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.. Trong khi học học phần: thủy khí và máy thủy khí
KHÁI QUÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐƯỢC GIAO
Chọn loại xe
Các nội dung cơ bản
1 Giới thiệu tồng quan về xe và công dụng.
Xe cẩu KATO là thiết bị nâng hạ phổ biến trong các công trình xây dựng, chuyên sử dụng để vận chuyển hàng hóa và máy móc nặng lên đến hàng trăm tấn Với đa dạng trọng tải, xe cẩu KATO được thiết kế với các tính năng phù hợp nhằm đáp ứng đa dạng nhu cầu của khách hàng Hiện nay, thị trường có hai loại xe cẩu KATO chính là xe cẩu KATO 25 tấn và xe cẩu KATO 50 tấn, phục vụ các công trình từ nhỏ đến lớn một cách hiệu quả.
Trong đề bài của em chỉ tập trung phân tích về xe cẩu Kato 25 tấn.
Xe cẩu KATO 25 tấn là loại xe cẩu phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động bốc dỡ, cẩu và vận chuyển các thiết bị máy móc nặng, hàng hóa và vật liệu xây dựng Thiết kế của xe cẩu KATO 25 tấn đảm bảo an toàn tuyệt đối, từ phần cẩu đến phần thân xe, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu rủi ro Với khả năng nâng tải từ 25 tấn, xe cẩu KATO phù hợp cho nhiều công trình, dự án đòi hỏi sự chắc chắn và độ an toàn cao.
Xe cẩu được trang bị hệ thống tự động dừng cẩu và dừng toa quay nhằm đảm bảo an toàn và vận hành chính xác Các thiết bị bảo vệ tự cập nhật tình hình chân chống, van an toàn thủy lực, cùng các thiết bị nâng hạ cần để đảm bảo quá trình vận hành an toàn và hiệu quả Hệ thống cảnh báo nhiệt độ dầu thủy lực, cảnh báo lọc dầu thủy lực hồi giúp người vận hành phát hiện các sự cố sớm, nâng cao độ an toàn của xe cẩu Phần thân xe được thiết kế với các thiết bị lái khẩn cấp, cảnh báo phân tỏa nhiệt, hệ thống khóa lái tự động bánh sau, chống trượt và cảnh báo rò rỉ dầu để đảm bảo an toàn tối đa Ngoài ra, các hệ thống còi cảnh báo tốc độ động cơ giúp kiểm soát vận hành và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sử dụng xe cẩu hơn.
Xe thực tế: https://youtu.be/QOhpcW6pNu4
Xe cẩu bánh lốp gồm có các bộ phận chính như sau:
- Móc câu sử dụng để móc, giữ vật.
- Dây cáp có tác dụng nâng hạ vật
- Hệ thống nâng hạ cần.
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 vai trò chính trong việc dẫn động các chuyển động như nâng, hạ vật hoặc điều khiển cần trục quay Nó giúp đưa vật cần di chuyển đến vị trí mong muốn dễ dàng và chính xác Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong hệ thống vận hành của các thiết bị công nghiệp và máy móc nâng hạ.
- Khi đã đưa vật lên cao thì cần thay đổi chiều dài cần để cấu tạo các đoạn trung gian. Ưu điểm:
Xe cẩu bánh lốp dễ dàng nâng vật có tải trọng lớn nhờ vào khả năng làm việc trong không gian rộng, với chiều cao nâng lên tới 55m và tầm với lên đến 38m Đặc biệt, cẩu bánh lốp dễ dàng di chuyển trên các địa bàn thi công và linh hoạt trong việc cơ động vị trí làm việc, giúp nâng hạ hiệu quả và tiết kiệm thời gian.
Xe cẩu bánh lốp có ưu điểm linh hoạt trong việc di chuyển trên các địa hình bằng phẳng, nhưng nhược điểm lớn là cấu tạo bánh lốp dễ bị hư hỏng khi chuyển đổi địa hình Đặc biệt, khi làm việc trên những khu vực đồi dốc, bánh lốp của xe cẩu bánh lốp sẽ chịu nhiều áp lực hơn so với xe cẩu bánh xích, dẫn đến khả năng trơn trượt hoặc mất độ bám kém hơn Do đó, khi vận hành trên các địa hình đồi dốc, xe cẩu bánh xốp cần phải được kiểm tra kỹ lưỡng và sử dụng cẩn thận để đảm bảo an toàn và hiệu quả làm việc.
Tổng chiều dài cẩu Kato 25 tấn: 11.565m
+ Tải trọng nâng tối đa đạt 25 tấn, tầm với 3,5m.
Thiết kế gồm hai cần chính và cần phụ để đảm bảo khả năng vận hành linh hoạt Cần chính có chiều dài từ 9,35m đến 30,5m, tích hợp hệ thống thủy lực đa giai đoạn giúp điều khiển chính xác các công đoạn nâng và hạ Trong khi đó, cần phụ dài từ 8,7m đến 13,1m, được thiết kế với hai đoạn có góc nghiêng linh hoạt lần lượt là 5°, 25°, 45° và 60°, nâng cao khả năng làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau.
+ 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 hết cần 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 Diesel 4 kỳ, gồm 6 xy lanh, được trang bị hệ thống làm mát bằng nước giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp giúp tối ưu hoá lượng nhiên liệu tiêu thụ và công suất động cơ Ngoài ra, xe còn tích hợp turbo tăng áp nhằm nâng cao khả năng vận hành mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu, phù hợp cho các dòng xe tải và xe chuyên dụng.
+ 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.
- 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.
Hệ thống khóa lái tự động bánh sau giúp nâng cao an toàn vận hành của xe Các tính năng như chống trượt, cảnh báo rò rỉ dầu phanh, khóa phanh làm việc, khóa treo và còi cảnh báo tốc độ của động cơ đều góp phần tối ưu hóa hiệu suất và an toàn cho người lái Những công nghệ này không những cải thiện trải nghiệm lái xe mà còn đảm bảo an toàn tối đa trong mọi điều kiện vận hành.
THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC CỦA XE
Nguyên lý hoạt động của xe
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 cố định tránh lắc lư.
Hệ thống tời bằng cáp dây hoạt động nhờ động cơ thủy lực, mang lại hiệu quả và độ bền cao Dây cáp được mắc vào đỉnh của cần, có nhiệm vụ quan trọng trong việc điều chỉnh góc nghiêng của cần, giúp nâng hạ và vận chuyển hàng hóa chính xác Nhờ vào thiết kế này, hệ thống tời đảm bảo hoạt động ổn định và linh hoạt trong các lĩnh vực xây dựng, khai thác và vận chuyển.
- 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.
Hệ thống sử dụng động cơ thủy lực để xoay toa và hệ thống phanh đĩa thủy lực để hãm toa, mang lại khả năng vận hành linh hoạt và an toàn cho xe Cơ cấu này tương tự như các loại máy công trình hiện nay, giúp tăng hiệu suất làm việc và độ bền của thiết bị.
+ 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.
Thiết kế mạch thủy lực
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 từ thùng chứa vào hệ thống thủy lực Van an toàn 6 giữ cho hệ thống luôn hoạt động với áp suất nhỏ hơn áp suất cho phép nếu áp suất lớn hơn van an toàn sẽ mở đường dầu cho dầu trở về thùng làm giảm 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 mô tả hoạt động của mạch thủy lực nâng hạ cần, bắt đầu bằng việc đẩy con trượt của van phân phối qua vị trí I để thực hiện nâng cần lồng Dầu được bơm qua đường ống qua van phân phối, sau đó qua van khóa và đến khoang dưới của xy lanh để tạo lực nâng Đồng thời, dầu ở khoang trên của xy lanh di chuyển qua van phân phối đến van tiết lưu, giúp kiểm soát tốc độ và sau đó trở về thùng dầu sau khi được làm mát, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống thủy lực.
Khi đẩy con trượt qua vị trí II, dầu bị chặn lại tại van phân phối và qua van an toàn trở về thùng dầu, khiến cặp piston xy lanh không hoạt động Quá trình này làm tắc nghẽn hệ thống và ngăn piston thực hiện chuyển động mong muốn, ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống thủy lực Hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống thủy lực và duy trì sự an toàn trong quá trình vận hành.
Khi đẩy con trượt qua vị trí III: Thực hiện hành trình ngược lại so với vị trí 1 Lúc này cặp xy lanh 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 của hai van một chiều có khả năng điều khiển hướng chặn nhằm chống trôi hiệu quả Khi hệ thống bị tụt áp, piston có xu hướng di chuyển ngược lại, gây nguy hiểm cho hoạt động của hệ thống Để đảm bảo an toàn và duy trì sự ổn định, van khóa lẫn sẽ tự động khóa chiều ngược lại, ngăn chặn sự di chuyển không mong muốn của piston.
Hình 4: cơ cấu quay toa
Quay theo chiều cùng chiều kim đồng hồ được thực hiện khi con trượt của van phân phối ở vị trí I, giúp dầu được bơm vào hệ thống sau khi đã được lọc Dầu di chuyển qua van phân phối, qua van khóa, đến động cơ thủy lực dạng piston roto hướng trục, sau đó trở về van khóa và qua van phân phối để tới bộ ổn tốc Cuối cùng, dầu được đưa về thùng dầu sau khi đã qua quá trình làm mát và lọc để duy trì hoạt động hiệu quả của hệ thống thủy lực.
Quay toa theo chiều ngược chiều kim đồng hồ là quá trình thực hiện khi con trượt của van phân phối ở vị trí III Hành trình này diễn ra ngược lại so với khi con trượt ở vị trí I, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống van phân phối Việc thao tác quay toa theo chiều ngược giúp kiểm soát hiệu quả quá trình phân phối khí hoặc chất lỏng trong hệ thống, tối ưu hiệu suất vận hành Khi con trượt ở vị trí III, quá trình quay toa theo chiều ngược mang lại các lợi ích về độ chính xác và hiệu quả trong vận hành của hệ thống van.
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 giúp điều chỉnh tốc độ của động cơ thủy lực, đảm bảo quay toa ổn định và mượt mà Nhờ đó, thiết bị hoạt động hiệu quả hơn và giảm thiểu tác động tiêu cực đến động cơ Việc duy trì tốc độ ổn định còn giảm mức độ làm việc quá tải, từ đó tăng tuổi thọ cho động cơ thủy lực và nâng cao độ bền của hệ thống.
Hình 4 mô tả cấu trúc chân chống Đẩy con trượt của van phân phối qua vị trí I, trong đó thực hiện đẩy đồng thời 4 chân chống ngang ra Dầu được bơm qua đường ống, qua van phân phối, rồi qua van khóa lẫn, đến khoang dưới của xy lanh Khi dầu ở khoang trên của xy lanh di chuyển qua van phân phối và trở về thùng dầu sau khi được làm mát, áp suất trong xy lanh tăng dần Khi áp suất vượt qua ngưỡng cài đặt của van tuần tự, van này mở ra, kích hoạt cơ cấu chân chống đứng bắt đầu hoạt động, đảm bảo sự vận hành đúng quy trình.
Khi đẩy con trượt qua vị trí II, dầu bị chặn lại ở van phân phối và được van an toàn cho trở lại thùng dầu, khiến cặp piston xy lanh không hoạt động.Điều này xảy ra khi hệ thống không tiếp tục cung cấp dầu để duy trì chuyển động, dẫn đến dừng hoạt động của piston xy lanh.
Khi đẩy con trượt qua vị trí thứ III, quá trình thực hiện ngược lại so với vị trí thứ I, cặp xy lanh piston bắt đầu thu chân chống về Điều này giúp đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả của hệ thống thủy lực trong quá trình vận hành Quá trình này là bước quan trọng để đưa thiết bị trở về trạng thái ban đầu, đảm bảo an toàn và duy trì hiệu suất hoạt động của máy móc.
Van khóa lẫn là loại van kết hợp hai van một chiều có khả năng điều khiển hướng, giúp chống trôi hiệu quả trong hệ thống thủy lực Khi bị tụt áp, piston có xu hướng di chuyển ngược lại, gây ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Để ngăn chặn tình trạng này, van khóa lẫn sẽ tự động khóa chiều ngược lại, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống thủy lực.
Hình 6: Mạch thủy lực kéo tời
Van phân phối ở vị trí I giúp điều chỉnh lưu lượng dầu sau quá trình lọc để cấp vào hệ thống thủy lực Dầu sau khi qua van phân phối và van khóa được dẫn đến động cơ thủy lực dạng piston roto hướng trục, thực hiện chức năng nâng hạ hàng hiệu quả Sau khi hoạt động, dầu được đưa về van khóa và van phân phối, tiếp tục đi qua bộ ổn tốc và trở về thùng dầu để được làm mát, lọc sạch trước khi tái sử dụng Quy trình này đảm bảo hệ thống thủy lực vận hành ổn định, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc và tăng tuổi thọ của các thiết bị.
Van phân phối ở vị trí III: Hành trình ngược lại so với khi con trượt ở vị trí I Thực hiện chức năng 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.
Các phần tử trong mạch
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 nhằm đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống thủy lực Nó còn giúp giải nhiệt cho hệ thống truyền lực bằng cách lưu trữ lượng nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành Ngoài ra, thùng dầu còn có chức năng lắng đọng các chất cặn bã như mạt kim loại và bụi bẩn, giúp duy trì hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống thủy lực.
2 Bộ lọc dầu a Kết cấu của bộ lọc b Ký hiệu
Trong quá trình làm việc, dầu dễ bị nhiễm bẩn từ các chất bên ngoài hoặc do chính dầu tạo ra, gây kẹt các khe hở và tiết diện nhỏ trong cơ cấu hoạt động Những chất bẩn này có thể gây trở ngại và hư hỏng trong quá trình vận hành của hệ thống Chính vì vậy, việc sử dụng bộ lọc dầu là cần thiết để ngăn chặn các chất bẩn xâm nhập vào bên trong các cơ cấu, bảo vệ hệ thống hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
2 p 1 p 2 a Kết cấu van an toàn – tràn b Ký hiệu
Trong quá trình hoạt động của hệ thống thủy lực, van giảm áp đảm bảo duy trì áp suất ổn định bằng cách thải bớt lượng dầu cần thiết Khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức quy định, van an toàn - tràn sẽ tự động mở để xả lượng dầu tối đa, ngăn ngừa quá tải và đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống thủy lực.
4 Van một chiều a Kết cấu của van một chiều b Ký hiệu
Van một chiều giữ cho dầu đi theo một hướng nhất định, đảm bảo hiệu quả vận chuyển chất lỏng trong hệ thống Khi vận hành, van cần có sức cản nhỏ để giảm thiểu tổn thất năng lượng và giúp dòng chảy diễn ra dễ dàng Lò xo giữ van phải đủ nhẹ để giữ chặt nắp van sát vào thành van, trong khi áp lực chất lỏng sẽ tự động đóng chặt nắp để ngăn chặn dòng chảy ngược chiều, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.
5 Bộ ổn định tốc độ p 4
Q 2 p 2 p 3 p 4 a Kết cấu của bộ ổn định tốc độ b Ký hiệu
Bộ ổn định tốc độ là cơ cấu quan trọng giúp duy trì hiệu áp suất không đổi khi giảm áp suất, từ đó đảm bảo lưu lượng chảy qua van luôn ổn định và vận tốc của cơ cấu chấp hành gần như không đổi Thiết bị gồm có van giảm áp và van tiết lưu điều chỉnh linh hoạt, có thể lắp trên đường vào, đường ra hoặc song song với cơ cấu chấp hành Trong thực tế, bộ ổn định tốc độ thường được đặt ở đường ra của cơ cấu chấp hành để tối ưu hóa hiệu quả điều khiển và giảm thiểu biến đổi trong quá trình hoạt động.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
Xy lanh ra chân chống (gồm 4 xy lanh thủy lực)
=> hành trình piston cần chọn 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 độ làm việc To= -25 -> 80 oC Đường kính xy lanh D= 80 mm Đường kính cần d = 50 mm
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:
Tính cho 1 chân chống tải trọng phải chịu là:
=> Lực tác dụng lên 1 xy lanh:
Xét từ điều kiện cân bằng lực ta có: p1 S 1 -p 2 S 2 = F 1
Trong đó: P1 - Áp suất làm việc của dầu (P1*10 6 N/m 2 )
F1 - Lực tác dụng lên mỗi xy lanh (F19682N)
Nên ta tính được D 1 = 0.09m = 97 mm
Vậy ta chọn lại xy lanh AMT2-TS-100/60-100B
Với: Đường kính xy lanh D0mm Đường kính cần d`mm 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*0.1 2 /4=7.85*10 -4 m 3 /s = 47.12 l/p
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 = 50 0
O - Tâm quay của cần trục
G - Tải trọng nâng cho trước G = 25 tấn
1 - Lực căng của dây tời
F 2 - Lực của piston xy lanh tác dụng vào cần trục Theo sơ đồ trên thì tổng các lực tác dụng trên phương X là:
(3) Thay phương trình (3) vào phương trình (2) ta được:
Sơ đồ tính toán xilanh lực:
Phương trình cân bằng lực cụm xilanh - piston trong trường hợp đang xét: p 1 A 1 - p 2 A 2 - F t - F msp - F msc - F qt = 0
Trong đó : p 1 - Áp suất dầu ở buồng công tác p 2 - Áp suất dầu buồng mang cần piston
A 1 - Diện tích piston buồng công tác,
A 2 - Diện tích piston buồng mang cần,
F t - Tải trọng công tác Chọn η ck = 0,92
F msp - Lực ma sát giữa piston và xilanh
F msc - Lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít
Lấy P 2 =0.5kg/cm 2 với áp suất làm việc lớn 16MPa ta chọn: d 0,7D Khi tính toán ta bỏ qua Fmsp, Fmsc, Ftqt
Suy ra ta có p 1 A 1 - p 2 A 2 =F t =F 2 /η ck
P 1 - P 2 16.10 6 - 0,5.9,81.10 4 446023.7 Suy ra 12549516.46*D 2 = 446023.7 Suy ra: D = 0,188 m = 188 mm
Chọn xy lanh thủy lực AMP5 RB-200/130-100 với đường kính xy lanh D = 200 mm và đường kính cần d = 130 mm để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Xy lanh này hoạt động với áp suất làm việc tối đa 0 bar, phù hợp với các hệ thống yêu cầu áp suất thấp Độ bền và khả năng chịu tải của xy lanh thủy lực này giúp đảm bảo quá trình vận hành ổn định, nâng cao hiệu quả sản xuất Việc chọn lựa đúng thông số kỹ thuật giúp tối ưu hóa hệ thống thủy lực và nâng cao tuổi thọ của thiết bị.
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.
Hệ ròng rọc kép giúp giảm tải trọng ngoài tác dụng gấp đôi nhưng đồng thời kéo vật đi một quãng đường gấp hai lần, làm tăng chiều dài dây kéo Trong ví dụ này, chiều dài dây kéo là l = 2 × 20 = 40 mét, và để nâng hàng lên độ cao H = 40 mét, ta cần mất thời gian t = l / V = 40 / 0,3 ≈ 133,33 giây.
Số vòng quay của tang tời khi kéo hàng lên độ cao H là:
R t là bán kính tang tời kéo cáp nâng hạ hàng, giúp tối ưu quá trình nâng hạ và đảm bảo an toàn vận hành Do đường kính của cáp tời kéo tăng thêm 25%, nên bán kính tang tời cũng sẽ gia tăng trong quá trình kéo, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của hệ thống Việc tính toán chính xác bán kính tang tời là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền của thiết bị kéo cáp hàng Hiểu rõ về mối liên hệ giữa đường kính cáp và bán kính tang tời giúp người vận hành tối ưu hóa hoạt động và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị nâng hạ.
Lấy: R t = 0.2 m; tăng 25% nữa, do đó R t = 0.2 + 0.2*25% = 0,25
Suy ra số vòng quay của tang tời khi kéo hàng:
Hộp số giảm tốc trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trục trácht Q=9.8*5000I000NI00daN)
R lá bán kính trung bình của vòng tựa quay ( R= 800 mm =0.8 m)
D là đường kính của lăn tỳ( D = 700 mm = 0.7m)
F là hệ số ma sát lăn tỳ tựa lăn tự do trên vòng tựa quay( f =0.05-0.1 cm)
Momen cản do không khí (gió):
F i là tổng diện tích bề mặt chịu gió khi quay m 2
(Diện tích gồm có: đối trọng, cần, cad điều khiển, hàng nâng)
Xét trường hợp xe chỉ chịu gió trên cần trục và khối hàng nâng
Cần trục: có chiều dài: 29 m và chiều rộng: 0.4 m=> F1= 29*0.4= 11.6 m 2
Khối hàng hình vuông: có chiều rộng: 4m và chiều dài 4m=>F2= 4*4 m 2 ρ i là khoảng cách từ trọng tâm của bề mặt chịu gió đến tâm quay của máy.
Khoảng cách từ tầm khối hàng đến tâm quay là: 11.92m (giả sử đang nâng hàng với độ cao H và làm việc với góc 50 0 )
Khoảng cách từ tâm cần trục đến tâm quay là 9.32 m n là số vòng quay của bàn quay trong 1 phút (n=2.3 vòng/phút)
Momen do lực quán tính:
= 45272 daNm Trong đó: ε là gia tốc gốc khi khởi động(hãm), t- thời gian sinh ra gia tốc khi quay, t = 2 s g là gia tốc trọng trường (9.8 m/ s 2 )
G i là trọng lượng phần tử quay thứ I, N
Trọng lượng của cần có chiều dài 2000 mm được tính là 19.600 N (tương đương 19600 N), đảm bảo độ chính xác trong thiết kế Đối trọng của hệ gồm có trọng lượng 4.000 kg, tương đương 3.920 daN, giúp cân bằng và ổn định cấu trúc Cab điều khiển có trọng lượng 800 kg, tương đương 40 daN, đóng vai trò quan trọng trong vận hành hệ thống Hàng nâng có trọng lượng 3.000 kg, tương đương 40 daN, đảm bảo khả năng nâng tải hiệu quả Bán kính phần tử quay tương ứng là yếu tố ảnh hưởng đến tính năng của hệ, góp phần tối ưu hóa hoạt động và an toàn trong quá trình vận hành.
Bán kính cần trục: sin 50˚*29= 22.21 m
Bán kính Cab điều khiển 2.22 m
Bán kính của đối trọng 2.23m
Lưu ý : Momen quán tính lớn nhất không được vượt quá momen bám của bánh lốp Momen cản tĩnh tổng hợp trên động cơ xoay toa
Chọn hộp giảm tốc cầu trục ZQ 350 với tỷ số truyền động cơ I = 48.47 [TL4], hiệu suất: η dc = 0.98 η ck = 0.95 η tldc = 1
Số vòng quay của trục động cơ xoay toa n = v*i = 2.3* 48.47 = 111.481 vg/p = 1.86 vg/s.
Momen động cơ thuỷ lực
Chọn áp suất làm việc của động cơ ΔP=0.9Pđm.4MPa
Lưu lương riêng của động cơ: Qr=Mđc/ΔP=6.5*10^-
Ta sử dụng 1 động cơ để xoay toa.
Dựa vào Momen, lưu lượng, áp suất đã tính của động cơ, chọn Mô tơ thủy lực Piston hướng kính AMT810 trên amech.vn
Lưu lượng riêng: 810 cm 3 /vg
Tốc độ làm việc: 260 vg/p Áp suất làm việc lớn nhất: 200 bar
Lưu lượng thực của động cơ
Công suất trên động cơ thuỷ lực:
TÍNH CHỌN BƠM TRÊN MẠCH THỦY
Tính chọn bơm trên mạch chân chống
Với lưu lượng làm việc QG.12 l/p= 7.85*10 -4 m 3 /s và áp suất làm việc 15.3 MPa Tính toán đường ống thủy lực:
- Đường kính đường ống hút: d 1 = √ 4 ∗ Q Σ = √ 4∗7.85∗10−4 =0.03 m π ¿ v 1 3,14∗1
- Tổn thất dọc đường ống hút:
+ Xác định trạng thái dòng chảy:
+ Hệ số ma sát dọc đường 1 :
- Đường kính đường ống đẩy:
- Tổn thất dọc đường ống đẩy:
+ Xác định trạng thái dòng chảy:
+ Hệ số ma sát dọc đường 1 : λ 2 = 64
- Đường kính đường ống hồi: d 3 = √ 4 Q Σ = √ 4 ∗ 7.85 ∗ 10−4 =0.03 m π v 2 3,14∗1
- Tổn thất dọc đường ống hồi:
+ Xác định trạng thái dòng chảy:
+ Hệ số ma sát dọc đường 1 :
- Tổng tổn thất thất của cơ cấu piston xy lanh nâng hạ cần lồng: p = p 1 + p 2 + p 3 + p c = 0.862+0.23+0.862+0.458 = 2.412
Mpa - Áp suất bơm cần cung cấp cho hệ thống:
- Lưu lượng làm việc: Q b = Q lv η Q
Trong đó: Q lv : Lưu lượng làm việc của bơm Q lv = 7.85*10 -4 m 3 /s η Q : Hiệu suất lưu lượng của bơm, đối với bơm piston bánh răng
W - Công suất trên trục bơm:
- Với áp suất và lưu lượng ta chọn bơm thủy lực bánh răng
20cc Lưu lượng riêng: 20 cm3/vg
Tốc độ làm việc lớn nhất: 3200 vg/p Áp suất làm việc max: 270bar
Tính chọn bơm trên mạch nâng hạ cần và ống lồng
Với lưu lượng làm việc Q = v*A= 0.034*1+0.03*1=0.064 m 3 /phút = 1.07*10 -3 m 3 /s
Tính toán đường ống thủy lực:
- Đường kính đường ống hút: d 1 = √ 4 Q Σ = √ 4∗1.07∗10−3 =0.037 m π v 1 3,14∗1
- Tổn thất dọc đường ống hút:
+ Xác định trạng thái dòng chảy:
+ Hệ số ma sát dọc đường 1 : λ 1 =64
- Đường kính đường ống đẩy: d 2 = √ 4 Q Σ = √ 4∗1.07∗10−3 =0.015m π v 2 3,14∗6
- Tổn thất dọc đường ống đẩy:
+ Xác định trạng thái dòng chảy:
2 số ma sát dọc đường 1 : λ 2 = ℜ 2
- Đường kính đường ống hồi: d 3 = √ 4 Q Σ = √ 4 ∗ 1.07 ∗ 10−3 =0.037 m π v 2 3,14∗1
- Tổn thất dọc đường ống hồi:
+ Xác định trạng thái dòng chảy:
+ Hệ số ma sát dọc đường 1 : λ 3 =64
4 Tổn thất cục bộ pc=ξ ρ v 2 2
2 Trong đó: 1 : Tổn thất qua van phân phối (chọn 1 =3) (trang 27-TL3)
2: Tổn thất qua van tác động khóa lẫn (chọn 3 =2)
- Tổng tổn thất thất của cơ cấu piston xy lanh nâng hạ cần lồng: p = p 1 + p 2 + p 3 + p c = 0.56+0.2+0.56+0.0348 = 1.3548 Mpa
- Áp suất bơm cần cung cấp cho hệ thống:
Q lv : Lưu lượng làm việc của bơm Q lv = 1.07*10 -3 m 3 /s η Q : Hiệu suất lưu lượng của bơm, đối với bơm piston bánh răng Q = 0,76 0,88 (chọn Q
W - Công suất trên trục bơm:
- Với áp suất và lưu lượng ta chọn bơm thủy lực bánh răng
25cc Lưu lượng riêng: 25 cm3/vg
Tốc độ làm việc lớn nhất: 3000 vg/p Áp suất làm việc max: 200bar