Đồ án môn học truyền động thủy khí động lực tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của cần trục thủy lực ống lồng di chuyển bánh lốp

Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của cần trục thủy lực ống lồng di chuyển bánh lốp có các thông số kỹ thuật sau: - Áp suất làm việc của dầu: p = 32 Mpa, - Tải trọng hàng

NHIỆM VỤ

Đồ án truyền động thủy khí động lực

Họ và tên sinh viên/lớp/mã số sv:

HUỲNH CÔNG CHÂU NGUYÊN / 17C4C / 103170141

Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của cần trục thủy lực ống lồng di chuyển bánh lốp có các thông số kỹ thuật sau:

- Áp suất làm việc của dầu: p = 32 Mpa,

- Tải trọng hàng nâng: G= 40 tấn

Nội dung:

 Xác định nhiệm vụ đồ án môn học theo công việc của máy

 Xây dựng sơ đồ truyền động thủy lực

 Tính chọn các thông số cơ bản cho hệ thống

 Tính chọn các phần tử chính bơm, động cơ thủy lực, chất lỏng, đường ống

1 bản vẽ A3 sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực

1 bản vẽ A3 phần tử thủy lực có kích thước thiết kế

1 bản thuyết minh và tính toán 20 ÷ 30 trang giấy A4

MỤC LỤC

Nhiệm vụ 1

Mục lục 2

Tài liệu tham khảo 4

Lời nói đầu 5

1 Tổng quan về máy mẫu 6

1.1 Giới thiệu chung về cần trục ống lồng bánh lốp 6

1.2 Các thông số tính toán 7

1.2.1 Thông số kỹ thuật phần Cần trục ống lồng bánh lốp 7

1.2.2 Thông số kỹ thuật phần Xe mẫu 8

2 Xây dựng sơ đồ truyền động thủy lực 8

2.1 Sơ đồ thủy lực mạch thiết kế 8

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 9

3 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực 10

3.1 Tính toán cho động cơ kéo tời 10

3.2 Tính chọn Động cơ thủy lực 12

3.21 Lực và momen tác dụng lên động cơ thủy lực 12

3.22 Các thông số làm việc cơ bản của động cơ thủy lực 15

3.3 Tính chọn Bơm 17

3.31 Tính toán ống dẫn 18

3.32 Các thông số làm việc cơ bản của Bơm 21

4 Tính toán thiết kế van an toàn 23

4.1 Tính chọn van an toàn 23

4.2 Nguyên lý hoạt động của van an toàn 23

4.3 Ưu nhược điểm của van an toàn 26

5 Các phần tử thủy lực trong hệ thống 26

5.1 Thùng chứa dầu 27

5.2 Bộ lọc dầu 28

5.3 Van phân phối 4/3 điều khiển bằng điện 29

5.4 Van tác dụng khóa lẫn 30

5.5 Van một chiều 30

5.6 Van an toàn 30

5.7 Van tiết lưu điều chỉnh được 31

6 Đánh giá tính kinh tế - kỹ thuật của thiết kế 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1 Hoàng Thị Bích Ngọc - Máy thủy lực thể tích -NXB khoa học và kỹ thuật

Hà Nội–2000

2 Ngô Vi Châu - Nguyễn Phước Hoàng - Vũ Duy Quang - Nguyễn Huy Chi -

Võ Sỹ Quỳnh - Lê Danh Liêm, Bài tập Thủy lực và Máy thủy lực, Nhà xuất

bản Đại Học và Trung Học Chuyên Nghiệp, Hà Nội 1972

3 Tính toán máy trục (NXB Khoa Học Kỹ Thuật 1975) - Huỳnh Văn Hoàng,

4 Giáo trình hệ thống truyền động thủy khí – Trần Xuân Tùy, Trần Minh

Chính, Trần Ngọc Hải – ĐÀ NẴNG-2005

5 Trần Doãn Đỉnh, Nguyễn Ngọc Lê, Phạm Xuân Mão, Nguyễn Thế Thưởng,

Đổ Văn Thi, Hà Văn Vui - Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy – NXB

khoa học và kỹ thuật, Hà Nội – 2002

6 Link chọn bơm: standard-high-pressure-two-stage-hydraulic-pump-axial-flow-pump-pv016-pv020-pv023.html

http://vietnamese.orbit-hydraulicmotor.com/sale-10164380-7 TCVN 2014-77

8 TCVN 2019-77

9 Hệ thống điều khiển bằng thủy lực – Nguyễn Ngọc phương, Huỳnh

Nguyễn Hoàng- nhà xuất bản giáo dục

10 Catalog xe LIEBHERR LTM1040-2.1 đường link:

https://www.liebherr.com

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển mạnh

mẽ, đặc biệt là từ khi nước ta gia nhập WTO, hàng hóa nhập vào và xuất ra càng nhiều,yêu cầu thiết bị vận chuyển bốc xếp chuyên dụng càng cao Để đảm nhận việc đó chủ yếu là các cần trục ôtô

Quá trình làm việc của cần trục thường được dẫn động bởi hệ thống thủy lực Vì vậy, việc tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của hệ thống thủy lực trên cần trục, để

từ đó có phương án sữa chửa, bảo dưỡng được dễ dàng

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn

ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án môn học không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn T.S Lê Minh Đức, Thầy (cô) giáo trong bộ môn và các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà nẵng, ngày 1 tháng 5 năm 2020 Sinh viên thực hiện

1 TỔNG QUAN VỀ MÁY MẪU: LIEBHERR LTM-1040-2.1.

1.1 Giới thiệu chung về cần trục ống lồng bánh lốp:

Cần trục LIEBHERR LTM-1040-2.1 có những cơ cấu và kết cấu chịu tải của nó được đặt trên khung của xe

Cần trục LIEBHERR LTM-1040-2.1 được sử dụng khá rộng rãi trong cơ giới hóa Thường ta thấy được sử dụng nhiều ở các công trường, bến tàu

Đối với cần trục ta khảo sát được đặt trên khung của xe cẩu LIEBHERR 1040-2.1 với sơ đồ như hình dưới:

LTM-Hình 1.1: Kết cấu chung xe cẩu LIEBHERR LTM-1040-2.1

1: Móc hàng – 2: Dây cáp - 3: Xylanh Ống lồng – 4: Xylanh Nâng hạ – 5: Cơ cấu quay –

6: Tang tời– 7: Xylanh Chân chống.

Cần trục bánh lốp gồm các bộ phận:

+ Móc hàng: Dùng để móc, giữ vật

+ Dây cáp: Có tác dụng nâng hạ vật

+ Cần cấu tạo: Là dàn không gian với các đoạn cần trung gian để thay đổi chiều dài.

+ Hệ thống nâng cần: Giúp cần lồng có thể nâng hạ hàng theo phương thẳng đứng

+ Chân tựa: Để cố định máy tạo sự cân bằng khi cần trục nâng hàng

+ Thiết bị tựa quay: Để có thể đưa hàng tới những vị trí có cùng vị trí tầm với nhưng ởcác phương khác nhau

+ Buồng lái: Bao gồm người điều khiển cho tới các hệ thống tác dụng lên cơ cấu

9 / 5 7,4 / 6

Cơ cấu cần Tốc độ duỗi hết cần chínhSố đốt m/ s 0,37694

Tốc độ nâng cần Độ/ s 1,8

Cơ cấu tời Tốc độ dây cápLoại dây m/ phF x m 13mm / 165m0-120

Góc quay Độ Toàn vòng 360oTốc độ quay V/ph 0-2,5

giữ lò xoChân chống Loại

Trước Thuỷ lựcSau Thuỷ lựcKhoảng duỗi chân chống max m 6

Hệ thống thủy

1 bơm biến thiên hướngtrục và bánh răng, thủylực mở mạnh với cảmbiến điện tử

Trục Mặt trước Trục hành tinh có khóa visai, có thể lái được

Mặt sau Trục hành tinh có khóa visai, có thể lái được

Loại động cơ 4 kỳ, 6 xi lanh thẳng hàng, tăng áp

Phanh trước /Dẫn động : Phanh đĩa /khí nén

Phanh sau /Dẫn động : Phanh đĩa /khí nén

Phanh tay /Dẫn động : Tác động lên bánh xe 2 trục

2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC.

2.1 Sơ đồ mạch thủy lực thiết kế hệ thống:

Hình 2.1: Sơ đồ của mạch thủy lực

1: Động cơ dẫn động bơm - 2: Bầu lọc - 3: Bơm thủy lực piston roto hướng trục - 4: thùng dầu - 5: Van an toàn - 6: Van khóa lẫn - 7: - 8: Van phân phối 4/3 - 9: Bộ ổn tốc - 10: Bộ

làm mát - 11: Van 1 chiều - 12: Đồng hồ áp suất.

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực:

Khi làm việc ở chế độ nâng hàng, cơ cấu phân phối được đẩy ở vị trí (I) Dầu từthùng chứa được hút lên nhờ bơm, cung cấp dòng dầu làm việc áp suất cao đi qua vanmột chiều, qua cơ cấu phân phối đến động cơ thủy lực kéo tời nâng hàn

Ngược lại, khi làm việc ở chế độ hạ hàng, cơ cấu phân phối được đẩy ở vị trí(III) Dầu từ thùng chứa được hút lên nhờ bơm, cung cấp dòng dầu làm việc áp suấtcao đi qua van một chiều, qua cơ cấu phân phối đến động cơ thủy lực kéo tời nânghàng

Khi đẩy van phân phối sang vị trí (II) thì dầu đi từ thùng chứa được hút lên nhờbơm, cung cấp dòng dầu làm việc áp suất cao đi qua van một chiều và qua van an toànrồi về lại thùng, dầu không cung cấp đến động cơ thủy lực

Dầu hồi chảy trong đường ống hồi dầu, qua các van tiết lưu, qua bộ làm mát vềthùng chứa Ở đây ta dùng bộ điều tốc và đặt ở lối ra động cơ thủy lực để điều chỉnhvận tốc của động cơ thủy lực, và van khóa lẫn đễ giữ đứng nguyên động cơ thủy lựckhi không có dòng dầu làm việc đi

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

3.1 Tính toán sơ bộ cho động cơ tời:

Theo máy mẫu thì góc làm việc của cần trục là (R = ) Và cần trục nâng tối đa 40 tấn ở góc α=580 và độ dài trục không duỗi ra Để tính các thông số cần thiết cho động cơ tời, ta xét trường hợp nâng hàng khi cần trục đang làm việc ở góc α=580, với độ cao cao nhất lúc đấy xe có thể nâng hàng lên là 9 m

Dựa vào catalog xe liebherr LTM-1040-2.1, ta có được sơ đồ phân bố lực căn dâytrên dây cáp của xe:

Để kéo hàng lên độ cao H = 9 m, thì phải mất chiều dài ( l ) cáp nâng.

Vì palăng dùng hệ 2 ròng rọc kép để nâng hàng nên sẽ giảm được 4 lần tải trọng ngoài tác dụng nhưng lại thiệt về 4 lần đường đi kéo vật

Dt là đường kính tang tời kéo cáp nâng hạ hàng:

Mt = T1.Rt

Với T1 - Lực căng dây khi kéo cáp nâng hạ hàng tác động lên tang

Td - Lực căng dây khi kéo cáp nâng hạ hàng

F - Tải trọng nâng

Rt – Bán kính tang tời

Vậy: Mt = T1.Dt/2 = 98100.0,32/2 = 15696 Nm

 Áp suất làm việc không phụ thuộc vào lưu lượng và số vòng quay

 Dễ dàng điều chỉnh lưu lượng khi áp suất và số vòng quay không đổi

 Hiệu suất cao (tổn thất do cơ khí nhỏ, tổn thất rò rỉ ít)  = 0,96 - 0,98, hiệu suất làm việc của máy ɳ = 0,95

 Việc đưa chất lỏng vào ra khỏi xylanh thực hiện thông qua đĩa phân phối.

3.21) Lực và momen tác dụng lên động cơ thủy lực:

- Xét động cơ đang thực hiện quá trình kéo hạ hàng thì tải trọng tác dụng lên trụcđộng cơ một lực và momen tương ứng, trong động cơ áp suất chất lỏng tác dụng lênpiston làm đầu piston tỳ vào đĩa nghiêng sinh ra momen làm roto quay

Gọi F là áp lực chất lỏng tác dụng lên piston:

Trong đó: p là áp suất dầu trong xilanh động cơ piston

D là đường kính xilanh động cơ piston roto

Q A 0 x

x

y

F N F

T A Qn

Q

y

y Rx

Hình (3.41) [ TL1]

Áp lực chất lỏng F thông qua đầu piston tác dụng lên đĩa nghiêng và phân thành 2

lực N và Q theo các phương như hình đã vẽ ( Công thức 3.66 [ TL1] )

N = F.cos : Thẳng góc với mặt phẳng đĩa

Q = F.sin : Nằm trong mặt phẳng đĩa và song song với trục x

Lực Q trong mặt phẳng đĩa nghiêng được phân thành lực vòng T và một lực hướng tâm Qn Lực vòng T này sẽ tạo nên momen quay trên trục động cơ kéo tời

T = Q.sin ( Công thức 3.67 [ TL1] )

Qn = Q.cos

Momen do lực T tạo ra trên trục ( tính cho một piston) ( Công thức 3.68 [TL1] )

M = T.Rx = Q.sin Rx = Rx.F.sin.sin

Trong đó: Rx:Bán kính của mặt trụ phân bố các trục xilanh

: Tổng của momen do các piston trong khu vực có áp suất tác dụng gây ra: (Công thức 3.70 [TL1] )

Với: m: số xilanh của động cơ thủy lực

Mdc: Momen động cơ thủy lực

Momen động cơ thủy lực bao gồm (Ma, Mn, Mms)

Momen do lực quán tính:

Ma = J (Nm) ( Công thức 5.28 [TL4])

Trong đó:

J - Momen quán tính khối lượng trên trục động cơ dầu, kgm2

- Gia tốc góc của trục động cơ, rad/s2

Vì trong quá trình nâng hàng vận tốc góc của động cơ dầu thay đổi rất nhỏ nên

sẽ rất nhỏ do đó Ma sẽ rất nhỏ, để đơn giản quá trình tính toán ta bỏ qua Ma

Do ma sát giữa xilanh và piston trong động cơ piston roto hướng trục là ma sát ướt nên momen ma sát ướt Mms thường bằng 10% Mt (bảng 1-9;1-10[TL3])

M = 10%.M = 0,1.M (Nm)

Momen do tải trọng ngoài Mn tác dụng lên trục động cơ, giả sử tang tời được nối với động cơ thủy lực thông qua khớp nối thì:

Mn = Mt = 15696 (Nm)

Momen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục động cơ thủy lực:

Mdc = Ma + Mms + Mn (công thức 5.29[TL4])

= 0 + 0,1 15696+ 15696=17265,6 (Nm)Theo quá trình tính toán ở trên ta có các thông số làm việc của động cơ thủy lực như sau:

 Momen động cơ thủy lực: Mdc = 17265,6 (Nm)

 Số vòng quay của động cơ: ndc = 19,8 (vg/ph)

 Áp suất chất lỏng làm việc đề cho: p = 32 (MPa)

 Hiệu suất của bơm và động cơ thủy lực như nhau ([TL1])

Qb = Qdc = 0,98(0,93-:-0,99) ckb = ckdc = 0,95 (0,93-:-0,97) tlb = tldc = 1

Trong đó: Q: Hiệu suất lưu lượng

ck: Hiệu suất cơ khí

tl: Hiệu suất thủy lực

3.22) Các thông số làm việc cơ bản của động cơ thủy lực:

Momen quay lý thuyết của động cơ thủy lực là:

(Nm) ( Áp dụng công thức trang 255 [ TL2 ]) Lưu lượng riêng lý thuyết của động cơ thủy lực là:

Ta có:

= 3,56.10-3 (m3/vg) (Áp dụng công thức trang 257 [ TL2 ])Lưu lượng lý thuyết của động cơ thủy lực

Qltdc = qltdc ndc = 3,56.10-3 19,8

= 0,0705 m3/ph = 1,175.10-3 (m3/s)Lưu lượng thực của động cơ thủy lực bằng lưu lượng thực bơm cung cấp:

Công suất thủy lực:

Ntl = p.Qdc = 32.106.1,2.10-3 = 38400 ( W) = 38,4 (kW)Công suất trên trục động cơ thủy lực là:

N = Ntl.ck.Q= 38,4.0,95.0,98 = 35,75 (kW) Các kích thước cơ bản của động cơ thủy lực:

z - Số xilanh của động cơ thủy lực, chọn z = 11 nên m = 4,5

- Góc nghiêng của đĩa, ta lấy max = 200 (trang 170 [ TL1])

Sở dĩ phải hạn chế góc không quá lớn vì tăng góc hành trình của các piston sẽ

tăng, nhưng lực tác dụng lên các chi tiết cũng tăng ảnh hưởng đến độ bền các chi tiết

Dr

b a 6 A

7 8

Sơ đồ tính toán các kích thước của động cơ thủy lực

1- Đĩa nghiêng 2- Stato 3- Lò xo 4- Nắp cố định 5- Các rãnh vòng cung.6- Gờ ngăn cách giữa hai rãnh vòng cung 7- Piston 8- Rôto

Đường kính d được xác định, lấy tròn theo tiêu chuẩn, sau đó xác định các kích thước của động cơ thủy lực

Đường kính piston: (Công thức trang 256 [TL2])

m: Số xilanh của bơm thủy lực

Ta chọn bơm piston roto hướng trục có thể tạo ra một momen Mltb lớn nhất phù hợp với yêu cầu của động cơ thủy lực nên:

Mltb = Mltdc = (Nm)

Nếu bỏ qua tổn thất trên đường ống và tại các van nên lưu lượng thực của động cơchính là lưu lượng thực của bơm

Qdc = Qb = 1,2.10-3 ( m3/s)Thực tế trong tính toán thiết kế khi hệ thống làm việc thì phải kể đến sự rò rỉ dầu trong hệthống thông qua hiệu suất thể tích, tổn thất công suất thông qua hiệu suất cơ khí, nên ta cólưu lượng cần thiết của bơm theo hiệu suất thủy lực của bơm là :

Trong đó: p: Áp suất của dầu làm việc trong hệ thống (theo đề cho p = 32 MPa)

p: Tổn thất áp suất trên đường ống nén, đây là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ dầu và xilanh

truyền lực)

Giả sử dòng chất lỏng chảy trong ống là ổn định thì tổn thất gây ra trong hệ thống thủy lựcgồm có hai loại: tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

Để tính tổn thất áp suất trong quá trình làm việc đầu tiên ta cần xác định đường kính ống

và trạng thái dòng chảy ở từng đoạn ống

3.31) Tính toán ống dẫn:

Ta phải dựa vào các thông số về đặc tính của bơm và các đặc điểm thủy lựcđường ống Ống dẫn phải là loại đường ống được dùng trong điều khiển thủy lực làphổ biến, có thể chịu được va đập và nhiệt độ cao thường được làm bằng đồng, thép,vải cao su Để giảm tổn thất thủy lực ta cần thiết kế đường ống có chiều dài ngắn nhất

có thể, ít bị uốn, ít bị gấp khúc và ít bị giảm tiết diện

Áp suất làm việc của hệ thống thủy lực là p = 32 MPa, ta chọn dầu công nghiệp 50 có

độ nhớt động học v = 58.10-6 m2/s, khối lượng riêng = 930 kg/m3

(Bảng 2.2[TL5])

Lưu lượng dòng chảy trong ống: Q, m3/s

Q = Trong đó:

v- vận tốc dòng chảy trong ống, (m/s)Suy ra: d =

Xác định đường kính trong của ống hút, chọn = 1,5 (m/s) (trang 84[ TL4])

d1 = = = 0,0326 (m) ≈ 33 (mm)

Xác định trạng thái dòng chảy trong đoạn ống này:

Re1 = = = 853,5 (Công thức 3.4 [TL5])

Với độ nhớt động học của dầu công nghiệp 50 là v = 58.10-6 (m2/s)

Vì Re1 = 853,5 < 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng

Hệ số ma sát dọc đường 1 trên đường ống này là:

1 = = = 0,075 ( Công thức 3.12 [ TL5 )

Xác định đường kính trong của ống nén, ta chọn v2 = 6 (m/s) (trang 84[ TL4])

d2 = = = 0,0163 m ≈17 (mm)Xác định trạng thái dòng chảy trong đoạn ống này:

Re2 = = = 1758,6 (Công thức 3.4 [ TL5])

Với độ nhớt động học của dầu công nghiệp 50 là v = 58.10-6 (m2/s)

Vì Re2 = 1758,6 < 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng

Hệ số ma sát dọc đường 2 trên đường ống này là: