Đồ án truyền động thủy khí động lực

LỜI MỞ ĐẦUHiện nay, hầu hết trên các máy công trình hay thiết bị nâng chuyển và kể cả các loại ôtô thìkhông thể thiếu hệ thống thủy khí.. Kiến thức mà học phần truyền động thủy khí động

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN 1 KHÁI QUÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐƯỢC GIAO 4

I Chọn loại xe 4

II Các nội dung cơ bản 4

1 Giới thiệu tồng quan về xe và công dụng 4

2 Cấu tạo chung 5

3 Nguyên lý làm việc của xe 5

4 Thông số kỹ thuật 6

PHẦN 2 THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC CỦA XE 7

I Nguyên lý hoạt động của xe 7

II Thiết kế mạch thủy lực 9

1 Thiết kế mạch thủy lực 9

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 9

2.1.Điều khiển pistong nâng hạ cần 10

2.2.Cơ cấu quay toa 11

2.3.Cơ cấu chân chống 12

2.4.Cơ cấu kéo tời 13

III Các phần tử trong mạch 14

1 Thùng chứa dầu: 14

2 Bộ lọc dầu 15

3 Van an toàn 15

4 Van một chiều 16

5 Bộ ổn định tốc độ 16

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 17

I Xy lanh ra chân chống (gồm 4 xy lanh thủy lực) 17

II Xy lanh chân chống (gồm 4 xy lanh thủy lực) 18

IV Động cơ kéo tời 22

V Xy lanh ống lồng của cần trục 25

VI Tính chọn động cơ xoay toa 28

PHẦN 4 TÍNH CHỌN BƠM TRÊN MẠCH THỦY 32

I Tính chọn bơm trên mạch chân chống 33

1 Trên đường ống hút 34

2 Trên đường ống đẩy 34

3 Trên đường ống hồi 35

4 Tổn thất cục bộ 35

II Tính chọn bơm trên mạch nâng hạ cần và ống lồng 36

1 Trên đường hút 36

2 Trên đường ống đẩy 37

3 Trên đường ống hồi 37

4 Tổn thất cục bộ 37

III Tính chọn bơm trên mạch quay toa và kéo tời 39

1 Trên đường ống hút 39

2 Trên đường ống đẩy 39

3 Trên đường ống hồi 40

4 Tổn thất cục bộ 40

KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, hầu hết trên các máy công trình hay thiết bị nâng chuyển và kể cả các loại ôtô thìkhông thể thiếu hệ thống thủy khí Thủy khí đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển củanền công nghiệp ôtô Là một người kỹ sư, một người thợ về cơ khí động lực không thể nào khôngnghiên cứu về lĩnh vực này

Kiến thức mà học phần truyền động thủy khí động lực mang lại là giúp chúng ta xây dựngđược một hệ thống thủy lực từ đó chúng ta vận dụng kiến thức của học phần thủy khí và máy thủykhí để tính toán thiết kế và chọn các phần tử thủy lực thích hợp

Trong khi học học phần: thủy khí và máy thủy khí; em được làm đồ án truyền động thủy khí

động lực với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của cần trục thủy lực ống

lồng di chuyển bánh lốp với các thông số: áp suất làm việc của dầu p=16 Mpa, tải trọng nâng hàngG=25 tấn”

Và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Phan Thành Long cùng quý thầy cô và các bạn, em

đã hoàn thành đồ án môn học của mình Do lần đầu làm quen với việc tính toán thiết kế hệ thốngthủy lực lắp trên máy nên bài làm cũng không tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô thông cảm vàgóp ý cho em để hoàn thành đồ án được tốt hơn

Đà nẵng, ngày tháng năm 2022Sinh viên thực hiện

Đoàn Đức Điềm

PHẦN 1 KHÁI QUÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐƯỢC GIAO

Đề bài: Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của cần trục thủy lực ống lồng

di chuyển bánh lốp với các thông số: áp suất làm việc của dầu p=16 Mpa, tải trọng nâng hàng G=25 tấn.

I Chọn loại xe

Chọn xe Kato 25 tấn

II.Các nội dung cơ bản

1 Giới thiệu tồng quan về xe và công dụng.

Xe cẩu KATO là loại cẩu được sử dụng thường xuyên trong các công trình nâng hạ với những loại máy móc hay hàng hóa có trọng lượng lên đến vài trăm tấn và làm việc vận chuyển hàng hóa hay máy móc từ mặt đất lên cao Đối với tùy trọng tải mà xe cẩu KATO chia ra làm nhiều loại với những tính năng khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng Có 2 loại xe cẩu KATO: xe cẩu Kato 25 tấn và xe cẩu Kato 50 tấn

Trong đề bài của em chỉ tập trung phân tích về xe cẩu Kato 25 tấn

Là loại xe cẩu KATO được sử dụng khá phổ biến vì có tải trọng từ 25 tấn thường được sử dụngtrong việc bốc dỡ, cẩu và di chuyển các thiết bị máy móc nặng, hàng hóa, vật liệu xây dựng… xe cẩu KATo 25 tấn được thiết kế đảm bảo an toàn tuyệt đối, từ phần cẩu xe đến phần thân xe

Phần cẩu xe có hệ thống tự động dừng cẩu, tự động dừng toa quay, tự cập nhật tình hình chân chống, các thiết bị van an toàn thủy lực, thiết bị bảo việc nâng, hạ cần, các thiết bị cảnh báo nhiệt độdầu thủy lực, cảnh báo lọc dầu thủy lực hồi… phần thân xe được thiết kế các thiết bị lái khẩn cấp, cảnh báo về bộ tỏa nhiệt, hệ thống khóa lái tự động bánh sau, chống trượt, cảnh báo rò rỉ dầu, còi cảnh báo tốc độ động cơ…

Xe thực tế: https://youtu.be/QOhpcW6pNu4

2 Cấu tạo chung

Xe cẩu bánh lốp gồm có các bộ phận chính như sau:

3 Nguyên lý làm việc của xe.

- Khi nâng vật có tải trọng lớn, chân tựa của máy được đặt tựa chắc trên nền đất máy móc cẩu vào vật

- Thiết bị động lực nằm trên phần quay của bánh lốp có nhiệm vụ dẫn động các chuyển động khác như: nâng, hạ vật, nâng hạ cần, cần trục quay để đưa vật cần di chuyển đến vị trí cần thiết

- Khi đã đưa vật lên cao thì cần thay đổi chiều dài cần để cấu tạo các đoạn trung gian

Xe cẩu bánh lốp dễ dàng có thể nâng vật có tải trọng lớn, không gian làm việc rộng lớn với chiều cao nâng đạt tới 55m, tầm với thì có thể đạt đến 38m.

Đặc biệt: Cẩu bánh lốp có thể di chuyển dễ dàng ở trên các địa bàn thi công và cơ động trong việc di chuyển

Bên cạnh đó: Xe cẩu bánh lốp có nhược điểm là cấu tạo bánh lốp sẽ có khi chuyển hơn so với xe cẩubánh xích ở những khu vực có địa hình đồi dốc

- Đối với phần cẩu:

+ Tải trọng nâng tối đa đạt 25 tấn, tầm với 3,5m

+ Thiết kế gồm 2 cần: cần chính và cần phụ Trong đó cần chính có chiều dài 9.35m – 30.5m, bao gồm 4 giai đoạn cần điều khiển sử dụng hệ thống thủy lực cần phụ có chiều dài 8,7m -13,1m, thiết kế gồm 2 đoạn cần có góc nghiêng là 5 o, 25o và 45 o, 60 o

+ Có chiều cao nâng tối đa lên tới 31,2m đối với trường hợp vươn hết cần chính, 44,8m khi vươn hết cần phụ

+ Vận tốc nâng cảu móc cẩu: tời chính đạt 17,8m/ph (tầng 4, đường cáp 7), tời phụ đạt

125m/ph (tầng 4, đường cáp 1)

+ Góc nâng cần chính từ 0 o – 80 o với thời gian nâng hết góc phần chính là 40s, thời gian ra hếtcần chính là 93s.

+ Tốc độ quay toa: 2,9v/ph, với bán kính quay toa 3.100m

- Đối với phần thân xe:

+ Dòng xe sử dụng động cơ diezel 4 kỳ với 6 xy lanh, sử dụng hệ thống làm mát bằng nước, hệthống phun nhiên liệu trực tiếp với turbo tăng áp

+ Hệ thống lái: 4x2 và 4x4

+ Tốc độ di chuyển đạt tối đa 49km/h

+ Khả năng leo dốc với độ nghiêng 60 o

+ Bán kính quay tối thiểu của xe: -4,9m đối với dẫn động 4 bánh và -8,2m với dẫn động 2 bánh

+ Động cơ diezel dung tích buồng đốt đạt 7,545l, công suất 200kw (2600 v/ph), momen tối đa

785 N.m (1400 v/ph)

+ Dung tích bình nhiên liệu 300l

+ Acquy: (12V – 120AH) x 2

- Hệ thống an toàn của phần thân xe bao gồm:

+ Các thiết bị lái khẩn cấp, cảnh báo về bộ tản nhiệt, cảnh báo lọc gió bẩn

+ Các hệ thống khóa lái tự động bánh sau, chống trượt, cảnh báo rò rỉ dầu phanh, khóa phanh làm việc, khóa treo, còi cảnh báo tốc độ cảu động cơ

I Nguyên lý hoạt động của xe

Gồm 4 cơ cấu chính

Hình 1: Sơ đồ xe cẩu bánh lốp

- Cơ cấu nâng hạ cần:

+ Có 2 xylanh thủy lực được gá cố định trên thân xe và cần, có nhiệm vụ giữ cho cần được cốđịnh tránh lắc lư

+ Hệ thống tời bằng cáp dây được kéo bởi động cơ thủy lực Dây cáp được mắc vào đỉnh đầucần có nhiệm vụ thay đổi góc nghiêng của cần

- Cơ cấu nâng hạ hàng:

+ Sử dụng hệ thống tời bằng dây cáp được kéo bởi động cơ thủy lực thông qua buli trên đầucần và móc

- Cơ cấu xoay toa:

+ Sử dụng 1 động cơ thủy lực để xoay toa và hệ thống phanh đĩa thủy lực để hãm toa Cơ cấunày giống hầu hết các loại máy công trình hiện nay giúp cho xe được linh hoạt hơn

- Cơ cấu chân chống

+ Dùng 4 xy lanh thủy lực được gá trên thân xe trượt di chuyển ra vào để giữ cho xe đứngvững không bị lật khi nâng hạ

Hầu hết momen của động cơ sinh ra để kéo máy bơm dầu phục vụ cho hệ thống điều khiển và các hệthống làm việc của xe

II. Thiết kế mạch thủy lực

1 Thiết kế mạch thủy lực

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Động cơ sử dụng năng lượng diezen dẫn động bơm 3 quay theo, đưa dầu có áp suất cao từthùng chứa vào hệ thống thủy lực Van an toàn 6 giữ cho hệ thống luôn hoạt động với áp suất nhỏ

Hình 2: Mạch thủy lực xe cẩu bánh lốp

giảm áp suất dầu Bộ điều tốc 12 được đặt ở cửa ra nhằm đảm bảo vận tốc của piston nâng hạ cầnlồng, động cơ thủy lực quay toa, kéo tời và tốc độ di chuyển của bánh xích hoạt động ở vận tốc ổnđịnh.

2.1 Điều khiển pistong nâng hạ cần.

Hình 3: Mạch thủy lực nâng hạ cần

Đẩy con trượt của van phân phối qua vị trí I: Thực hiện nâng cần lồng Dầu được bơm theođường ống qua van phân phối sau đó qua van khóa lẫn rồi đến khoang dưới của xy lanh Dầu ở

khoang trên của xy lanh sẽ di chuyển qua van phân phối đến van tiết lưu và trở về thùng dầu sau khiđược làm mát.

Khi đẩy con trượt qua vị trí II: Dầu bị chặn lại ở van phân phối và được van an toàn cho trở lạithùng dầu Lúc này cặp piston xy lanh không làm việc

Khi đẩy con trượt qua vị trí III: Thực hiện hành trình ngược lại so với vị trí 1 Lúc này cặp xylanh piston thực hiện hạ cần lồng

Van tiết lưu có tác dụng giảm tốc độ nâng hạ cần đảm bảo hệ thống hoạt động được êm hơn,tăng tuổi thọ của piston xy lanh

Van khóa lẫn là sự kết hợp giữa hai van một chiều có thể điều khiển hướng chặn có tác dụngchống trôi Khi bị tụt áp piston có xu hướng di chuyển về phía ngược lại Để tránh tình trạng này xảy

ra van có tác dụng khóa lẫn sẽ khóa chiều ngược lại

2.2 Cơ cấu quay toa.

Hình 4: cơ cấu quay toa

Quay toa theo chiều cùng chiều kim đồng hồ: Được thực hiện khi con trượt của van phân phối

ở vị trí I Dầu được bơm đưa vào hệ thống sau khi được lọc Qua van phân phối qua van khóa lẫnđến động cơ thủy lực dạng piston roto hướng trục Sau khi qua động cơ thủy lực dầu được đưa vềvan khóa lẫn qua van phân phối đến bộ ổn tốc và trở về thùng dầu sau khi được làm mát và lọc

Quay toa theo chiều ngược chiều kim đồng hồ: Được thực hiện khi con trượt của van phânphối ở vị trí III Hành trình ngược lại so với khi con trượt ở vị trí I.

Khi con trượt ở vị trí II: Dầu bị chặn lại ở van phân phối do đó dầu sẽ mở đường dầu trong van

an toàn và trở về thùng

Van khóa lẫn có tác dụng khóa chiều ngược lại của quá trình khi áp suất trong dầu bị tuột

Bộ ổn tốc có tác dụng điều chỉnh tốc độ động cơ thủy lực quay toa ổn định và cũng giảm bớtmức độ làm việc của động cơ tăng tuổi thọ của động cơ

2.3 Cơ cấu chân chống

Hình 4: cơ cấu chân chống

Đẩy con trượt của van phân phối qua vị trí I: Thực hiện đẩy đồng thời 4 chân chống ngangra(13) Dầu được bơm theo đường ống qua van phân phối sau đó qua qua van khóa lẫn rồi đếnkhoang dưới của xy lanh Dầu ở khoang trên của xy lanh sẽ di chuyển qua van phân phối và trở về

thùng dầu sau khi được làm mát Khi giá trị của áp suất chất lỏng trong xylanh chân chống ngang sẽtiếp tục tăng cho đến khi vượt qua giá trị cài đặt định mức của van tuần tự thì van tuần tự sẽ mở và

cơ cấu chân chống đứng bắt đầu làm việc(14)

Khi đẩy con trượt qua vị trí II: Dầu bị chặn lại ở van phân phối và được van an toàn cho trở lạithùng dầu Lúc này cặp piston xy lanh không làm việc

Khi đẩy con trượt qua vị trí III: Thực hiện hành trình ngược lại so với vị trí 1 Lúc này cặp xylanh piston thực hiện thu chân chống về

Van khóa lẫn là sự kết hợp giữa hai van một chiều có thể điều khiển hướng chặn có tác dụngchống trôi Khi bị tụt áp piston có xu hướng di chuyển về phía ngược lại Để tránh tình trạng này xảy

ra van có tác dụng khóa lẫn sẽ khóa chiều ngược lại

2.4 Cơ cấu kéo tời.

Hình 6: Mạch thủy lực kéo tời

Van phân phối ở vị trí I: Dầu được bơm đưa vào hệ thống sau khi được lọc Qua van phân phốiqua van khóa lẫn đến động cơ thủy lực dạng piston roto hướng trục Sau khi qua động cơ thủy lựcrồi thực hiện hạ hàng Dầu được đưa về van khóa lẫn qua van phan phối đến bộ ổn tốc và trở vềthùng dầu sau khi được làm mát và lọc.

Van phân phối ở vị trí III: Hành trình ngược lại so với khi con trượt ở vị trí I Thực hiện chứcnăng nâng hàng

Khi con trượt ở vị trí II: Dầu bị chặn lại ở van phân phối do đó dầu sẽ mở đường dầu trong van

an toàn và trở về thùng

III Các phần tử trong mạch

1 Thùng chứa dầu:

Hình 5 Kết cấu thùng chứa dầu.

1-Động cơ dẫn động bơm; 2-Ống đẩy; 3-Lọc dầu; 4-Ngăn hút; 5-Vách ngăn;

6-Ngăn xả; 7-Mắt dầu; 8-Nắp thùng dầu; 9-Ống xả dầu về.

Thùng dầu dùng để chứa lượng dầu cần thiết để cung cấp cho sự hoạt động của hệ thống thủylực đồng thời giải một lượng nhiệt sinh ra trong quá trình làm việc của hệ thống truyền lực Thùngdầu cũng là nơi lắng đọng các chất cặn bã như mạt kim loại, bụi bẩn

2 Bộ lọc dầu

a Kết cấu của bộ lọc b Ký hiệu

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài,hoặc do bản thân dầu tạo nên Những chất bẩn này sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kíchthước nhỏ trong các cơ cấu làm việc, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong quá trình làm việc của

hệ thống Do đó trong hệ thống này ta dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bêntrong các cơ cấu làm việc

3 Van an toàn

a Kết cấu van an toàn – tràn b Ký hiệu

Trong quá trình hệ thống thủy lực làm việc, luôn có một lượng dầu tháo bớt qua van để giữ cho

áp suất trong hệ thống luôn luôn không đổi, đồng thời khi áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lựcvượt quá trị số quy định, van an toàn - tràn sẽ cho lượng dầu chảy qua van tối đa đề phòng quá tảicho hệ thống

p 1

p2

p 1

a Kết cấu của van một chiều b Ký hiệu

Van một chiều có tác dụng giữ cho dầu đi theo một chiều nhất định Khi mở, van một chiềuphải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dễ dàng, ít tổn thất năng lượng Vì vậy lò xo giữ vanphải thật nhỏ đủ để ép sát nắp van vào thành van, ngược lại thì chính áp lực chất lỏng sẽ ép chặt nắpvan vào thành van ngăn không cho chất lỏng đi theo chiều ngược lại

5 Bộ ổn định tốc độ

a Kết cấu của bộ ổn định tốc độ b Ký hiệu

Bộ ổn định tốc độ là cơ cấu đảm bảo hiệu áp suất không đổi khi giảm áp suất do đó đảm bảomột lượng lưu lượng không đổi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc của cơ cấu chấp hành có giá trịgần như không đổi Bộ ổn định tốc độ là một cơ cấu gồm có một van giảm áp và một van tiết lưu

điều chỉnh được, nó có thể lắp trên đường vào, đường ra hoặc song song với cơ cấp chấp hành, trongtrường hợp này nó được lắp ở đường ra của cơ cấu chấp hành

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Áp suất dầu làm việc trong hệ thống p = 16 MPa



Đối với xa lanh ra - vào chân chống không cần quan tâm quá vô tải trọng

Ta chọn xy lanh thủy lực AMF1-TS-80/50-100B

Với: Áp suất làm việc lớn nhất P = 160 bar

Tốc độ làm việc lớn nhất v = 0.5 m/s

Nhiệt độ làm việc To= -25 -> 80 oC

Đường kính xy lanh D= 80 mm

Đường kính cần d = 50 mm

II Xy lanh chân chống (gồm 4 xy lanh thủy lực)

Khi 4 chân chống hạ xuống hoàn toàn nâng toàn bộ hệ thống xe

và tải trọng lên Lúc này 4 chân chịu tải trọng là:

Trong đó: P1 - Áp suất làm việc của dầu (P1=16*106 N/m2)

F1 - Lực tác dụng lên mỗi xy lanh (F1=119682N)

S1 -Diện tích của piston

Lấy P2=0.5Kg/cm2 và d=0,7D

Nên ta tính được D1 = 0.09m = 97 mm

Vậy ta chọn lại xy lanh AMT2-TS-100/60-100B

Với: Đường kính xy lanh D=100mm

Đường kính cần d=60mm

S1,P1 S2,P2

F1

Áp suất làm việc lớn nhất P = 160 bar

Nhiệt độ làm việc To=-25 -> 80 oC

Do đường kính danh nghĩa xy lanh lớn hơn giá trị tính toán vì vậy áp suất làm việc sẽ nhỏ hơn:

Giả sử hành trình xy lanh đi hết 500mm trong 5s thì vận tốc là v=0.5/5=0.1m/s

Lưu lượng của xy lanh là Q= v*S1=0.1*π*0.12/4=7.85*10-4 m3/s = 47.12 l/p

III Xy lanh nâng hạ cần

Để tính các thông số cần thiết cho xilanh, ta xét trường hợp cần trục khi cần trục đang làm việc ở góc = 500

Trong đó:

O - Tâm quay của cần trục

G - Tải trọng nâng cho trước G = 25 tấn

- Lực căng của dây tời

- Lực của piston xy lanh tác dụng vào cần trục

Theo sơ đồ trên thì tổng các lực tác dụng trên phương X là:

<=> F2cos(700)-F1cos(450)=0 (1) <=> F2cos(20o)-F1cos(45o)-G=0 (2)

Từ phương trình (1)

0 2

Sơ đồ tính toán xilanh lực:

Phương trình cân bằng lực cụm xilanh - piston trong trường hợp đang xét:

p1.A1 - p2.A2 - Ft - Fmsp - Fmsc - Fqt = 0

Trong đó :

p1 - Áp suất dầu ở buồng công tác

p2 - Áp suất dầu buồng mang cần piston

A1 - Diện tích piston buồng công tác,

2 1

.DA

4



