nhật chế tạo rất chính xác, độ bền cao, lắp ráp cẩn thận Do hết thời gian bảo hành, đề nghị nhập chi tiết thường chậm không đáp ứng tiến độ sửa chữa và giá thành các chi tiết rất đắt, phải mua bằng ngoại tệ Khi các Công ty Than Cọc Sau, Hà Tu đặt vấn đề chế tạo mới trong nước, nhóm đề tài của Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ – TKV đã tiến hành:

- Lấy mẫu sản phẩm

- Lựa chọn vật liệu theo hướng tăng cường độ bền - Lập quy trình công nghệ chế tạo

- Lắp cụm - Cân bằng động - Thử nghiệm

2.2.2 Kết quả nghiên cứu

2.2.2.1 Lựa chọn vật liệu cho các chi tiết cụm khớp nối giảm chấn

1 Chữ thập:

- Vật liệu chọn thép 40XM cơ tính tốt hơn thép 45 của mẫu chuẩn

- Nhiệt luyện: Tôi cao tần then hoa, làm nguội trong dầu và ram thấp, chi tiết sẽ ổn định kích thước, đảm bảo đạt độ cứng trung bình 55 – 58HRC 2 Mặt bích trong và ngoài:

- Vật liậu: chọn thép 20Γ là vật liệu có cơ tính tốt hơn thép CT3 của mẫu chuẩn Vật liệu này còn có tính chịu mài mòn, chịu nhiệt độ trong quá trình làm việc

3 Vung giảm chấn:

- Vật liệu: chọn gang xám GX18-36 có cơ tính cao hơn GX15-32 của mẫu 4 Thớt giữa:

- Vật liệu: chọn thép đúc 45Λ có cơ tính cao hơn thép 40Λ của mẫu - Nhiệt luyện: thường hoá và ram

5 Trục then hoa:

- Vật liệu: chọn thép chế tạo là 20XM có cơ tính tốt hơn so với thép 20X từ mẫu chuẩn vì có thêm thành phần môlípđen, tăng tính chịu nhịêt, bền nóng - Nhiệt luyện: Thấm C có chiều sâu 1,2-1,5mm sau đó tôi cao tần và ram thấp đảm bảo độ cứng trung bình 58 – 60HRC

2.2.2.2 Lựa chọn kết cấu, nguyên lý đối với sản phẩm chế tạo mới

1 Chữ thập

Chọn dạng then hoa thân khai có m = 2,5; góc ăn khớp α = 300; dạng răng thẳng; số lượng răng không đổi; độ đồng tâm cho phép ≤ 0,03 – 0,05; cấp

chính xác 7 Dùng trục then hoa lắp ghép và kiểm tra chữ thập sau khi gia công cơ khí

2 Trục then hoa

Chọn then hoa thân khai giống như then hoa của chữ thập 3 Thớt giữa

Sau khi đúc chi tiết được thường hoá và ram, sau đó gia công theo mẫu, đảm bảo độ đồng tâm δ ≤ 0,05 và các lỗ định vị trên chi tiết, làm cùn cạnh sắc

4 Vung giảm chấn

Sau khi đúc được ủ và gia công theo mẫu đảm bảo độ đồng tâm δ ≤ 0,05 và các lỗ định vị trên chi tiết Đặc biệt khi gia công lỗ φ120 để lắp vòng bi 6213 Trên vung cần để lượng dư gia công, đánh bóng trước khi lắp vòng bi trên

5 Mặt bích trong và ngoài

Gia công theo mẫu, đảm bảo độ đồng tâm và các lỗ định vị trên chi tiết 6 Giải quyết cân bằng động giữa chi tiết và cụm chi tiết

- Trục then hoa và chữ thập

- Cả cụm chi tiết: Chữ thập, trục then hoa, thớt giữa, và mặt bích trong ngoài có đặt các miếng cao su ở trong

+ Tốc độ vận hành: 50 – 3500 vòng/phút

+ Thiết bị kiểm tra cân bằng động: VIBRO BALANCER41-VB41 kiểm tra độ rung của gối trục

2.2.2.3 Tính toán kiểm tra mối ghép then hoa thân khai

Khi lựa chọn mối ghép then hoa thân khai của trục then hoa và chữ thập có thể bị hỏng do dập bề mặt làm việc Ngoài ra do biến dạng và khe hở gây nên những dịch chuyển tương đối giữa các bề mặt làm việc, mối ghép này có thể bị hỏng do mòn

Tính toán quy ước theo điều kiện trung bình σd (ứng suất dập) trên bề mặt then hoa không vượt quá trị số cho phép

[ ]().

dm

l – Chiều dài mối ghép

dm - Đường kính trung bình của then hoa Z – Số răng then hoa

ψ - Hệ số xét đến sự phân bố không đều trên các răng, thường là: ψ = 0,7 ữ 0,8

{σd} – ứng suất dập cho phép (Mpa)

h – Chiều cao bề mặt tiếp xúc của răng, đối với răng thân khai h = 0,8m (m: mô đun răng)

Thay các số liệu của các chi tiết cụm khớp nối giảm chấn vào công thức trên để xác định ứng suất dập trên bề mặt then hoa

T = 140.000N.mm l = 68mm

Z = 24 răng m = 2,5mm

dm = Z.m = 24x2,5 = 60mm ψ = 0,8

H = 0,8 x m = 0,8 x 2,5 = 2

σd = 1,79Mpa ≤ {σd} = 3 ữ 10MPa (Xem bảng 2 – 2)

Như vậy qua tính toán ta thấy mối ghép then hoa thân khai đã đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong quá trình làm việc

Bảng 2 – 2: Trị số ứng suất dập cho phép của mối ghép then hoa Kiểu ghép Điều kiện sử dụng ứng suất cho phép, MPa

Bề mặt then

Không nhiệt luyện Có nhiệt luyện Ghép cố định Nặng (có va đập)

Trung bình Nhẹ

35 – 50 60 – 100 80 – 120

40 – 70 100 – 140 120 – 200

Trung bình Nhẹ

5 – 15 10 – 20

2.3 Lập bộ bản vẽ thiết kế sản phẩm

Sau khi tiến hành tính toán thiết kế theo lý thuyết, đồng thời với việc thiết kế theo mẫu nhóm đề tài đã thiết kế đ−ợc các bộ bản vẽ sản phẩm một cách hoàn chỉnh, đảm bảo có thể tiến hành chế tạo sản phẩm Các bản vẽ thiết kế, chế tạo sản phẩm đ−ợc đóng kèm trong phần phụ lục 2 của báo cáo này

Chương 3 CHẾ TẠO và thử nghiệm sản phẩm 3.1 Chế tạo sản phẩm

3.1.1 Lập quy trình công nghệ chế tạo

Sau khi đã thiết kế hoàn chỉnh các bản vẽ thiết kế sản phẩm, nhóm đề tài đã tiến hành lập quy trình công nghệ chế tạo các sản phẩm Quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm được lập đảm bảo có thể hoàn toàn chế tạo được sản phẩm với các trang thiết bị, công nghệ và trình độ tay nghề của công nhân ở các đơn vị sản xuất cơ khí có quy mô vừa và nhỏ Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm thực hiện đã lập quy trình công nghệ doa thân bơm B186A trên máy tiện Quy trình công nghệ của nguyên công doa này đã đảm bảo gia công tinh được bề mặt trụ trong của thân bơm trên máy tiện – là thiết bị được trang bị phổ biến tại các đơn vị sản xuất thay vì phải dùng máy doa Quy trình này đã mang lại hiệu quả kinh tế cho Viện và đã được hội đồng sáng kiến Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ – TKV công nhận “Sáng kiến cải tiến kỹ thuật, hợp lý hoá sản xuất” năm 2007 Quy trình công nghệ chế tạo một số sản phẩm chính của đề tài được trình bày trong phụ lục 3 của báo cáo này

3.1.2 Chế tạo sản phẩm

Trên cơ sở các quy trình công nghệ đã được lập, nhóm đề tài đã tiến hành tổ chức chế tạo các sản phẩm theo đúng nhiệm vụ đăng ký với Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) Hình ảnh các sản phẩm chế tạo được trình bày trong các hình từ Hình 3 – 1 đến Hình 3 - 12

3.2 Thử nghiệm sản phẩm

Sau khi hoàn thành việc chế tạo sản phẩm, được sự giúp đỡ của Công ty Cổ phần Than Cọc Sáu – TKV Các sản phẩm của đề tài đã được lắp ráp và chạy thử nghiệm trên xe tải nặng HD Qua quá trình theo dõi thử nghiệm công nghiệp, các cán bộ kỹ thuật của Công ty Cổ phần Than Cọc Sáu – TKV đánh giá tốt về sản phẩm của đề tài Biên bản đánh giá kết quả thử nghiệm các sản phẩm của đề tài được nêu trong phụ lục 4 của báo cáo này