Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng một số tính chất hoạt động của hệ thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động trên máy nông nghiệp tự hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI --- --- VŨ CÔNG CẢNH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ðỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC CHO BỘ PHẬN D

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

VŨ CÔNG CẢNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ðỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC CHO BỘ PHẬN DI ðỘNG TRÊN MÁY

NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

VŨ CÔNG CẢNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ðỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC CHO BỘ PHẬN DI ðỘNG TRÊN MÁY

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kì công trình nghiên cứu khoa học nào khác

Tôi xin cam ñoan, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện Luận văn này ñã ñược cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong Luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Vũ Công Cảnh

LỜI CẢM ƠN

để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi ựã nhận ựược sự giúp ựỡ tận tình của Lãnh ựạo Viện phát triển công nghệ Cơ điện, Khoa Cơ điện, Ban quản lý đào tạo đại học Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, tập thể cá nhân trong và ngoài cơ quan Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

và kắnh trọng ựến:

TS Bùi Việt đức Giảng viên Khoa Cơ điện - Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã trực tiếp hướng dẫn hết mực nhiệt tình, làm việc với tinh thần chu ựáo trách nhiệm cao, ựã chỉ dạy giúp ựỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Lãnh ựạo, cán bộ, công chức, viên chức Bộ môn động lực, Viện Phát triển công nghệ Cơ điện ựã tạo ựiều kiện hết sức thuận lợi cho tôi thực hiện

ựề tài nghiên cứu

Tập thể Lãnh ựạo và các thầy cô giáo Khoa Cơ điện, Ban quản lý đào tạo đại học Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội

Những sự giúp ựỡ của người thân trong gia ựình, bạn bè, ựồng nghiệp

ựã tạo ựiều kiện tốt nhất ựể tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Vũ Công Cảnh

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH……… vi

PHẦN I: MỞ ðẦU 1

1.1 ðặt vấn ñề 1

1.2 Mục tiêu của ñề tài 2

1.2.1 Mục tiêu 2

1.2.2 Nội dung 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2

PHẦN II: NỘI DUNG 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Các dạng truyền ñộng trên máy kéo nông nghiệp 4

1.1.1 Truyền ñộng cơ khí 4

1.1.2 Truyền ñộng ñiện 5

1.1.3 Truyền ñộng thủy lực 5

2.1 Một số ứng dụng truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng trên ô tô máy kéo và xe chuyên dụng 6

2.2 Sơ ñồ truyền ñộng thuỷ lực trên các loại ô tô máy kéo và xe chuyên dụng.10 2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng trên máy kéo, máy nông nghiệp tự hành 16

2.3.1 Các nghiên cứu ở ngoài nước về truyền ñộng thủy lực trên máy kéo, máy

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG THỦY

LỰC CHO BỘ PHẬN DI ðỘNG MÁY NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH 18

2.1 Phác thảo một số mô hình truyền ñộng thủy lực cho máy nông nghiệp tự hành 18

2.2 Thiết kế mạch truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng của máy nông nghiệp tự hành 19

2.2.1 Yêu cầu hoạt ñộng của hệ thống 19

2.2.2 Phác thảo sơ ñồ hoạt ñộng của hệ thống truyền ñộng thủy lực 19

2.2.3 Hoạt ñộng của hệ thống 20

2.3 Tính toán lựa chọn các phần tử mạch thuỷ lực: 21

2.3.1 Tính toán ñộng cơ thủy lực 21

2.3.2 Van tiết lưu ñiều chỉnh ñược 22

2.3.3 Tính toán bơm dầu 23

2.3.4 Tính toán ống dẫn dầu 24

2.3.5 Lựa chọn van phân phối 27

2.3.6 Tính toán chọn bơm trong mạch thủy lực: 28

2.3.7 Chọn loại van tiết lưu 30

2.3.8 Lựa chọn van áp suất 31

2.3.9 Thùng dầu 32

2.3.10 Bộ lọc dầu 33

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 36

3.1 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực 36

3.1.1 ðộng cơ diesel 36

3.1.2 Bơm thủy lực 38

3.1.3 Ống dẫn dầu 38

3.1.4 ðộng cơ thủy lực 38

CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT MÔ HÌNH 39

4.1 Xây dựng mô hình khảo sát 40

4.2 Kết quả khảo sát 41

4.2.1 Kết quả khảo sát quá trình ñiều khiển van phân phối 41

4.2.2 Kết quả khảo sát quá trình thay ñổi mức ga 45

4.2.3 Kết quả khảo sát quá trình ñiều khiển van tiết lưu 49

4.2.4 Kết quả khảo sát quá trình thay ñổi tải trọng 52

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 ðề nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Truyền ñộng thủy lực một bơm, một motor cho 2 cầu 7

Hình 1.2 Hệ thống truyền lực máy kéo Fendt 400 8

Hình 1.3 Hệ thống truyền lực máy kéo Fendt 900 8

Hình 1.4 Hệ thống truyền ñộng xe nâng hàng 9

Hình 1.5 Hệ thống truyền lực xe lu rung 10

Hình 1.6 Truyền ñộng thủy lực – cơ khí cho hai bánh chủ ñộng 11

Hình 1.7 Truyền ñộng thủy lực HST cho 2 bánh 11

Hình 1.8 Truyền ñộng thủy lực kết nối 2 bơm và hai motor thủy lực 13

Hình 1.9 Truyền ñộng thủy lực có hộp số cơ khí 13

Hình 1.10 Truyền ñộng xích nhận nguồn ñộng lực từ truyền ñộng thủy lực

Hình 1.11 Truyền ñộng xích nhận nguồn ñộng lực từ truyền ñộng thủy lực

Hình 1.12 Truyền ñộng thủy lực cho 2 cầu chủ ñộng 15

Hình 2.7 ðường ñặc tính lưu lượng và hao tổn áp suất của van FPSU (B) 3831

Hình 2.9 Bố trí các thiết bị trong thùng dầu 33

Hình 3.3 Kết nối giữa ñộng cơ và bơm dầu 37

Hình 3.4 Kết nối giữa bơm và ñộng cơ thủy lực 38

Hình 3.5 Sơ ñồ kết nối ñộng cơ thủy lực với cầu sau 39

Hình 4.1 Mô hình mô phỏng trong Matlap Simulink 40

Hình 4.2 Sơ ñồ tính toán hệ thống truyền ñộng thuỷ lực cho 40

bộ phận di ñộng máy nông nghiệp tự hành 40

Hình 4.3 Áp suất trong ống cấp dầu khi ñiều khiển van phân phối 42

Hình 4.4 Áp suất trong ống xả dầu khi ñiều khiển van phân phối 42

Hình 4.5 Tốc ñộ quay ñộng cơ thủy lực khi ñiều khiển van PP 43

Hình 4.6 Mô men quay ñộng cơ thủy lực khi ñiều khiển van PP 44

Hình 4.7 Lưu lượng bơm thủy lực khi ñiều khiển van PP 45

Hình 4.8 Tốc ñộ quay DCDT khi thay ñổi mức ga 46

Hình 4.9 Lưu lượng bơm thuỷ lực khi thay ñổi mức ga DCDT 46

Hinh 4.10 Áp suất ñường cấp dầu khi thay ñổi mức ga DCDT 47

Hình 4.11 Áp suất ñường xả dầu khi thay ñổi mức ga DCDT 47

Hình 4.12 Tốc ñộ quay ñộng cơ thủy lực khi thay ñổi mức ga DCDT 48

Hình 4.13 Mô men ñộng cơ thuỷ lực khi thay ñổi mức ga DCDT 48

Hình 4.14 Lưu lượng trên ống cấp dầu khi thay ñổi tiết lưu 49

Hình 4.18 Tốc ñộ ñộng cơ thủy lực khi thay ñổi tải trọng 52

Hình 4.19 Mô men ñộng cơ thủy lực khi tải trọng thay ñổi 52

Hình 4.20 Lưu lượng bơm thủy lực khi tải trọng thay ñổi 53

Hình 4.21 Áp suất ống cấp dầu khi tải thay ñổi 54

Hình 4.22 Áp suất ống xả khi có sự thay ñổi tải trọng 54

PHẦN I: MỞ ðẦU 1.1 ðặt vấn ñề

Hiện nay sản xuất nông lâm nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân của Việt Nam Nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất nông nghiệp, kết hợp với ñiều kiện tự nhiên và sức lao ñộng dồi dào nên ñã thu ñược những kết quả vượt bậc Sản xuất trong lĩnh vực nông lâm nghiệp là một quá trình hoạt ñộng mang tính ñặc thù, ñiều kiện thực hiện phức tạp, tiêu tốn nhiều sức lao ñộng ðể nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao ñộng cho các khâu sản xuất trong sản xuất nông lâm nghiệp cần thiết phải áp dụng cơ giới hoá tổng hợp và sử dụng các phương tiện hữu ích,

áp dụng các hệ thống máy móc phù hợp với từng loại sản xuất, từng mục ñích công việc

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật công nghệ hiện ñại, ngày nay sự phát triển của ngành kỹ thuật thủy lực ñã tạo ra cho các nhà thiết kế cơ khí rất nhiều sự lựa chọn và những giải pháp hữu hiệu hơn Với những ưu ñiểm vượt trội so với các hệ thống truyền ñộng khác, truyền ñộng thủy lực ñã ñược ứng dụng rộng rãi ñể thay thế các truyền ñộng cơ khí thông thường trước ñây

Máy kéo là nguồn ñộng lực di ñộng, ñược thiết kế ñể thực hiện nhiều công việc khác nhau khi liên hợp với các loại thiết bị, bộ phận công tác trong các công việc của sản xuất Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Giao thông, Xây dựng…

Trong nông nghiệp máy kéo ñược sử dụng ñể thực hiện công việc cơ giới hóa có hiệu quả và kịp thời nhằm tăng năng suất, giảm chi phí Với vai

Truyền ñộng thủy lực ứng dụng trên các máy nông nghiệp tự hành và máy kéo là một trong các giải pháp có ñộ tin cậy hiệu quả cao do hệ thống có cấu trúc ñơn giản, dễ lắp ñặt kết nối, ñặc biệt là có khả năng thiết lập một hệ thống truyền ñộng và ñiều khiển bất kỳ, linh ñộng trong không gian với các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn Tuy vẫn còn một số hạn chế về hiệu suất thấp, giá thành chế tạo cao nhưng dạng truyền ñộng này vẫn là một lựa chọn hàng ñầu trong thiết kế chế tạo máy kéo, máy nông nghiệp tự hành hiện ñại

Trên cơ sở thực hiện một phần công việc nằm trong ñề án thiết kế chế tạo máy kéo phục vụ sản xuất Nông – Lâm nghiệp, trong phạm vi giới hạn và yêu cầu của một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật cơ khí, tác giả ñề xuất ñề tài:

“Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng một sô tính chất hoạt ñộng của

hệ thống truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng trên máy nông nghiệp tự hành”

1.2 Mục tiêu của ñề tài

1.2.1 Mục tiêu

Tính toán thông số, lựa chọn phần tử và xây dựng mô hình mô phỏng mạch truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng, làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy nông nghiệp tự hành phục vụ sản suất nông nghiệp

1.2.2 Nội dung

- Lựa chọn, thiết kế kết cấu máy phù hợp;

- Tính toán, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền ñộng thuỷ lực cho bộ phận di ñộng của máy nông nghiệp tự hành

- Khảo sát mô hình và phân tích kết quả mô phỏng

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

Xây dựng cơ sở cho việc ứng dụng truyền ñộng thuỷ lực vào trong sản xuất nông lâm nghiệp với ñiều kiện thực tiễn ở nước ta

Là tiền ñề ñể ứng dụng truyền ñộng thủy lực kết hợp với các truyền ñộng khác trong hệ thống di chuyển trên máy nông nghiệp nói riêng và hệ thống máy nói chung

Tạo lập cơ sở tính toán thiết kế hệ thống truyền lực trên bộ phận công tác của máy kéo trong các ngành nông lâm nghiệp, thủy lợi, xây dựng, giao thông

PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Các dạng truyền ñộng trên máy kéo nông nghiệp

1.1.1 Truyền ñộng cơ khí

ðây là dạng truyền ñộng mang tính truyền thống, có mặt trong hầu hết các loại máy từ ñơn giản ñến phức tạp Những kiểu truyền ñộng này bao gồm: truyền ñộng bánh răng, truyền ñộng trục vít bánh vít, truyền ñộng xích, truyền ñộng ñai

Nhìn chung truyền ñộng cơ khí có những ưu, nhược ñiểm sau:

* Ưu ñiểm:

- Kết cấu ñơn giản

- Chế tạo dễ dàng

- Làm việc chắc chắn, có khả năng chịu tải lớn

- Hiệu suất truyền ñộng cao

- Giá thành chế tạo rẻ

* Nhược ñiểm:

- Kích thước bộ truyền lớn, trọng lượng nặng

- Làm việc gây tiếng ồn lớn

- Khi truyền công suất ñi xa thường tổn thất công suất do ma sát và quán tính lớn

- Tốc ñộ và mô men xoắn ñược biến ñổi theo cấp

1.1.2 Truyền ñộng ñiện

Tðð ñược ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid) hoặc xe nâng hàng, kiểu truyền ñộng này không gây tiếng ồn, tiết kiệm nhiên liệu (xe lai) Tuy nhiên do một số hạn chế như hiệu suất thấp, giá thành chế tạo cao, thể tích riêng lớn, nên Tðð hầu như không ñược ứng dụng trên máy kéo

1.1.3 Truyền ñộng thủy lực

Truyền ñộng thủy lực là phương pháp truyền ñộng ñược sử dụng phổ biến hiện nay và trở thành một trong những khuynh hướng phát triển trong thiết kế chế tạo các loại máy móc hiện ñại, công nghệ cao

Theo nguyên lý làm việc truyền ñộng thủy lực ñược chia làm hai loại: truyền ñộng thủy ñộng và truyền ñộng thủy tĩnh

+ Truyền ñộng thủy ñộng: với phương pháp truyền ñộng này không có mối liên hệ cứng giữa khâu chủ ñộng và khâu bị ñộng ðể truyền chuyển ñộng tới khâu bị ñộng (trục tuabin), ñộng năng ñược sử dụng làm quay bánh bơm Ở ñây, trục bánh bơm quay ñược nhờ nhận trực tiếp chuyển ñộng quay của trục ñộng cơ hoặc cơ năng khác

+ Truyền ñộng thủy tĩnh: là phương pháp truyền ñộng có chức năng ñảm bảo mối liên hệ cứng (trong giới hạn không thể nén ñược của chất lỏng) giữa khâu chủ ñộng và khâu bị ñộng của bộ truyền ñộng thủy lực, có truyền dẫn năng lượng do bơm tạo ra ñến bộ phận chấp hành (xy lanh thủy lực hoặc ñộng cơ thủy lực) qua chất lỏng công tác ñể truyền vào một khoang kín

Ưu, nhược ñiểm của phương pháp truyền ñộng thủy lực:

* Ưu ñiểm:

- Dễ thực hiện ñiều chỉnh vô cấp và tự ñộng ñiều chỉnh vận tốc chuyển

- Cho phép ñảo chiều chuyển ñộng của các bộ phận làm việc của máy dễ dàng

- Có thể ñảm bảo cho máy làm việc ổn ñịnh không phụ thuộc vào sự thay ñổi tải trọng ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một ñơn vị công suất của truyền ñộng nhỏ

- Do chất lỏng làm việc trong truyền ñộng thủy lực là dầu khoáng nên có ñiều kiện bôi trơn tốt các chi tiết

- Truyền chuyển ñộng êm hầu như không có tiếng ồn

- ðộ tin cậy và ñộ bền cao

- ðiều khiển nhẹ nhàng

* Nhược ñiểm:

- Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng làm việc dễ bị rò rỉ hoặc không khí dễ bị lọt vào, làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn ñịnh của truyền ñộng

- Vận tốc truyền ñộng bị hạn chế vì phải ñề phòng hiện tượng va ñập thủy lực, tổn thất cột áp, tổn thất công suất lớn và xâm thực

- Yêu cầu chất lỏng làm việc tương ñối phức tạp, ñộ nhớt phải thích hợp

ít thay ñổi khi nhiệt ñộ và áp suất thay ñổi

- Áp lực dầu công tác khá cao ñòi hỏi công nghệ chế tạo ñạt ñộ chính xác cao, do ñó giá thành của bộ truyền ñộng thủy lực ñắt hơn các bộ truyền ñộng khác

2.1 Một số ứng dụng truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng trên ô tô máy kéo và xe chuyên dụng

Truyền ñộng thủy lực ñược ứng dụng phổ biến và ña dạng trên nhiều hệ thống của ô tô máy kéo và xe chuyên dụng như phanh, lái, di ñộng …vv Một

số ứng dụng dưới ñây chỉ tập trung giới thiệu dạng truyền ñộng thủy tĩnh

trong truyền lực cho bộ phận di ñộng của một số loại máy thông dụng sử dụng

trong giao thông, xây dựng, Nông – Lâm nghiệp…vv

Hình 1.1 giới thiệu hệ thống truyền ñộng thủy lực có kết cấu khá ñơn giản và hiệu quả, gồm một bơm thủy lực nhận toàn bộ công suất từ ñộng cơ ñốt trong, ðộng cơ thủy lực tiếp nhận, biến ñổi năng lượng và truyền ñộng cho 2 cầu chủ ñộng qua cacdan Kiểu truyền ñộng này ñược sử dụng phổ biến cho các loại máy xây dựng, lâm nghiệp (máy xúc, máy ñào…vv), hoạt ñộng trong các ñiều kiện ñịa hình phức tạp, di chuyển trong phạm vi hẹp

Hình 1.1 Truyền ñộng thủy lực một bơm, một motor cho 2 cầu

Hình 1.2 Hệ thống truyền lực máy kéo Fendt 400

Là kiểu truyền ñộng phân nhánh kết hợp thủy lực và cơ khí Với kết cấu này cho phép mở rộng phạm vi thay ñổi tỷ số truyền, tăng hiệu suất truyền ñộng Hệ thống truyền ñộng thủy lực gồm một bơm và một ñộng cơ pitton Áp suất làm việc của hệ thống có thể lên tới 550 bar

Hình 1.3 Hệ thống truyền lực máy kéo Fendt 900

ðược phát triển từ hệ thống truyền lực của Fendt 400, Fendt 900 có kết cấu khá phức tạp: hệ thông thủy lực gồm một bơm và 2 ñộng cơ piston có thể

làm việc với áp suất lớn (550 bar), thay ñổi lưu lượng trong phạm vi rộng Truyền ñộng cơ khí gồm truyền ñộng hành tinh, hộp số 2 cấp và trục thu công suất 2 cấp cho phép thay ñổi khả năng truyền ñộng và mở rộng phạm vi thay ñổi tỷ số truyền

Hệ thống truyền lực của Fendt 900 ñược ñánh giá là hiện ñại và hiệu quả nhất trên các loại máy kéo của CHLB ðức hiện nay

Hình 1.4 Hệ thống truyền ñộng xe nâng hàng

Cơ cấu di chuyển sử dụng hệ bơm - motor thay ñổi lưu lượng, mạch kín với nhiều chế ñộ tải cài ñặt sẵn và tự ñộng thay ñổi Các thông số làm việc của hệ thống ñều ñược hiện thỉ rõ ràng trên bảng ñiều khiển gắn trên cabine

Hệ thống có các thiết bị ño báo lỗi ñiện tử rất dễ dàng tìm hiểu và truy xuất khi cần sửa chữa, thay thế

Hình 1.5 Hệ thống truyền lực xe lu rung

Sử dụng bơm mạch kín cấp dầu trực tiếp cho motor di chuyển bánh thép và motor di chuyển bánh lốp (có thể chỉ cần một motor di chuyển bánh lốp ñược kết nối trực tiếp vào cầu xe)

2.2 Sơ ñồ truyền ñộng thuỷ lực trên các loại ô tô máy kéo và xe chuyên dụng

Hệ thống truyền ñộng thủy lực giống như một trục truyền ñộng kết nối tự ñộng giữa ñộng cơ và tải

Hình 1.6 Truyền ñộng thủy lực – cơ

khí cho hai bánh chủ ñộng

Hình 1.7 Truyền ñộng thủy lực

HST cho 2 bánh

Sơ ñồ truyền ñộng (hình 1.6) có ñặc ñiểm:

- Hai ñộng cơ thủy lực kết nối và truyền ñộng cho bánh xe chủ ñộng qua cặp bánh răng truyền lực cuối cùng

- Một bơm kết nối với ñộng cơ qua hộp giảm tốc ñể có tốc ñộ phù hợp, ñáp ứng ñược yêu cầu áp suất và lưu lượng cần thiết cho xe di chuyển trên ñường

- Truyền lực cuối cùng trên các bánh xe thường sử dụng cơ cấu bánh răng hành tinh

Sơ ñồ trên hình 1.7 biểu diễn mạch truyền ñộng thủy lực HST, gồm 2 bơm và 2 ñộng cơ piston, thay ñổi ñược lưu lượng Mỗi cặp bơm – ñộng cơ

thủy lực này ñược ứng dụng nhiều trên các loại máy làm việc trong nông nghiệp (máy cắt cỏ khô và cuộn thành ñống trên ñồng)

Máy cắt cỏ ñược ñặt trên bánh trước của xe, 2 bơm thủy lực ñược ñiều khiển nhờ cơ cấu cơ khí nhận truyền ñộng từ vô lăng ñến cơ cấu ñĩa lắc

- Khi xe ñi thẳng thì cơ cấu ñĩa lắc ñể ở vị trí ñiều khiển hoạt ñộng của 2 bơm

- Khi vào ñường vòng thì nó ñiều khiển cho 1 bơm quay nhanh và 1 bơm quay chậm ñể ñảm bảo cho xe quay vòng có tính năng tương tự như vi sai

- Nếu ñánh hết tay lái ñể quay vòng thì một ñộng cơ nó sẽ quay với tốc

ñộ vào quay vòng nhanh nhất và 1 ñộng cơ có tốc ñộ quay vòng chậm nhất

- Một bánh quay về phía trước bánh kia ngược lại ta thấy bán kính quay vòng bằng không

Như vậy qua hai mô hình truyền lực ở các hình 1.6 và 1.7 ta có một số nhận xét như sau: Trên hình 1.6 thì có kết cấu ñơn giản, một bơm có thể cung cấp dầu cho hai ñộng cơ do vậy yêu cầu bơm ñó phải có áp suất, lưu lượng cao Loại này thường sử dụng cho máy nông nghiệp tự hành có công xuất vừa

và nhỏ vi dụ: Máy làm vườn, xe nâng hàng trong các nhà máy, siêu thị, … Nhược ñiểm của sơ ñồ truyền lực loại này là phân bố năng lượng thủy lực trên các ñộng cơ không ñều khi lực cản trên các bánh xe không ñều Thực tế ñể cho xe làm việc ở những chế ñộ tải trọng khác nhau yêu cầu cần có những tỷ

số truyền khác nhau ñể ñảm bảo ñiều kiện làm việc của xe người ta thường bố trí sơ ñồ truyền lực như hình 1.7 Mặc dù sơ ñồ có kết cấu truyền lực có ñôi chút phức tạp nhưng lại rất thuận tiện trong quá trình quay vòng, tính năng cơ ñộng rất cao

Sơ ñồ hình 1.8 có kết cấu gần giống sơ ñồ HST, tuy nhiên cụm bơm và ñộng cơ bố trí ở khoảng cách xa nhau, về kết cấu có thể sử dụng bơm hoặc ñộng cơ có thể thay ñổi ñược thể tích làm việc Trong sơ ñồ truyền ñộng này,

có hệ thống truyền lực thủy lực riêng cho từng bánh xe, không có các ñường truyền lực cơ khí hay hộp số

Qua nghiên cứu sơ ñồ truyền lực ở các hình 1.8 và 1.9 ta thấy: Trên hình 1.8 sơ ñồ truyền lực ñơn giản các chi tiết trên hệ thống thông dụng, có

Hình 1.8 Truyền ñộng thủy lực kết

nối 2 bơm và hai motor thủy lực

Hình 1.9 Truyền ñộng thủy lực có

hộp số cơ khí

có công suất nhỏ yêu cầu vận tốc làm việc nhỏ Hiện nay ở một số hãng sản xuất thường sử dụng hộp số thủy cơ như sơ ñồ truyền lực hình 1.9 ñể nâng cao ñược tính năng kéo bám của xe Loại này thường sử dụng trên các loại xe chuyên dụng

Hình 1.10 Truyền ñộng xích nhận

nguồn ñộng lực từ truyền ñộng thủy

lực có hộp số

Hình 1.11 Truyền ñộng xích nhận nguồn ñộng lực từ truyền ñộng thủy

lực không có hộp số

Sơ ñồ truyền lực ở hai hình 1.10 và 1.11 ñược ứng dụng cho các loại máy kéo bánh xích chuyên dùng trong các ñiều kiện làm việc khó khăn (vùng ñồi dốc, ñất có nền yếu…vv) Kết cấu này ít ñược ứng dụng cho các loại máy thông dụng vì giá thành chế tạo, lắp ñặt cao, tính năng cơ ñộng của xe bị hạn chế, hiệu suất truyền ñộng thấp

Với các sơ ñồ truyền ñộng trên cần phải thiết kế ñể kích thước ñộng cơ và truyền lực cuối cùng ñể mà vận tốc tiếp tuyến trên các bánh phía trước và phía

sau gần bằng nhau

Thông qua những giải thích sơ bộ như trên ta ñi ñến kết luận như sau: Trên

cùng loại nếu không xe sẽ sinh ra công suất ký sinh, xe bị trượt trên ñường dẫn ñến mài mòn lốp xe Hệ thống thủy lực phải ñược bảo dưỡng thường xuyên ñể ñảm bộ truyền ñủ lưu lượng, công suất, áp suất làm cho bánh xe hoạt ñộng tốt Trên hình 1.13 sơ ñồ truyền lực có lắp thêm một bơm nữa nó ñược nhận truyền ñộng trực tiếp từ ñộng cơ ñốt trong ñể tăng lưu lượng cũng như áp suất trong hệ thống qua ñó ñảm bảo sự hoạt ñộng ñúng và ñủ công suất cho ñộng cơ gắn trên mỗi bánh xe Loại này thường ñược sử dụng trên

các loại xe chuyên dụng và vận tải hạng nhẹ, …

2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng trên máy kéo, máy nông nghiệp tự hành

2.3.1 Các nghiên cứu ở ngoài nước về truyền ñộng thủy lực trên máy kéo, máy nông nghiệp tự hành

Các nghiên cứu về truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực cho bộ phận di ñộng máy kéo, máy nông nghiệp tự hành trên thế giới ñã và ñang phát triển ở mức ñộ chuyên sâu, tập trung theo các hướng nghiên cứu sau:

- Cải tiến, nâng cấp trang thiết bị hệ thống thủy lực theo hướng tăng hiệu suất, mật ñộ công suất, giảm kích thước, trọng lượng và giá thành

- Thiết kế tối ưu mạch truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực

- Tự ñộng hóa quá trình hoạt ñộng của hệ thống

2.3.2 Các nghiên cứu ở trong về truyền ñộng thủy lực trên máy kéo, máy nông nghiệp tự hành

Phần lớn máy móc, trang thiết bị thủy lực nói chung và thiết bị thủy lực máy kéo, máy nông nghiệp tự hành nói riêng có nguồn gốc từ nước ngoài Các nghiên cứu trong nước liên quan ñến vấn ñề này vì vậy cũng không nhiều

và tập trung chủ yếu cho hệ thống truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực cho các loại máy tĩnh tại hoặc một số hệ thống phụ trợ trên các phương tiện di chuyển

Trong các nghiên cứu của PGS Bùi Hải Triều ựã ựề xuất một phương

án thiết kế mạch truyền ựộng và ựiều khiển thủy lực trợ giúp truyền lực cho liên hợp máy vận chuyển gỗ trong sản xuất Lâm nghiệp Hệ thống truyền ựộng thủy lực ựược thiết kế cho mooc kéo, có khả năng thay ựổi khá linh hoạt trạng thái truyền ựộng, ựáp ứng ựược các yêu cầu trợ giúp truyền ựộng cho máy kéo trong các trường hợp di chuyển phức tạp

Các ựề tài, dự án nghiên cứu của bộ môn Máy Ờ Tự ựộng thủy khắ và

Bộ môn Kỹ thuật thủy khắ và tầu thủy, Viện cơ khắ động Lực Trường đại học Bách Khoa Hà Nội ựều tập trung chủ yếu theo hướng nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền ựộng và ựiều khiển thủy lực cho các loại tàu biển, tuabin gióẦvv

Một số ựề tài tốt nghiệp ựại học của Khoa Cơ khắ đại học Nha Trang

và đại học Bách Khoa đà Nẵng, thực hiện việc khảo sát kết cấu và nghuyên tác làm việc của hệ thống truyền ựộng và ựiều khiển thủy lực trên các loại máy xây dựng, nâng chuyểnẦvv

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC CHO BỘ PHẬN DI ðỘNG MÁY NÔNG NGHIỆP

TỰ HÀNH 2.1 Phác thảo một số mô hình truyền ñộng thủy lực cho máy nông nghiệp

tự hành

Trên cơ sở tham khảo, kế thừa các mô hình hệ thống truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng trong các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, căn cứ vào ñiều kiện chế tạo và sử dụng trong nước ñể ñề xuất một thiết kế mạch truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực hợp lý cho máy nông nghiệp tự hành phù hợp với ñiều kiện làm việc phức tạp của sản xuất nông nghiệp

Hình 2.1 Kết cấu tổng thể hệ thống truyền ñộng không hộp số

Mô hình hệ thống truyền ñộng thủy lực cho bộ phận di ñộng máy nông nghiệp tự hành trên hình 2.1 có kết cấu ñơn giản, ít chi tiết và dễ lắp ñặt vận hành Với mô hình này, Bơm thủy lực sẽ tiếp nhận toàn bộ công suất của ñộng cơ ñốt trong, chuyển ñổi thành năng lượng thủy lực cung cấp cho ñộng

cơ thủy lực qua hệ thống van và ống phân phối Bộ phận tiếp nhận năng lượng thủy lực gồm một ñộng cơ lết nối trược tiếp với trục truyền ñộng của truyền lực chính cầu sau máy nông nghiệp tự hành Qua ñộng cơ năng lượng thủy lực ñược biến ñổi thành cơ năng dẫn ñộng cho bộ phận di ñộng

để nâng cao hiệu suất truyền ựộng và mở rộng phạm vi thay ựổi tỷ số truyền, có thể thiết kế thêm hộp số 2 cấp cho mô hình dưới ựây

Hình 2.2 Hệ thống truyền lực có hộp số cơ khắ 2.2 Thiết kế mạch truyền ựộng thủy lực cho bộ phận di ựộng của máy nông nghiệp tự hành

2.2.1 Yêu cầu hoạt ựộng của hệ thống

Hệ thống truyền ựộng và ựiều khiển thủy lực thiết kế cho bộ phận di ựộng máy nông nghiệp tự hành cần thỏa mãn các ựiều kiện:

- Kết cấu ựơn giản, thuận tiện trong lựa chọn lắp ựặt thiết bị, vận hành ựiều khiển hệ thống

- đáp ứng ựược các yêu cầu truyền ựộng (tốc ựộ, mô men) thay ựổi trong phạm vi rộng

- Có khả năng ngắt truyền ựộng khi phanh

- Có khả năng an toàn khi quá tải, loại bỏ ựược các tác ựộng ngược từ bánh xe trong trường hợp ngắt truyền ựộng thủy lực

2.2.2 Phác thảo sơ ựồ hoạt ựộng của hệ thống truyền ựộng thủy lực

Sơ ựồ mạch truyền ựộng thủy lực dưới ựây thiết kế cho mô hình máy

trợ giúp cầu mooc của liên hợp máy vận chuyển gỗ trong sản xuất Lâm nghiệp

Hình 2.3 Sơ ñồ mạch truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực máy

nông nghiệp tự hành

Các phần tử chính của hệ thống bao gồm:

- ðộng cơ ñốt trong: diesel 4 kỳ 1 xi lanh công suất 30 mã lực

- Bơm thủy lực (2): loại bánh răng ăn khớp ngoài, có khả năng tiếp nhận toàn bộ công suất của ñộng cơ Có thể mở rộng phạm vi tính toán lựa chọn cho một số loại bơm pitton

- ðộng cơ thủy lực (7): loại bánh răng ăn khớp ngoài

- Van phân phối thủy lực (6): 4/3 ñiều khiển bằng tay

- Van tiết lưu (11)

thống (ñóng, ngắt, ñảo chiều, tăng giảm lưu lượng) nhờ tác ñộng của van phân phối 4/3, van tiết lưu

Khi van phân phối ở vị trí 0, dầu thủy lực không cung cấp tới ñộng cơ và ñược bơm về thùng

Khi van phân phối ở vị trí 1, ñộng cơ thủy lực sẽ quay theo chiều tương ứng với chiều tiến của máy

Khi van phân phối ở vị trí 2, ñộng cơ thủy lực sẽ quay theo chiều ngược thực hiện chế ñộ chuyển ñộng lùi máy tự hành

Trên hệ thống bố trí van cản dòng 5 có tác dụng ngắt truyền ñộng cho ñộng cơ thủy lực khi phanh bánh xe hoặc quá tải, tạo trạng thái làm việc êm dịu ổn ñịnh cho hệ thống

ðể thay ñổi tốc ñộ, mô men của máy tự hành, có thể ñiều khiển van tiết lưu hoặc thay ñổi tỷ số truyền của hộp số 2 cấp

2.3 Tính toán lựa chọn các phần tử mạch thuỷ lực:

Các phần tử của hệ thống truyền ñộng thủy lực máy nông nghiệp tự hành trên hình 2.3 là các thiết bị ñã ñược tiêu chuẩn hóa, có bán rộng rãi ở thị trường trong nước Việc thiết kế hệ thống thủy lực thông thường là việc tính toán lựa chọn thích hợp các phần tử trên Hai phần tử quan trọng nhất là bơm

và ñộng cơ thủy lực ñược tính toán lựa chọn ñể ñảm bảo công suất, mô men

và tốc ñộ truyền ñộng Các hệ thống van ñiều khiển lựa chọn theo kích cỡ và các yêu cầu hoạt ñộng của hệ thống, ngoài ra cần bố trí các các bộ phận phụ như lọc dầu, ñồng hồ áp suất…vv

2.3.1 Tính toán ñộng cơ thủy lực

Mô men tổng cộng trên trục ñộng cơ

J: mô men quán tính khối lượng trên trục ñộng cơ (Nms2) θ: gia tốc góc của truc ñộng cơ (rad/s2)

Mô men cản do ma sát nhớt của dầu: MD

Mô men cản do tải trọng ngoài: ML

Áp suất vào (p1) và ra (p2) ñộng cơ thủy lực:

T m T

p p p p

bar D

M p

p p

nmax: số vòng quay lớn nhất của trục ñộng cơ dầu (v/ph)

Dm: thể tích riêng của ñộng cơ dầu (cm3/vg)

Công suất truyền ñộng của ñộng cơ thủy lực:

10 6

.

Q= A x 2g ∆p (cm3/s)

ρ µ

µ: hệ số lưu lượng

Ax: tiết diện mặt cắt của khe hở (cm2)

∆p: chênh lệch áp suất trước và sau khe hở (N/cm2)

ρ: tỷ trọng của dầu

2.3.2 Van tiết lưu ñiều chỉnh ñược

Khi ñặt tiết lưu trên lưới ống của hệ thống thủy lực thì khi ñiều chỉnh sức cản của nó, lưu lượng của hệ thống sẽ thay ñổi, nghĩa là vận tốc của ñộng cơ thủy lực sẽ thay ñổi Do ñó tiết lưu ñược dùng trong các hệ thống truyền ñộng

thủy lực cần phải ñiều chỉnh vận tốc của ñộng cơ thủy lực

Có thể ñiều chỉnh sức cản của tiết lưu bằng cách thay ñổi diện tích lưu thông hoặc thay ñổi chiều dài ñường dẫn chất lỏng của nó Cũng có thể dùng

cơ cấu phân con trượt piston làm thêm nhiệm vụ tiết lưu vì nó có khả năng ñiều chỉnh ñược diện tích các cửa lưu thông của nó

Lưu lượng chất lỏng qua cửa tiết lưu:

p S

p S

ρ

µρ

∆p - ñộ chênh áp trước và sau tiết lưu

Khi S0 = const thì lưu lượng Q xhỉ phụ thuộc vào ñộ chênh áp ∆p trước

và sau tiết lưu : Q = f(∆p)

ðể ñánh giá cơ cấu tiết lưu ta dựa vào :

+ ðộ chính xác ñiều chỉnh : lưu lượng có thể ñiều chỉnh với bất kỳ vị trí nào của tiết lưu

+ ðộ ổn ñịnh lưu lượng khi lưu lượng bé nghĩa là tiết diện chảy bé vì khi

ñó dễ sinh ra hiện tượng kẹt do chất bẩn bám vào khe hở

2.3.3 Tính toán bơm dầu

10 ( )

6

kW Q

p N

M: mô men trên trục ñộng cơ nối với bơm (Nm)

ηhm: hiệu suất cơ và thủy lực

ηt: hiệu suất toàn phần

Công suất ñộng cơ ñốt trong

t d

N N

2

v

Q d

π

= Q: lưu lượng dầu chảy qua ống (l/ph)

v: vận tốc dòng chảy (m/s)

ðể tính toán các thông số cụ thể cho các phần tử của hệ thống thủy lực, trước tiên cần phải tính toán xác ñịnh các thông số của ñộng cơ ñốt trong và

của hệ thống truyền ñộng cơ khí như hộp số, truyền lực chính, vi sai, bánh chủ ñộng

ðộng cơ ñốt trong công suất tối ña 16.5 ml/2400 v/ph, công suất ñịnh mức 16 ml/2200 v/ph, mô men cực ñại 49 Nm/1800 v/ph

Hộp số 2 cấp có tỷ số truyền: i1 = 2, i2 = 3

Truyền lực chính có tỷ số truyền: ic = 5

Bán kính bánh xe chủ ñộng: r = 0.6 m

Các thông số khác của máy tự hành: lực kéo ñịnh mức 2.5 kN, tốc ñộ

di chuyển tối ña 25 km/h

Dựa vào các thông số tính toán lựa chọn trên ñể xác ñịnh:

- Mô men bánh xe chủ ñộng: Mbx = Pk.rb = 2500 x 0.6 = 1500 Nm

- Số vòng quay cực ñại của bánh xe chủ ñộng:

2,1 60

25.1000

.60

Công suất: 12 kW; Mô men: 100 Nm;

Tốc ñộ quay tối ña: 1200 v/ph; Lưu lượng riêng: 22.5 cm3/vg

- ðộ chênh áp suất làm việc của hệ thống xác ñịnh theo công thức:

100.2