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 2

PHẦN 1 KHÁI QUÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐƯỢC GIAO I Chọn loại xe 3

II Các nội dung cơ bản 3

1 Giới thiệu tổng quan về xe và công dụng 3

2 Cấu tạo chung của xe 4

3 Nguyên lý làm việc của xe 4

4 Thông số kỹ thuật của xe 5

PHẦN 2 THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC CỦA XE I Nguyên lý hoạt động của xe 6

II Thiết kế mạch thủy lực xe 8

1 Thiết kế mạch thủy lực 8

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực 8

2.1 Điều khiển pistong nâng hạ cần 9

2.2 Cơ cấu quay toa 10

2.3 Cơ cấu chân chống 11

2.4 Cơ cấu kéo tời 12

III Các phần tử trong mạch 13

1 Thùng chứa dầu 13

2 Bộ lọc dầu 14

3 Van an toàn 14

4 Van một chiều 15

5 Bộ ổn định tốc độ 15

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC I Xy lanh ra chân chống 16

II Xy lanh chân chống 17

III Xy lanh nâng hạ cần 18

IV Động cơ kéo tời 21

V Xy lanh ống lồng của cần 24

VI Động cơ quay toa 28 VII.

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 hàng G=25tấn”

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 hiệnĐoàn 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 nhữngloại 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 cẩuKato 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 dụng trong 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

độ dầu 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

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

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

+ Dòng xe sử dụng động cơ diezel 4 kỳ với 6 xy lanh, sử dụng hệ thống làm mát bằng nước,

hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp với turbo tăng áp

+ 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

+ 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

PHẦN 2 THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC CỦA XE

I Nguyên lý hoạt động

của xe Gồm 4 cơ cấu chính

Hình 1: Sơ đồ xe cẩu bánh xích

- 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 cố định tránh lắc lư

+ Hệ thống tời bằng cáp dây được kéo bởi động cơ thủy lực Dây cáp được mắc vào đỉnh đầu cần 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 đầu cần 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 cấu này 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 đứng vững 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

hệ thống làm việc của xe

II.

1 Thiết kế mạch thủy lực

Hình 2: Mạch thủy lực xe cẩu bánh lốp

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 nhỏhơn áp suất cho phép nếu áp suất lớn hơn van an toàn sẽ mở đường dầu cho dầu trở về thùng làmgiảm áp suất dầu Bộ điều tốc 12 được đặt ở cửa ra nhằm đảm bảo vận tốc của piston nâng hạ cần

lồng, động cơ thủy lực quay toa, kéo tời và tốc độ di chuyển của bánh xích hoạt động ở vận tốc ổn định.

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 ởkhoang 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 nàyxảy 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 phân phối 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 bớt mức 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 nàyxảy 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 lực

rồi 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

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 lực

vượt quá trị số quy định, van an toàn - tràn sẽ cho lượng dầu chảy qua van tối đa đề phòng quá tảicho hệ thống.

4 Van một chiều

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

p 4

F lx

Q 2 p 2

p3

p

4

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 lưuđiều 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

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: G=(25+23,8) tấn

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

S1,P1

Với: Đường kính xy lanh D=100mm

Đường kính cần d=60mm

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 α = 500

Trong đó:

O - Tâm quay của cần trục

G - Tải trọng nâng cho trước G = 25 tấn

(3)Thay phương trình (3) vào phương trình (2) ta được:

= 410341.8 N

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,

A2 - Diện tích piston buồng mang cần,

Ft - Tải trọng công tácChọn ηck= 0,92

với áp suất làm việc lớn 16MPa ta chọn: d =

0,7D Khi tính toán ta bỏ qua Fmsp, Fmsc, Ftqt

Áp suất làm việc của hệ thống:

IV Động cơ kéo tời

Tải trọng nâng đề tài cho là: G = 25 tấn

Chọn độ cao nâng hàng là: H = 20 m

Tốc độ nâng của máy mẫu là: V = 17.8 m/ph = 0.3 m/s

Để kéo hàng lên độ cao H = 20 m, thì phải mất chiều dài (l) cáp nâng

Vì dùng hệ ròng rọc kép để nâng hàng nên sẽ giảm được hai lần tải trọng ngoài tác dụng nhưng lại thiệt về hai lần đường đi kéo vật

l = 2.H = 2*20 = 40 (m)

Để kéo hàng lên độ cao H phải mất một thời gian t:

t = l / V = 40/0,3 = 133,33(s)

Số vòng quay của tang tời khi kéo hàng lên độ cao H là:

Rt là bán kính tang tời kéo cáp nâng hạ hàng, lấy tăng thêm 25% do đường kính của cáp tời kéo nên bán kính tang tời sẽ gia tăng bán kính trong quá trình kéo

Lấy: Rt = 0.2 m; tăng 25% nữa, do đó Rt = 0.2 + 0.2*25% = 0,25

Suy ra số vòng quay của tang tời khi kéo hàng: