ĐỀ tài TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY lực dẫn ĐỘNG tời NÂNG hạ HÀNG

Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với nghành nghiên cứu: “Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực dẫn

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG MÁY XÂY DỰNG

2 Tên đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực dẫn động

tời nâng hạ hàng ”

3 Thông số kỹ thuật yêu cầu: Phương án 33

+ Trọng lượng hàng nâng: G = 10 (tấn)

+ Vận tốc nâng hàng: v n = 0,8 (m/s)

+ Đường kính tang tời: D = 400 (mm)

+ Hiệu suất của cụm tời: 𝜂 t = 0,85

+ Hiệu suất của hộp giảm tốc: 𝜂 g = 0,9

+ Tỉ số truyền của hộp giảm tốc: i = 65

4 Thời gian thực hiện

+ Ngày giao:………

+ Ngày hoàn thành:………

GIÁO VIÊN HD

Phạm Như Nam

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Truyền động máy xây dựng là một môn học rất cần

thiết cho sinh viên nghành cơ khí nói chung và ngày máy xây dựng nói riêng

để giải quyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ cơ khí, đọc bản vẽ, chọn, xác định thông số kĩ thuật , … Mục đích là giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức đã học, nghiên cứu và làm quen với công việc,xác định các thông số

kĩ thuật để có thể lựa chọn đc loại máy cơ sở cần thiết phù hợp với nhu cầu sử dụng khi làm việc thực tế hiện nay !

Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện

cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với nghành nghiên cứu: “Tính toán

thiết kế hệ thống truyền động thủy lực dẫn động tời nâng hạ hàng ” Do

lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn có mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng, song bài làm của em không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được ý kiến của thầy cô, giúp em

có được những kiến thức thật cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sản xuất.

Em xin chân thành cảm ơn thầy PHẠM NHƯ NAM đã tận tình hướng dẫn cho em thực hiện đề tài này và tất cả các bạn đã góp ý cho em hoàn thành

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BỘ TỜI NÂNG HÀNG

1.1 Tổng quan về hệ thống truyền động thủy lực dẫn động tời nâng hạ hàng.

1.1.1 Giới thiệu chung về máy tời,truyền động thủy lực.

Thiết bị tời nâng hạ là tên gọi chung cho tất cả các thiết bị và máy móc

mà chúng có khả năng dịch chuyển hay nâng hạ vật nặng từ vị trí này sang vị trí khác Chúng có nhiệm vụ thay thế sức người để nâng hạ di chuyển đồ vật, hàng hóa nặng hoặc cồng kềnh Các thiết bị này được dùng phổ biến và rộng rãi trong công nghiệp vì chúng mang lại năng suất lao động rất cao hơn nữa

lại an toàn trong lao động.

Hình 1.1 Tời thủy lực nâng hạ hàng

Truyền động thuỷ lực là hệ thống thuỷ lực dùng để truyền năng lượng bằng chất lỏng và biến đổi nó thành cơ năng ở đầu ra của hệ thống (năng lượng chuyển động động cơ thuỷ lực) đồng thời thực hiện chức năng điều khiển và điều chỉnh tốc độ của khâu ra.

1.1.2 Công dụng của thiết bị tời nâng hạ hàng

+ Giúp con người không tốn quá nhiều công sức khi đưa nguyên vật liệu lên cao

+ Tiết kiệm thời gian thi công + Tiết kiệm chi phí thuê nhân công cho các chủ đầu tư + Mang lại kết quả làm việc cao

+ An toàn cho người lao động

1.1.3 Phân loại tời

Hiện nay máy tời rất đa dạng về mẫu mã chủng loại phù hợp với từng mục đích sử dụng Có các cách phân loại máy tời sau đây:

- Phân loại dựa vào nguồn dẫn động, tời được chia làm hai loại: tời dẫn động tay (h.1.2a) và tời dẫn động máy(h.1.2b).

+ Tời dẫn động tay thường được thiết kế với lức kéo của cáp 5-80kN

và dung lượng cáp trên tang 50-200m và thường được sử dụng trong các công trình nhỏ

Hình 1.2 Các loại máy tời dựa vào nguồn dẫn động

+ Tời dẫn động máy được sử dụng phổ biến hơn nhiều vì hiệu suất máy keo đem lại hiệu quả hơn, ổn định hơn nhiều

Phân loại dựa theo số tang: Tời 1 tang (h.1.3a) và tời nhiều tang (h.1.3b).

a) b)

Hình 1.3 Các loại máy tời dựa theo số tang

- Phân loại dựa theo nguồn động lực:

Hình 1.4 Tời điện Hình 1.5 Tời cơ khí Hình 1.6 Tời thủy

lực

- Phân loại dựa theo công dụng: có 3 loại là tời nâng, tời kéo, tời cơ cấu

quay Trong các loại này thì tời kéo và tời nâng là được sử dụng nhiều nhất trong các công trình xây dựng.

- Phân loại theo tốc độ: một tốc hay nhiều tốc, đảo chiều Trong đó máy tời điện kio winch đảo chiều hay còn gọi là tời điện thuận nghịch là loại máy tời phổ biến nhất.

Hình 1.7 Tời điện thuận nghịch

1.1.4 Cấu tạo tời nâng hạ

Máy tời có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau Tuy nhiên, về cấu tạo tời hầu hết các model tời trên thị trường hiện nay thường có cấu tạo bao gồm các bộ phận dưới đây:

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo tời nâng hạ hàng

1 Tang tời; 2 Hộp giảm tốc; 3 Động cơ; 4 Khớp nối;

5 Puly (ròng rọc); 6 Móc treo hàng

- Thiết bị truyền lực (5): Động cơ điện (với tời điện) hoặc động cơ thủy lực đối với tời thủy lực, động cơ khí nén đối với tời khí nén.

- Hộp giảm tốc (2): Có tác dụng giảm tốc và tăng tải cho động cơ.

- Phanh hãm: Có tác dụng đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng vận hành tời điện

- Tang cuốn cáp (1): Bộ phận quan trọng của tời điện có chức năng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến để nâng hoặc hạ vật thể từ vị trí này sang vị trí khác.

- Dây cáp kéo (Chão thép): Dùng để nâng và kéo vật thể thông qua sức căng.

- Thiết bị điều khiển tời kéo có 4 chức năng cơ bản là Nâng – Hạ – Tiến – Lùi.

Trong đó, phanh là một bộ phận rất quan trọng trong cấu tạo tời nâng

hàng, phanh an toàn giúp cho tời có thể ngừng hoạt động chỉ bằng 1 nút nhấn Trong trường hợp cúp điện bất ngờ, hệ thống phanh sẽ hoạt động, ngừng máy một cách an toàn, đảm bảo an toàn lao động.

Cấu tạo tời nâng hàng đơn giản, việc sử dụng cũng như sửa chữa, lắp ráp, thay thế các các bộ phận trong sẽ trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết Ngoài

ra, tời nâng hàng được cấu tạo từ các nguyên vật liệu chắc chắn, có độ bền cao

1.1.5 Nguyên lý hoạt động :

Khi ở trạng thái bình thường dây cáp được nhả ra, khi cần số được đẩy theo hướng ngược lại với chiều của dây cáp tang cuốn sẽ quay làm cho dây cáp bị cuốn trở lại tang và kéo các vật thể tới nơi bạn mong muốn (nâng vật không quá chỉ tiêu của tời )

1.2 Tổng quan về hệ thống thủy lực trên máy tời 1.2.1 Khái niệm hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực là dạng truyền động dung dầu thủy lực tạo ra áp lực được sử dụng trong nghành chế tạo máy, cơ giới, hang không, tàu thủy và các ứng dụng khác trong công nghiệp lắp ráp Trong hệ thống thuỷ lực, chất lỏng

có áp suất đóng vai trò trung gian truyền lực và chuyển động cho máy công nghệ Quá trình biến đổi và truyền tải năng lượng được thể hiện dưới đây

Hình 1.9 Sơ đồ thể hiện quá trình biến đổi và truyền tải năng lương

1.2.2 Bơm và động cơ dầu (mô tơ thủy lực)

Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau Bơm là thiết bị tạo ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này Tuy thế kết cấu và phương pháp tính toán của bơm và động cơ dầu cùng loại giống nhau.

a Bơm dầu

Là một cơ cấu biển đổi năng lượng, dùng để biển đổi cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng) Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng băng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra, thực hiện chu kỳ nén Tùy thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc ta có thể phân ra hai loại bơm thể tich:

+ Bơm có lưu lượng cố định (bơm cố định) + Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh (bơm điều chỉnh) Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất.

Hình 1.10 Kết câu bơm bánh răng

Kí hiệu:

Hình 1.11 Bơm dầu

b Động cơ dầu

Là thiết bị để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác của động cơ Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay.

Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của một vòng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường ra.

Hình 1.12 Cấu tạo bơm piston roto hướng trục

5 Đĩa phân phối dầu có hai khoang chưa dầu hình bán nguyệt,

6 Gờ ngăn, 7 Lò xo

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

- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc.

- Tách nước

1.2.4 Van an toàn

Van oan toàn có tác dụng đảm bảo cho hệ thống được oan toàn khi quá tải Với công dụng như trên, tuỳ theo yêu cầu công việc và đặc điểm cấu tạo van toàn

có nhiều chức năng khác nhau.Tuy vậy trtong hệ thống truyền động thuỷ lực máy xây dựng và máy xếp dỡ, van oan toàn có 2 chức năng quan trọng nhất

- Đảm bảo tuổi thọ các chi tiết và bộ phận máy.

- Duy trì tính năng hoạt động của hệ thống theo quy định kỹ thuật

Để đảm bảo tuổi thọ cho hệ thống truyền động thuỷ lực, van oan toàn phải khống chế cho áp lực dầu trong hệ thống không vượt quá áp suất oan toàn cho phép Nếu vượt qua áp lực này, các đường ống có thể bị nứt vỡ , chi tiết trong bộ phận mãy dễ bị mòn, gẫy nhanh chóng

Nó được đặt trên đường ống chính có áp suất cao.Nguyên lý hoạt động của nhóm van này là dựa vào sự cân bằng áp lực trên nắp van giữa áp lực của chất lỏng và áp úng lực của lò xo có khi có cả đối áp của chất lỏng.

Nếu áp lực của chất lỏng nhỏ hơn ứng lực của lò xo thì hệ thống làm việc bình thường Van sẽ đóng lại, hệ thống làm việc bình thường.

Nếu ứng lực của lò xo mà nhỏ hơn áp lực của chất lỏng thì van sẽ mở

ra tháo bớt chất lỏng về buồng chứa

Khác với van 1 chiều ,van oan toàn có lò xo cứng hơn nhiều Phân loại:

- Van chỉ làm việc khi hệ thống quá tải thì gọi là van kháng đỡ.

- Van làm việc liên tục thì gọi là van tràn.

Dựa vào sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực và áp suất làm việc của

hệ thống ta chọn loại van cho hệ thống là van kháng đỡ dẫn động trực tiếp bằng lò xo

Sơ đồ cấu tạo của van:

Hình 1.14 Van an toàn

1 - Thân van; 2 - Bộ phận kết nối vào đường ống

3 - Phần xoay xả lưu chất ra ngoai; 4- Đệm Lò xo; 5 – Đĩa;

6 - Nắp chụp bảo vệ; 7 - Lò xo; 8 - Nút bịt; 9 - Vít điều chỉnh; 10 - Tay giật

Kí hiệu:

Hình 1.15 Van an toàn

1.2.5 Van tiết lưu

Van tiết lưu có công dụng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thủy lực hoặc một bộ phận hệ thủy lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành: động cơ thủy lực.

Phân loại: Tiết lưu điều chỉnh được và không điều chỉnh được.

+ Tiết lưu Không điều chỉnh được: Sử dụng trong các hệ thống, thiết bị máy móc của các hệ thống truyền động để gây chênh áp giưua 2 khoang làm việc nào đó hoặc để hạn chế dao động áp suất do chất lỏng va đập với các chi tiết khác Thông thường loại tiết lưu này có dạng lỗ nên gọi là tiết lưu lỗ Nếu

nó làm nhiệm vụ giảm chấn thì còn gọi là tiết lưu giảm chấn.

+ Tiết lưu điều chỉnh được: Nếu đặt nó trên hệ thống lưới ống thì lưu lưọng của nó thay đổi thì tốc độ của động cơ thuỷ lực thay đổi Nó được dùng trong các hệ thống cần dùng để điều chỉnh vận tốc của động cơ thuỷ lực.

Ở hình dưới ( a, b ,c ,e) là van phi tuyến điều chỉnh được.Và hình (d, f )

là van phi tuyến không điều chỉnh được.

Ở đó hình a - van tiết lưu dạng kim chặn,

b - van tiết lưu dạng liên bợp,

c - van tiết lưu dạng khoang rỗng xoay,

d - van tiết lưu dạng vách ngăn tổ hợp,

e - van tiết lưu dạng nút xoay lệch tâm, f-van tiết lưu dạng vách ngăn đơn.

1- vỏ van, 2 - kim van, 3,5- vách van, 4 - nút xoay, 6 - ống lót.

Đặc điểm các van tiết lưu phi tuyến là rút ngắn chiều dài van, chính nhờ

đó mà sự tụt áp và lưu lượng không phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng, cũng chính là không phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng Đặc điểm này làm cho van phi tuyến làm việc ổn định hơn và là ưu điểm chính của van phi tuyến Nhưng quan hệ tỷ lệ bình phương lại chính là nhược điểm cho vấn đề điều khiển.

Hình ( f ) là một van tiết lưu dạng vách ngăn, trở lực phụ thuộc vào

đường kính lỗ (d min ≥0,5 mm ).

Trong hệ thống thủy lực, van tiết lưu thường được lắp trên ống dẫn cao

áp (điều chỉnh đường vào) hoặc lắp trên đường dầu hồi (điều chỉnh đường ra) hoặc lắp song song với động cơ thủy lực.

Trong hệ thống thủy lực tùy theo mục đích yêu cầu, nguyên lý làm việc của từng cơ cấu vận hành mà các dạng van và cách bố trí khác nhau, chẳng hạn van tiết lưu dùng để hạn chế tốc độ hạ cần do tác dụng tải trọng của trọng lượng thiết bị, dùng để thay đổi tốc độ của cơ cấu thừa hành…

Kí hiệu:

Hình 1.16 Van tiết lưu

1.2.6 Van đảo chiều (van phân phối)

Trong hệ thống truyền động thuỷ tĩnh van phân phối chuyên làm nhiệm

vụ phân chia dòng dầu cao áp vào các đưòng ống khác nhau dẫn tới các bộ máy thuỷ lực theo các tín hiệu điều khiển thích hợp.

Van phân phối được phân chia theo các kiểu khác nhau Căn cứ vào số lượng cửa dẫn dầu vào ra, ta có van phân phối 2 cửa, 3 cửa hoạc 4 cửa Theo đặc điểm cấu tạo van phân phối được chia thành các kiểu điều khiển bằng cần gạt, nam châm điện hay là áp lực dầu, Trong máy xây dựng và xếp dỡ thì van phân phối bốn cửa được điều khiển bằng nam châm điện hoặc cần gạt được sử dụng phổ biến nhất.

Hình 1.17 Cấu tạo của van phân phối 4 cửa 3 vị trí

Khi lựa chọn van phân phối, cần phải cắn cứ vào tính năng kỹ thuật quan trọng nhất như kiểu đóng mở van, áp lực và lưu lưọng dầu công tác

Hệ thống tuyền động này ta sử dụng van phân phối 4 cửa.

A-A p

2 0

* So sánh công nghệ thuỷ lực với các dạng khác:

Xét về vai trò tạo ra lực, chuyển động và các tín hiệu, ta so sánh 3 dạng thiết bị truyền động thường sử dụng: điện, khí nén và thuỷ lực Qua bảng so sánh, có thể tóm tắt các ưu điểm và nhược điểm quan trọng của công nghệ thuỷ lực:

+ Một số ưu điểm quan trọng:

- Truyền động công suất lớn với các phần tử có kích thước nhỏ

- Khả năng điều khiển vị trí chính xác

- Có thể khởi động với tải trọng nặng

- Hoạt động êm, trơn không phụ thuộc vào tải trọng vì chất lỏng hầu như không chịu nén, thêm vào đó còn sử dụng các valve điều khiển lưu lượng

- Vận hành và đảo chiều êm ả

- Điều khiển, điều chỉnh tốt

+ Một số nhược điểm quan trọng:

- Có thể gây bẩn, ô nhiễm môi trường

- Nguy hiểm khi gần lửa

- Nguy hiểm khi áp suất vượt quá mức an toàn (đặc biệt với ống dẫn)

- Hiệu suất thấp

*Ta có bảng so sánh như sau :

Truyền động điện

Truyền động thủy lực Truyền động khí

nén

Chuyển động thẳng

dễ điều chỉnh tốc độ

Đơn giản, lực giới hạn, tốc độ lớn nhương phụ thuộc vào tải trọng

Chuyển động quay Đơn giản và có

các dải công suất

Đơn giản, mô men quay lớn, tốc độ thấp

Đơn giản, tốc dộ cao nhưng kiếm hiệu quả

Độ chính xác Độ chính xác Độ chính xác trên Khi không tải có

trong điều khiển

vị trí

đến ±1μm và dễ dàng đạt được

±1μm và có thể đạt được phụ thuộc vào chi phí

hiện được lực truyền động rất cao nhưng khả năng quá tải kém

Có khả năng chịu quá tải lớn, hệ thống áp suất lên tới trên 600 bar, lực đạt được tới

3000 kN

Có khả n ăng chịu quá tải, lực truyền động bị giới hạn bởi khí nén và đường kính xi lanh, thường F<

30 kN ở 6 bar

Từ trên ta chọn hệ thống truyền động thủy lực dẫn động cho tời nâng hạ hàng

Hình 1.23 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực dẫn động cho tời nâng hạ

hàng

Nguyên lí hoạt động:

Máy lai (động cơ điện) dẫn động bơm Bơm (2) hút dầu thủy lực áp suất thấp từ thùng dầu (1) biến thành dầu cao áp khi ra khỏi bơm (độ lớn áp suất phụ thuộc vào loại bơm cụ thể) sau đó dầu cao áp qua đường ống chịu áp lực qua van tiết lưu (13) để điều chỉnh lưu lượng dầu được đưa đến van phân phối (4), do dầu có áp lực cao lên trước van phân phối phải lắp van an toàn (3) để dầu chảy về thùng dầu Người điều khiển sẽ điều khiển van phân phối bằng cần gạt Sau khi thủy năng của dầu cao áp biến thành cơ năng, dầu thấp

áp qua van phân phối trở về thùng dầu qua bộ lọc dầu (11) Dầu qua van phân phối được đưa vào động cơ (5) dẫn động qua khớp nối (6) do động cơ quay với tốc độ cao lên phải đi qua hộp giảm tốc (7) để điều chỉnh đc tốc độ quay cần thiết Cuối cùng dẫn động tang quay (8) nâng vật lên.