CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
Hình 3.17. Sơ đồ khối hệ thống thủy lực của máy xúc lật.
(10)
Hình 3.18. Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ trên máy kéo Kubota L1500 Hệ thống thủy lực trên xe nâng, đẩy hàng được thực hiện theo sơ đồ sau:
Hình 3.19. Sơ đồ mạch thủy lực nâng hàng và đẩy hàng
1. Bơm; 2. Bộ lọc dầu; 3. Van an toàn; 4.Van tiết lưu; 5. Bộ điều khiển 3 ngăn – 4 cửa; 6. Cặp xi lanh nâng gầu; 7. Cặp xi lanh xúc đổ gầu; 8. Van cản 1 chiều.
Bảng 3.1. Các số liệu chính để thiết kế bộ phận xúc lật
TT Tên thông số Đơn vị tính
1 Tải trọng nâng max (kg) 500 kg
2 Thể tích gầu (khi đầy và khi đầy hơn) 0,2 m3 – 0,3 m3
3 Bề rộng làm việc gầu 1.200 mm
4 Hành trình nâng và đẩy max (L) 2000-2400 mm
5 Vận tốc nâng max (v) 0,3 m/s
6 Lực đẩy xúc max 300 kG
Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực
Động cơ chính dẫn động bơm 1, bơm dầu có áp suất Pb qua van tràn 2, nhờ van tràn nên dầu vào hệ thống có áp suất không đổi. Cho nhánh nâng làm việc, dầu qua van tiết lưu 3, qua van phân phối 4 vào buồng dưới các xi lanh nâng 5, dầu ở buồng trên của xi lanh lực 5 chảy xuống van phân phối về bể. Sau khi các xi lanh nâng thực hiện xong hành trình nâng L, cho nhánh đẩy làm việc bằng cách mở van phân phối ở nhánh đẩy để các xi lanh đẩy thực hiện việc đẩy hàng với hành trình đẩy L’, sau khi thực hiện xong việc đẩy ta đảo chiều van phân phối ở nhánh đẩy để lui nhánh đẩy về, tương tự ta hạ nhánh nâng xuống.
Các phần tử thủy lực trong hệ thống
Động cơ thủy lực (xi lanh nâng – đẩy hàng)
Xi lanh lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi áp suất dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng. Dầu có áp suất P1 vào buồng dưới xi lanh, nếu có kể đến tổn thất thì phần dầu trong khoang xi lanh tác dụng lên bề mặt làm việc của piston tạo nên áp lực cân bằng với phụ tải.
Cấu tạo của xi lanh có nhiều loại: xilanh tác dụng kép, tác dụng đơn. Xi lanh thủy lực ta dùng trong hệ thống là xi lanh tác dụng kép. Sau đây là cấu tạo một số xi lanh thông dụng.
Hình 3.20. Sơ đồ kết cấu xi lanh tác dụng kép có cần piston một phía
1 – Thân 2 – Cần piston; 3,8 – Mặt bích hông; 4,12 – Vít cố định mặt bích 6 – Piston; 5,7,10,11 – Vòng chặn dầu; 9 - Ổ trượt
* Van phân phối (van tỷ lệ)
Cơ cấu phân phối dược dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút của lưới đường ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định. Nhờ vậy, ta có thể đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiển nó theo một quy luật nhất định.
Chất lỏng từ bơm trước khi đến động cơ thủy lực qua cơ cấu phân phối. Cơ cấu là nơi tập trung các đầu mối lưu thông của chất lỏng. Ở đây,chất lỏng được phân phối vào các nhánh khác nhau của lưới đường ống.
Van phân phối được dùng trong hệ thống trên là van tỷ lệ. Cấu tạo của van có ba bộ phận chính: thân van, con trượt và nam châm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là van điều khiển vô cấp.
Hình 3.21. Sơ đồ kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ 1,5 – cuộn dây của nam châm điện
11 – con trượt piston; 10,12 – lò xo điều khiển con trượt 2,4 – piston đóng mở đường dầu điều khiển con trượt piston
Khi con trượt ở vị trí b tức đưa tín hiệu điện vào cuôn dây 1 thì piston 2 sẽ bị hút về phía cuộn dây 1, cho phép dầu điều khiển vào khoang 13 đẩy con trượt piston 11 mở cửa thông P – A và B – T. Lúc này dầu vào xi lanh lực qua van phân phối theo cửa P sang A, dầu ra khỏi xi lanh lực qua van phân phối về bể theo cửa B sang T.
Khi con trượt ở vị trí a thì dầu qua van theo cửa P sang B vào xi lanh lực, dầu ra xi lanh qua van về bể theo cửa A sang T.
Khi đồng thời đưa tín điện vào 2 cuôn dây 1, 5 thì con trượt sẽ ở vị trí giữa làm cho các cửa thông của van đều bị khóa, lúc đó hệ thống không làm việc.
*Van tiết lưu
Trong quá trình làm việc thực tế sẽ có sự thay đổi phụ tải, lúc này vận tốc của cơ cấu chấp hành sẽ thay đổi. Do đó, để điểu chỉnh lại vận tốc cơ cấu chấp hành người ta dùng phương án tiết lưu, bộ điều tốc đặt vào hệ thống có thể tại vị trí: đường vào, đường ra hoặc song song với động cơ thủy lực hoặc dùng bơm thay đổi được lưu lượng. Tùy theo độ mở của van, ta điều chỉnh lưu lượng qua van dẫn đến điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành. Do đặc điểm của hệ thống ta chọn van tiết lưu để thay đổi vận tốc cơ cấu chấp hành khi phụ tải thay đổi. Sau đây là một số van tiết lưu:
*Van tràn (van tổ hợp bi - piston)
Van tràn được chọn trong hệ thống là van điều chỉnh được hai cấp áp suất (van tổ hợp bi - piston). Trong van này có 2 lò xo với C2> C1, lò xo 1 (Flx1) tác dụng trực tiếp lên bi cầu và với vít điều chỉnh, ta có thể điều chỉnh áp suẩt cần thiết.
Hình 3.22. Van an toàn tác dụng gián tiếp
Khi hệ thống làm việc bình thường van này có tác dụng là van tràn để giữ áp suất hệ thống không đổi, lúc này dưới tác dụng của áp lực bơm chỉ đủ để nâng bi cầu lên một đoạn x cho qua một lưu lượng q nào đó.
Khi hệ thống quá tải hoặc ở những thời điểm van phân phối không lưu thông thì áp suất hệ thống tăng lên max, con trượt piston mở ra đưa toàn bộ dầu về bể. Lúc đó, van này có tác dụng là van an toàn.
1 - Lò xo 2 - Bi cầu 3 - Lò xo
4 - Van piston (con trượt) 5 - Bu lông điều chỉnh 6 – Lổ tiết lưu
f b
c a
d e
p1
p2
p3 1
2
3
4
5
6
Sau đây là một số hình ảnh về van an toàn:
Hình 3.23. Van cản (van một chiều)
Van một chiều có tác dụng giữ cho chất lỏng đi theo một chiều nhất định. Van một chiều có ba bộ phận: vỏ van, nắp van, lò xo giữ nắp van. Khi mở van 1 chiều phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dễ dàng ít tổn thất năng lượng. Vì vậy lò xo giữ van phải thật nhỏ đủ để ép sát nắp van vào đế van và thắng lực ma sát giữa piston và vỏ van. Nếu chất lỏng đi theo chiều ngược lại thì chính áp lực chất sẽ ép chặt nắp van vào đế van ngăn không cho chất lỏng đi theo chiều ngược lại.
Hình 3.24. Sơ đồ kết cấu van cản
*Bơm thủy lực:
Bơm có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành áp năng và lưu lượng thủy lực. Trong các hệ thống thủy lực thường dùng bơm thể tích để thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc. Khi thể tích buồng làm việc tăng thì bơm thực hiện việc hút, khi thể tích buồng làm việc giảm thì bơm thực hiện việc nén và đẩy dầu.
Bơm được sử dụng trong hệ thống trên là bơm bánh răng. Là loại bơm được dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc
răng chữ V. Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì dễ chế tạo, tuy nhiên loại ăn khớp trong kích thước nhỏ gọn hơn.
Hình 3.25. Kết cấu bơm bánh răng