− Van phân phối 6 có thể ñiều khiển ñược chiều quay của trục bơm nhằm giúp cho thoát tải dễ hơn khi lưỡi ñào bị mắc vào rễ cây (cần quay ngược lại).
− Van an toàn 5 bảo vệ hệ thống khi hệ thống bị quá tải (áp suất quá cao), khắc phục hiện tượng quá tải ñộng cơ máy kéo, của ñộng cơ thủy lực, bơm và các chi tiết khác.
− Hộp giảm tốc 8 làm tăng mô men quay ñồng thời giảm tốc ñộ quay cho trục khoan ñể hạn chế va ñập mạnh. Vì tốc ñộ quay thấp nên hộp giảm tốc 8 dùng bộ truyền xích.
2.1.4. Thông số kỹ thuật của hệ thống nâng hạ
Sơ ñồ khối của hệ thống truyền ñộng cho máy khoan hố ñược thể hiện trên hình 2.3.
Trong quá trình ñào, cơ cấu nâng hạ thủy lực ñể ở thế bơi. ðộ sâu lớn nhất của hố ñào Hmax bị giới hạn bởi hành trình dịch chuyển ñi xuống của cơ
1
1 2
3
4
Hình 2.3. Sơñồ hệ thống truyền ñộng và ñiều khiển máy khoan hố 1- Cơ cấu treo sau máy kéo; 2- Giá lắp trục khoan;
3- Bộ truyền xích; 4- ðộng cơ thủy lực; 5- Trục khoan. 5
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 29
cấu treo. Việc ñiều chỉnh ñộ sâu Hmax ñược thực hiện thông qua ñiều chỉnh chiều dài các thanh treo. Với cơ cấu treo của máy kéo SHIBAURA−3000A giới hạn Hmax≤ 60 cm [10].
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp tính toán, thiết kế
- Sử dụng phương pháp lý thuyết truyền nhiệt ñể tính toán, thiết kế bộ làm mát dầu thủy lực và kết hợp sử dụng một số phần mềm ñể khảo sát sự thay ñổi nhiệt ñộ của dầu thuỷ lực trong quá trình làm việc. Trên cơ sở ñó lựa chọn giá trị của các thông số nghiên cứu, xác ñịnh nội dung tính toán thiết kế cụ thể và ñịnh hướng cho các nghiên cứu thực nghiệm.
- Sử dụng phần mềm Inventor ñể tính toán, thiết kế.
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Mục ñích của nghiên cứu thực nghiệm là ñể xác ñịnh ñược nhiệt ñộ làm việc ổn ñịnh của dầu thuỷ lực và so sánh kết quả ñó với các thí nghiệm khi chưa lắp hệ thống làm mát dầu thủy lực, ngoài ra còn kiểm ñịnh mô hình lý thuyết, kiểm tra chất lượng thiết kế chế tạo của hệ thống.
- ðiều kiện khảo nghiệm
Khảo nghiệm máy khoan hố khi lắp bộ làm mát dầu và khi không lắp bộ làm mát dầu.
ðiều kiện khảo nghiệm chọn loại ñất cứng có nhiều ñá, sỏi.
- Phương pháp khảo nghiệm
Khảo nghiệm hệ thống dùng thẻ ghi liên tục trong quá trình làm việc thực hiện tại Trường ðại học lâm nghiệp.
- Các thông sốño và các thiết bị khảo nghiệm
Các thông số chính cần ño bao gồm nhiệt ñộ và thời gian.
Trên bảng 2.2 là danh mục các thiết bị ño phục vụ trong quá trình thí nghiệm của ñề tài.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 30
Bảng 2.2. Danh mục các thiết bịño chủ yếu ñã sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm
TT Tờn dụng cụ ðộ chính xác
1 Cảm biến nhiệt ñộ T103 do Nhật Bản sản xuất
2 ðồng hồ ño nhiệt ñộ từ 0 ÷ 250 do Hàn Quốc sản xuất ± 20C ÷ 60C 3 ðồng hồ ño nhiệt ñộ từ 0 ÷ 100 do Hàn Quốc sản xuất ± 20C ÷ 60C
4 Nhiệt kế ± 20C
5 Phần mềm xử lý số liệu Matlab 6 Cạc A/D
7 Phần mềm ñọc số liệu Catman
- Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm
Các số liệu ño, ñược ghi liên tục với các thiết bị ño hiện ñại. Tín hiệu thu ñược ở dạng mã nhị phân sau ñó dùng phần mềm Catmam ñể ñọc và chuyển sang mã ASCII. Các số liệu sau khi ñược chuyển sang mã ASCII sẽ ñược ñưa vào máy tính và sử dụng phần mềm Matlab ñể xử lý số liệu nên các kết quả nhận ñược ñảm bảo ñộ chính xác và tin cậy cao.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 31
Chương 3
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠOHỆ THỐNG LÀM MÁT DẦU THỦY LỰC
3.1. Lựa chọn dầu thuỷ lực ñể tính toán
Trong bảng 3.1 là dầu thủy lực chống mài mòn chất lượng cao Vilube Hydralo AW thiết kế ñể sử dụng cho các hệ thống thủy lực áp lực cao và cố ñịnh trong công nghiệp ñòi hỏi chế ñộ hoạt ñộng thường xuyên và khắt khe. Vilube Hydralo AW ñược sản xuất từ các loại dầu khoáng tinh chế chọn lọc cùng các loại phụ gia tăng cường các tính năng ñộc ñáo của Mỹ [9].
Bảng 3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu thuỷ lực
Chỉ tiêu kỹ thuật AW32 AW46 AW68 P. pháp thử Khối lượng riêng (kg/ l – 150C) 0,86 0,87 0,88 ASTM
D4052 ðộ nhớt ñộng học ở 400C (cst) 32 46 68 ASTM D445 Chỉ số ñộ nhớt (VI) 98 98 97 ASTM D2270 ðộ tạo bọt (ml/ ml) 10/ 0 10/0 10/ 0 ASTM D892 ðộ chớp cháy cốc hở COC (0C) 220 226 230 ASTM
D92 Nhiệt ñộ ñông ñặc, 0C - 18 - 15 - 12 ASTM
D97 ðộ tách nhũ (ml, phút) tại 540C, max 3(30) 3(30) 3(30) ASTM D1401 Hàm lượng kẽm (%wt) 0,036 0,036 0,036 ASTM D4628 Theo yêu cầu của công việc chúng tôi ñã chọn dầu thủy lực AW32 ñể tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật cho trong bảng 3.1.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 32
3.2. Lựa chọn nguyên lý làm việc của thiết bị làm mát dầu thủy lực
Hiện nay trên thế giới và ở Việt nam sử dụng nhiều dạng thiết bị trao ñổi nhiệt có kết cấu khác nhau tuỳ theo mục ñích công việc. Chúng khác nhau trước hết là về chiều chuyển ñộng của môi chất, công dụng của thiết bị, sự hoạt ñộng của môi chất, theo nguyên lý làm việc của thiết bị [3].
Theo chiều chuyển ñộng của môi chất trong thiết bị chia thiết bị trao ñổi nhiệt gia làm :
- Loại cùng chiều (môi chất cùng vào và ra khỏi thiết bị ở cùng mội phía). - Loại ngược chiều (môi chất vào và ra khỏi thiết bị khác phía, bên trong thiết bị môi chất chuyển ñộng ngược chiều).
- loại cắt nhau (môi chất này chuyển ñộng cắt ngang môi chất kia gián tiếp qua vách rắn ngăn cách).
- loại hỗn hợp (có phần thiết bị các môi chất chuyển ñộng cùng chiều, có phần thiết bị các môi chất chuyển ñộng ngược chiều).
Theo công dụng của thiết bị ta có các thiết bị trao ñổi nhiệt khác nhau sau: - Bình ngưng (dàn ngưng).
- Bình bốc hơi (dàn bốc hơi). - Thiết bị cô ñặc.
- Thiết bị tinh cất.
Theo sự hoạt ñộng của môi chất thì các môi chất trong thiết bị trao ñổi nhiệt có thể là liên tục hoặc theo chu kỳ.
Theo nguyên lý làm việc của thiết bị ta có:
- Thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn, hoạt ñộng liên tục, ở thiết bị này dòng môi chất nóng truyền nhiệt liên tục cho dòng môi chất lạnh qua bề mặt vách ngăn hình 3.1a.
- Thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn, hoạt ñộng theo chu kỳ, ở thiết bị này dòng môi chất nóng truyền nhiệt cho môi chất lạnh không chuyển ñộng qua
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 33
vách ngăn (các ống), không liên tục mà theo chu kỳ. Nhiệt trao ñổi giữa hai môi chất giảm dần theo thời gian hình 3.1b.
- Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu hồi nhiệt, ở thiết bị này nhiệt từ dòng môi chất nóng truyền cho dòng môi chất lạnh qua vật thu nhiệt. Giai ñoạn ñầu dòng môi chất nóng nhả nhiệt ñốt nóng vật thu nhiệt, giai ñoạn sau vật thu nhiệt nhả nhiệt cho dòng môi chất lạnh. Tuỳ theo sự chuyển ñộng của vật thu nhiệt ta có: thiết bị hồi nhiệt hoạt ñộng theo chu kỳ (tháp sấy gió nóng cho các lò cao hình 3.1c), vật thu nhiệt không chuyển ñộng, khi vật thu nhiệt chuyển ñộng ta có thiết bị hồi nhiệt hoạt ñộng liên tục (bộ sấy không khí hồi nhiệt trong nhà máy nhiệt ñiện hình 3.1d).
- Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu ống nhiệt, ở thiết bị này môi chất nóng toả nhiệt ñốt nóng môi chất lạnh trong ống, sau ñó chất lỏng nhả nhiệt cho môi chất lạnh. Nếu chất lỏng trong ống không có sự chuyển pha, thiết bị gọi là xiphông nhiệt, nếu chất lỏng trong ống có sự chuyển pha (sôi và ngưng) thiết bị ñược gọi là ống nhiệt hình 3.1e.
- Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu tiếp xúc, ở thiết bị này dòng khí nóng khi tiếp xúc trực tiếp với các hạt chất rắn sẽ truyền nhiệt cho các hạt này, sau ñó các hạt này lại nhả nhiệt cho dòng khí lạnh khi tiếp xúc với nhau (hình 3.1f), bề mặt trao ñổi nhiệt là bề mặt các hạt chất rắn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 34
Hình 3.1. Một số thiết bị trao ñổi nhiệt
a− Thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn hoạt ñộng liên tục: I’I’’ môi chất
nóng vào ra; II’II’’ môi chất lạnh vào và ra ; b− Thiết bị trao ñổi nhiệt
vách ngăn hoạt ñộng theo chu kỳ ( bình ñốt nóng nước – tích nhiệt) ; c−
Thiết bị trao ñổi nhiệt hồi nhiệt, hoạt ñộng theo chu kỳ ( tháp sấy gió
nóng lò cao : 1 – vật tích nhiệt, 2 – lá chắn ñổi dòng) ; d− Thiết bị trao
ñổi nhiệt hồi nhiệt, hoạt ñộng liên tục (bộ sấy không khí hồi nhiệt: 3 –
vật tích nhiệt quay tròn ); e - Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu ống nhiệt. f -
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 35
Tùy theo yêu cầu và ñiều kiện cụ thể của công việc mà có thể chọn thiết bị trao ñổi nhiệt cho phù hợp.
Trên cơ sở ñã phân tích ở trên chúng tôi ñã chọn thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn hoạt ñộng liên tục kiểu ống có cánh ñể tính toán, thiết kế, sơ ñồ cấu tạo của thiết bị ñược thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.2. Thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn hoạt ñộng liên tục kiểu ống có cánh
3.3. Yêu cầu của thiết bị làm mát dầu thủy lực
- Phải có hệ số truyền nhiệt càng lớn càng tốt. Bởi vì với cùng một lượng nhiệt cần trao ñổi nếu hệ số truyền nhiệt lớn thì thiết bị sẽ có diện tích nhỏ.
- Trở kháng thủy lực ñối với dòng môi chất nóng càng nhỏ càng tốt. Bởi vì với trở kháng thủy lực nhỏ thì công suất của bơm cần cho sự chuyển ñộng của môi chất sẽ nhỏ.
- Bề mặt trao ñổi nhiệt của thiết bị phải làm sao ñể ít bị bám bẩn, dễ dàng làm sạch và dễ dàng sửa chữa. Khi vận hành thiết bị dòng môi chất có thể gây bám bẩn bề mặt làm chiều dày bề mặt tăng, hơn nữa hệ số dẫn nhiệt của lớp bám bẩn thường có giá trị rất nhỏ so với hệ số dẫn nhiệt của bề mặt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 36
nên nhiệt trở của bề mặt tăng dẫn ñến lượng nhiệt truyền qua sẽ giảm ñi ñáng kể. Bởi vậy sau một thời gian vận hành bề mặt thiết bị phải ñược làm sạch.
- Thiết bị phải ñảm bảo an toàn khi vận hành, có tuổi thọ cao, có kết cấu ñơn giản ñể dễ dàng lắp, vận hành và bảo dưỡng.
3.4. Lựa chọn các thông sốñể tính toán
Từ sơ ñồ truyền ñộng thủy lực cho máy khoan hố ñược thể hiện trên hình 2.2, chúng tôi có ñược thông số của ñường dầu vào và ñường dầu ra của ñộng cơ thủy lực là d2/d1 = 24/20 (mm). Chúng tôi ñã tiến hành ño trực tiếp trên khung ca bin của máy kéo Shibaura – 3000A ñược chiều dài ñể lắp ñặt thiết bị l = 620(mm) và bề rộng thiết bị b = 540 (mm).
Từ các thông số ñường dầu vào và ñường dầu ra của ñộng cơ thủy lực. Theo tiêu chuẩn (ГOCT 8732 – 70) chúng tôi chọn ñược ñường kính trong và ñường kính ngoài của ống trao ñổi nhiệt là d2/d1 = 30/24 (mm), từ thông số này chúng tôi chọn ñược các thông số tiếp theo ñể tính toán, các thông số ñó ñược thể hiện trên (hình 3.3) [2].
Hình 3.3. Các thông số cơ bản của thiết bị S d2 t c δ dc h
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 37
Trong ñó:
- Chiều dày cánh δc = 1 (mm), ñường kính qua ñỉnh cánh dc = 80 (mm), Bước cánh t = 20 (mm), Bước ống s = 95 (mm), hệ số dẫn nhiệt của thép λ = 45 (W/m.0K), hệ số dẫn nhiệt của cánh ñồng λc = 110 (W/m.0 K) [2].
- Chúng tôi chọn nhiệt ñộ vào của không khí t2’ = 280C, nhiệt ñộ ra của không khí t2’’ = 380C. Sở rĩ chúng tôi chọn nhiệt ñộ như vậy vì nước ta là nước nhiệt ñới gió mùa nhiệt ñộ thay ñổi trong khoảng rộng chính vì thế chúng tôi ñã chọn nhiệt ñộ trong khoảng ñó ñể tính toán. Với nhiệt ñộ như vậy và hệ thống ñược làm mát tự nhiên thì tốc ñộ của dòng khí vào thiết bị là
ω = 0,5 ÷ 1,5 (m/s) [1] và chúng tôi chọn tốc ñộ của dòng khí khi vào thiết bị là ω = 1,5 (m/s) ñể tính toán.
- Ngoài ra chúng tôi chọn nhiệt ñộ của dầu thủy lực ở trong ống tk = 700C, nhiệt ñộ vào của dầu thủy lực t1’ = 280C, nhiệt ñộ của dầu thủy lực khi ra khỏi thiết bị t1’’ = 400C.
- Ngoài ra chúng tôi chọn dầu thuỷ lực 32 ñể tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu thuỷ lực 32 cho trong bảng 3.1.
Khi có ñược các kích thước như trên chúng tôi ñã sử dụng phương pháp lý thuyết truyền nhịêt ñể tính toán. Các số liệu cần tính toán là:
- ðộ chênh lệch nhiệt ñộ trung bình giữa hai môi chất ∆t - Số cánh trên mỗi ống nc
- Chiều cao cánh h
- Tốc ñộ dòng khí qua khe hẹp của cánh ωmax
- Tiêu chuẩn Re của không khí
- Diện tích bề mặt trong của các ống F1 - Hệ số tỏa nhiệt của cánh αc
- Hệ số toả nhiệt tương ñương toàn bộ bề mặt ngoài của vách có cánh α2
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 38
- Hệ số truyền nhiệt kF1
- Tổng diện tích bề mặt trong của n ống có cánh trong thiết bị F1
- Tổng số ống n - Số hàng ống z
- Trở kháng(cục bộ và ma sát) của dòng chất khí chuyển ñộng cắt ngang qua chùm ống ∆pc
- Trở kháng thủy lực ∆p
+ ðộ chênh nhiệt ñộ trung bình giữa hai môi chất (chảy trong và ngoài ống)
) ln( 2 1 2 1 t t t t t ∆ ∆ ∆ − ∆ = ∆ (3.1) Trong ñó:
∆t1, ∆t2 – hiệu nhiệt ñộ giữa hai môi chất khi vào và khi ra khỏi thiết bị.
∆t1 = tk – t2’ = 70 – 28 = 420C ∆t2 = tk – t2’’ = 70 – 38 = 320C
Thay các giá trị ∆t1 và ∆t2 vừa tính ñược vào công thức (3.1) ta ñược: t 36,7650C 32 42 ln 32 42 = − = ∆ + Số cánh trên mỗi ống c c s l n = (3.2) Trong ñó: Sc = t + δc = 20 + 1 = 21 (mm)
Thay các giá trị của l , Sc vào công thức (3.2) ta ñược: 29,524 21 620 = = c n (cánh)