Đồ án truyền động thủy khí tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của xe nâng hàng tự hành

Khi hạ khung chỉ cần xả dầu trong các xi lanh thủy lực do trọng lượng bản thânkhung hàng sẽ tự động được hạ xuống.Khi bốc hàng xong để tránh cho hàng khỏi ngã đỗ về phía trước ta sẽ dùng

MỤC LỤC

MỤC LỤC……… . 01

LỜI NÓI ĐẦU……… 02

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ XE NÂNG TỰ HÀNH………. 03

1 Công dụng và phân loại……… 03

2 Cấu tạo chung trên xe nâng tự hành……… 04

PHẦN 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC……… 05

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THỦY LỰC VÀ TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG… 07

1 Thông số chọn ……… 07

2 Tính chọn xy lanh thủy lực ……… 07

3 Tính chọn bơm ……… 09

4 Tính toán ống dẫn ……… 11

5 Chọn bơm ……… 15

6 Tính toán thiết kế van an toàn (chi tiết chọn thiết kế) … 16

7 Các phần tử thủy lực sử dụng trong hệ thống ………… 18

8 Các van sử dụng trong hệ thống ……… 22

PHẦN 4: ĐÁNG GIÁ TÍNH KINH TẾ -KỸ THUẬT CỦA THIẾT KẾ ……… 25

Tài liệu tham khảo ……… 26

Catalog ………

Các bản vẽ ………

LỜI NÓI ĐẦU

Sau khi hoàn thành các môn học lý thuyết thủy khí, máy thủy khí và truyền độngthủy khí động lực Sinh viên sẽ bước sang giai đoạn làm đồ án truyền động thủy khí

Đề tài của em là “Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực của xe nâng hàng tựhành” Hiện nay việc xếp dỡ hàng hóa ở các kho hàng, bến cảng thì phải làm sao vậnchuyển được hàng hóa được nhanh chóng nhằm giải phóng măt bằng, bảo vệ đượchàng hóa Để làm được điều này ta phải sử dụng các máy móc chuyên dùng để vậnchuyển như cần trục, xe nâng, máy nâng chuyển… Tuy mỗi loại máy có những ưunhược điểm riêng về khả năng xếp dỡ, nhưng với xe nâng thì nó rất hợp cho việc xếp

dỡ hàng hóa ở các kho bãi vì tính cơ động cao, dễ điều khiển, mức độ an toàn lại cao.Giúp tăng hiệu quả lao động

Hệ thống truyền động thủy lực trong máy là quan trọng nhất nó đảm bảo cộng táclàm việc chính Do đó tính toán, thiết kế hệ thống thủy lực củng như bảo trì hệ thốngtrong quá trình sản xuất là một việc quan trọng và không kém phần khó khăn Vì vậytrong quá trình làm đồ án không tránh khỏi sai sót

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn và đặt biệt là thầy Lê MinhĐức đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em mong được sự chỉ bảocủa thầy đọc duyệt cũng như thầy hướng dẫn để thuyết minh này được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, ngày 01 tháng 08 năm 2019 Sinh viên thực hiện

La Văn Phương

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ XE NÂNG HÀNG TỰ HÀNH

1 Công dụng và phân loại

Xe nâng tự hành là một trường hợp riêng của máy trục vận chuyển, nó dùng đểnâng chuyển xếp dỡ hàng kiện, hàng rời, hàng cuộn (giấy), hàng bó (sắt thép) ở cáckho bãi một cách nhanh chóng nhằm giải phóng mặt bằng, tạo điều kiện cho cácphương tiện cùng kết hợp: xe cẩu, xe chuyển dỡ… đồng thời bảo quảng được hàng hóatránh nắng mưa Đặt biệt ở các kho xe có khả năng di chuyển linh hoạt do đó năng suấtxếp dỡ cao

Trong công tác xếp dỡ người ta thường sử dụng xe nâng tự hành có hai nguồnđộng lực chính điện, động cơ đốt trong, bộ phận nâng hạ sử dụng chủ yếu là hệ thốngtruyền động thủy lực có kết cấu nhỏ gọn và nâng được hàng có tải trọng lớn Bộ phận

di chuyển có kết cấu kiểu ô tô với kích thước nhỏ do đó dễ sử dụng và di chuyển

Hình 1: Xe nâng hàng tự hành

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng chế tạo xe nâng tự hành như: Komatsu,Toyota, Nissan, Hyster với nhiều chủng loại khác nhau Người ta phân loại xe nâng tựhành theo các cách sau:

- Nâng hạ bằng cáp (Cơ khí), nâng hạ bằng thủy lực

- Nguồn động lực dùng động cơ điện (ắc-quy), động cơ đốt trong (diezel, xăng)

- Có khung nâng bố trí học xe hay ngang xe

- Phân loại theo tải trọng nâng

- Phân loại theo số khung nâng: hai khung lồng hay 3 khung lồng

Tuy có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng mỗi loại đều có khả năng xếp dỡ một cách kinh tế nhất khi đưa vào khai thác , chế tạo cũng đơn giản, đảm bảo độ bền

và kinh tế tốt nhất

2 Cấu tạo chung trên xe nâng tự hành

Hình 2: Bản vẽ xe nâng hàng tự hành

Khi hạ khung chỉ cần xả dầu trong các xi lanh thủy lực do trọng lượng bản thânkhung hàng sẽ tự động được hạ xuống.

Khi bốc hàng xong để tránh cho hàng khỏi ngã đỗ về phía trước ta sẽ dùng xilanh thủy lực nghiêng khung để đưa hàng phía sau

Bánh xe dẫn hướng đặt phía sau nhằm tránh áp lực do trọng lượng hàng đặt lêntrục

Chú thích sơ đồ hình 3:

1 Thùng dầu

2 Van an toàn

3 Van tiết lưu điều chỉnh được

4 Van phân phối kiểu 4/3

Để tạo ra áp suất làm việc thì bơm hút dầu từ bộ phận cấp dầu (thùng dầu) cho hệthống qua bình lọc dầu Lượng dầu này được đi qua van tiết lưu điều chỉnh được đểđiều chỉnh lưu lượng làm thay đổi tốc độ dầu thích hợp lượng dầu sau khi được điềuchỉnh tốc độ tiếp tục đi qua van phân phối gồm các van đảo chiều rồi qua đường ốngdẫn đi vào các xi lanh thủy lực Trên đường ống có các áp kế để theo dỏi áp suất vàlưu lượng của hệ thống nhằm thay đổi kịp thời khi hệ thống làm việc Trên đường hồidầu của hệ thống có lắp các van một chiều để dầu không bị chạy ngược lại vào hệthống khi quá tải.

Chọn thông số của hệ thống truyền động thủy lực:

Động cơ thủy lực (bộ phận chấp hành): Loại xi lanh lực tác dụng hai chiều, cócần một phía Có hai xi lanh cùng làm việc song song với nhau

Sử dụng loại bơm rô to

Hiệu suất lưu lượng của động cơ: ƞ = 0.97

Hiệu suất lưu lượng của bơm: ƞ = 0.87

Hiệu suất lưu lượng của đường ống: ƞ = 0.92

Hiệu suất cơ khí của động cơ: ƞ = 0.95

Tốc độ nâng của piston: v = 0.47/2 = 0.235 m/s

Hành trình làm việt của piston: h = 1500 mm

2 Tính chọn xi lanh thủy lực

Sơ đồ phân bố áp suất và lực trên xi lanh như hình vẽ:

Trong đó:

Fmsp là lực ma sát giữa piston và xi lanh, lực này là lực ma sát nhớt Chất lỏnglàm việc (dầu) ngoài ra còn nhiệm vụ bôi trơn cho piston và xi lanh

Fmsc là lực ma sát giữa cổ xi lanh và thành cần piston [KN]

F là tải trọng tác dụng lên cần piston (trọng lượng của vật cần nâng) [KN]

P1 là áp suất ở buồng làm việc (bên trái) của xi lanh [Kpa]

P2 la áp suất làm việc ở buồng bên phải [Kpa]

Ta xem hệ thống hồi dầu có tổn thất áp suất là không đáng kể, bề rộng của vanphân phối đủ lơn cho nên áp suất ở buồng làm việc P2 thông với bể chưa Trên sơ đồ

ta sử dụng cặp xi lanh thủy lực đồng tốc (mắc song song) nên khi hệ thống làm việcmỗi xi lanh sẽ chịu ½ tác dụng của tải trọng, ½ lưu lượng đi vào làm việc, nhưng ápsuất ở buồng làm việc là như nhau

Do đó ta có:

Ta có phương trình cân bằng lực trên piston:

(1)S1, S2 diện tích làm việc của mặt piston ở buồng làm việc (trái) và buồng đối(phải)

Hiệu suất cơ khí của động cơ

Trong đó: D, d là đường kính của piston và cần piston Tỷ số d/D được chọn theotiêu chuẩn áp suất làm việc Theo bảng 5 trang 248 TL [2] ta chọn d/D = 0,7

m

= 72,5 mm

d = 72,5.0,7 = 50,8 mmVậy ta chọn đường kính xi lanh và cần piston theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN7969:2008 (ISO 3320 : 1987) về Hệ thống và bộ phận thuỷ lực/khí nén - Đường kính

lỗ xy lanh và cần pittông - Hệ mét:

3 Tính chọn bơm

Sử dụng bơm piston roto hướng trục có kích thước nhỏ gọn, có hiệu suất tốt nhất

so với tất cả các loại bơm khác, và hiệu suất hầu như không phụ thuộc vào tải trọng và

số vòng quay

Tính toán lưu lượng, công suất:

Lưu lượng lý thuyết cho mỗi xy lanh lực chuyển động lên trên với vận tốc trungbình v = 0,235 m/s Bỏ qua rò rỉ trong xy lanh Ta có:

Công suất Lý thuyết của mỗi xy lanh thủy lực là :

Lưu lượng lý thuyết của bơm tối thiểu để cung cấp cho hệ thống :

Tương tự ta có công suất lý thuyết của bơm cung cấp cho hệ thống

Thực tế trong tính toán thiết kế khi hệ thống làm việc thì phải kể đến sự rò rỉ dầutrong hệ thống thông qua hiệu suất thể tích, tổn thất công suất thông qua hiệu suất cơkhí

Do đó lưu lượng cần thiết của bơm cung cấp cho hệ thống là :

Với : là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của hệ thống

là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của động cơ thuỷ lực

là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của bơm

là hiệu suất lưu lượng (thể tích) của hệ thống đường ống

=>

Tương tự ta có công suất cần thiết của bơm cung cấp cho hệ thống :

Trong đó là hiệu suất cơ khí của bơm.

Ta cần tính áp suất mà bơm phải tạo ra được để có thể đảm bảo cung cấp đủ chođộng cơ làm việc và một số hệ thống khác:

Áp suất của bơm được xác định là:

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 = 16 MPa, ta chọn dầu công nghiệp

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

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

(3.29) trang 31 [1]

Vì Re1 = 1179 < 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng

Hệ số ma sát dọc đường 1 trên đường ống này the công thức 3.12 trang 25 [1] là:

0,054Chiều dày của ống được tính theo công thức :

Với : p áp suất làm viêc của ống N/mm2

d đường kính trong của ống mm chiều dày của ống mm ứng suất bền của ống N/mm2

3034Với độ nhớt động học của dầu công nghiệp 50 là v = 58.10-6 m2/s

Vì Re2 = 3034>2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng

Hệ số ma sát dọc đường 2 trên đường ống này the công thức 3.18 trang 26 [1] là:

0,043Chiều dày của ống được tính theo công thức :

Với :p áp suất làm viêc của ống N/mm2

d đường kính trong của ống mm

Vì Re3 = 1179 < 2320 do đó dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng

Hệ số ma sát dọc đường 3 trên đường ống này the công thức 3.12 trang 25 [1] là:

0,042Chiều dày của ống được tính theo công thức :

Với : p áp suất làm viêc của ống N/mm2

d đường kính trong của ống mm chiều dày của ống mm

ứng suất bền của ống N/mm2

3.52 mm

Tổn thất toàn bộ trên đường ống nén bơm đến động cơ thủy lực :

- Tổn thất dọc đường: là tổn thất xảy ra trên đường di chuyển của chất lỏng, chủyếu là do ma sát Ta có công thức tính tổn thất áp suất dọc đường của dòng chất lỏng:

N/m2 (3.14) trang 25 [1]

- Tổn thất cục bộ: là tổn thất xảy ra khi dòng chất lỏng chảy qua các thiết bị thủylực, như là khóa van hoặc do biến dạng hay thay đổi hướng vận tốc của dòng chảy tổnthất này được tính như sau:

Các hệ số tổn thất sau được chọn ở tài liệu [1]

ξ hệ số tổn thất cục bộ, được xác định theo thiết bị

Van tiết lưu : ξ = 3

Các ống nối thẳng: ξ = 0,1 – 0,15

Đầu nối với góc ngoặc 900: ξ = 1,5 – 2

Van phân phối: ξ = 2 – 4

đường kính trong của ống nén d2 = 0,022 m; hệ số tổn thất cục bộ tại đầu nối thẳng =1,5 và đầu nối với góc ngoặc 900: = 1,5; 2 = 0,043; v2 = 8 m/s

Lưu lượng riêng : q = 80 (vòng / )

Áp suất dầu ra khỏi bơm danh nghĩa : P = 35 Mpa

Hình 4 : Kết cấu của bơm piston hướng tâm

6 Tính toán thiết kế van an toàn (Chi tiết chọn thiết kế)

a Tính chọn van an toàn

Hình 5: Sơ đồ kết cấu van an toàn kiểu piston tác động trực tiếp

1-Vỏ van an toàn ; 2- Đường dầu vào; 3- Lỗ giảm chấn; 4- piston;

5- Đường dầu ra; 6- lò xo ; 7- vít điều chỉnh

Với chế độ làm việc bình thường của hệ thống (chế độ toàn tải):

- Áp suất đầu vào ở cửa van là P1 = 16,5 Mpa = 1,65.104 kN/m2

- Áp suất đầu ra ở cửa van: do cửa ra nối thông với thùng chứa dầu thông với khí trời ta tính trên nền áp suất dư Pr= 0

Ta có phương trình cân bằng lực: (bỏ qua ma sát và trọng lượng của piston)

(1)Trong đó: P1 Áp suất đầu ra ở cửa van

A Diện tích tác động của pistonFtx Lực lò xo

C Độ cứng của lò xox0 Biến dạng của lò xo để tạo lực căng ban đầuChọn đường kính của piston d = 10mm

Từ (1) suy ra

= > 1296 N (2)

Với chế độ làm việc quá tải của hệ thống:

- Áp suất đầu vào ở cửa van là P2 = 1,03.P1 = 1,03 16,5 = 17Mpa =1,7.104 kN/m2

- Áp suất đầu ra ở cửa van: do cửa ra nối thông vói bên ngoài nên ta tính trênnền áp suất dư Pr = 0

Ta có phương trình cân bằng lực: (bỏ qua ma sát và trọng lượng của piston)

(3)Trong đó: x Biến dạng của lò xo khi làm việc (khi có dầu tràn qua van)

Với đường kính piston đã chọn d = 10 mm, biến dạng lò xo khi làm việc x = 1

- Vì tiết diện A không thay đổi nên áp suất cần điều chỉnh chỉ phụ thuộc vào của lò xo

c Ưu nhược điểm của van an toàn loại piston tác động trực tiếp

- Ưu điểm: Loại van này có độ giảm chấn cao hơn loại van bi, nên nó làm việc

Thùng dầu có nhiệm vụ chính sau:

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảyvề)

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc

- Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc

Hình 6: Kết cấu của bể dầu

1-Động cơ điện; 2- ống nén ; 3- bộ lọc ; 4- phía hút; 5- vách ngăn ; 6- Phía xả ;

7- mắt dầu ; 8- đổ dầu ; 9- ống hồi dầu từ hệ thống

Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc (5) Khi mở động cơ (1), bơmdầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả vềđược cho vào một ngăn khác Dầu thường đổ vào bể qua một cửa (8) bố trí trên nắp bểlọc và ống xả (9) được đặt vào gần sát bể chứa Có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầunhờ mắt dầu (7) Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiểnđảm bảo sạch Sau một thời gian làm việc định kỳ thì bộ lọc phải được tháo ra rữa sạchhoặc thay mới Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta gắn vào một vantràn điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu

Kết cấu và ký hiệu:

Hình 7 : Kết cấu và ký hiệu của bầu lọc dầu

Ở đồ án này sử dụng bộ lọc lá, thủy tinh

Bộ lọc lá là bộ lọc dùng những lá thép mỏng để lọc dầu Đây là loại dùng rộng rãinhất trong hệ thống dầu ép của máy công cụ

Kết cấu của nó như sau: làm nhiệm vụ lọc ở các bộ lọc lá là các lá thép hình tròn

và những lá thép hình sao Nhưng lá thép này được lắp đồng tâm trên trục, tấm nọ trêntấm kia Giữa các cặp lắp chen mảnh thép trên trục có tiết diện vuông

Số lượng lá thép cần thiết phụ thuộc vào lưu lượng cần lọc, nhiều nhất là 1000 ->

1200 lá Tổn thất áp suất lớn nhất là p = 4bar Lưu lượng lọc có thể từ 8 -> 100 l/ph

Bộ lọc lá chủ yếu dùng để lọc thô Ưu điểm lớn nhất của nó là khi tẩy chất bẩn, khỏiphải dùng máy và tháo bộ lọc ra ngoài

Hiện nay phần lớn nguời ta thay vật liệu của các lá thép bằng vật liệu sợi thủytinh, độ bền của các bộ lọc này cao và có khả năng chế tạo dễ dàng, các đặc tính vậtliệu không thay đổi nhiều trong quá trình làm việc do ảnh hưởng về cơ và hóa của dầu

Hình 8: Màng lọc bằng sợi thủy tinh

Để tính toán lưu lượng chảy qua bộ lọc dầu, ng}ời ta dùng công thức tính lưulượng chảy qua lưới lọc:

lít/phútTrong đó:

Tùy thuộc vào đặc điểm của bộ lọc, ta có thể lấy trị số nhu sau:

Tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển, mà ta có thể lắp

bộ lọc dầu theo các vị trí khác nhau nhu sau: Lắp bộ lọc ở đường hút, Lắp bộ lọc ởđuờng nén, Lắp bộ lọc ở đường xả

c Đo áp suất

Đo áp suất bằng áp kế lò xo:

Nguyên lý đo áp suất bằng áp kế lò xo:

Dưới tác dụng của áp lực, lò xo bị biến dạng, qua cơ cấu thanh truyền hay đònbẩy và bánh răng, độ biến dạng của lò xo sẽ chuyển đổi thành giá trị được ghi trên mặthiện số

Hình 9: Áp kế lò xo

8 Các loại van sử dụng trong hệ thống

a Van phân phối solenoid

Cấu tạo của van solenoid gồm các bộ phận chính ở loại điều khiển trực tiếp gồm

có thân van, con trượt và hai nam châm điện Con trượt của van sẽ hoạt động ở haihoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm Có thể gọi van solenoid là loại vanđiều khiển có cấp

Hình 10: Kết cấu và ký hiệu của van solenoid điều khiển trực tiếp

1,2- cuộn dây của nam châm điện; 3,6- vít hiệu chỉnh của lõi sắt từ; 4,5- lò xo

Van phân phối được dùng để phân phối chất lỏng công tác

ở áp suất cao từ bơm thủy lực tới các đường ống khác nhau đến các cơ cấu chấp hành,

vì vậy nhiệm vụ chính của van phân phối dùng có thể đảo chiều chuyển động của cơcấu chấp hành

b Van tiết lưu điều chỉnh được

Kết cấu và ký hiệu: