Đề cương bài giảng hệ thống điện thủy lực và máy chuyên dùng

Trong xe chuyên dụng phải có bộ truyền động bởi vì tốc độ cần thiết của các bộ phận công tác nói chung là khác tốc độ hợp lý của các động cơ tiêu chuẩn thường thấp hơn tốc độ động cơ, nế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Bài giảng môn: Hệ thống điện-thủy lực của xe và máy chuyên dụng

Chương 1: Giới thiệu chung

1.1 Các dạng truyền động trên xe chuyên dùng

1.1.1 Khái niệm truyền động

Hệ thống truyền động (gọi tắt là truyền động) dùng để truyền chuyển động (công suất) từ động cơ tới các cơ cấu và các bộ phận công tác Trong quá trình truyền chuyển động cho phép biến đổi tốc độ, lực, mô men, đôi khi biến đổi cả dạng và quy luật chuyển động

Trong xe chuyên dụng phải có bộ truyền động bởi vì tốc độ cần thiết của các bộ phận công tác nói chung là khác tốc độ hợp lý của các động cơ tiêu chuẩn (thường thấp hơn tốc độ động cơ, nếu chế tạo động cơ có tốc độ thấp, mô men xoắn lớn thì kích thước lớn và giá rất đắt); đôi khi cần truyền chuyển động từ một động cơ đến nhiều cơ cấu làm việc với các tốc độ khác nhau; động cơ thực hiện chuyển động quay đều nhưng bộ phận công tác cần chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động với tốc độ thay đổi theo một quy luật nào đó và vì điều kiện sử dụng, an toàn lao động hoặc vì kích thước của máy

Các thông số đặc trưng của bộ truyền: Một bộ truyền chung thường có các thông

số đặc trưng như:

+ Công suất trục dẫn N1 và trục bị dẫn N2, KW

(Công suất là công thực hiện được trên một đơn vị thời gian)

+ Hiệu suất: η = N 2/ N1 ( hiệu suất được xác định bằng tỉ số giữa công suất ở trục đầu ra với công suất ở trục đầu vào của bộ truyền, đây chính là công có ích trên công toàn phần, nó nói lên mức độ hao tổn năng lượng trong bộ truyền)

+ Tỉ số truyền: i =n1/n2 Đây là thông số đặc trưng nhất của bộ truyền nói chung

và bộ truyền cơ khí nói riêng Tỉ số truyền được xác định bằng tỉ số giữa tốc độ (số vòng quay) ở trục đầu vào với tốc độ (số vòng quay) ở trục đầu ra

Thông số này nói lên khả năng giảm tốc hoặc tăng tốc của bộ truyền Trong xe chuyên dụng thường cần phải giảm tốc độ quay so với tốc độ quay của động cơ nên bộ truyền đóng vai trò của một bộ giảm tốc

+ Mô men xoắn trên trục dẫn Khi đã biết được công suất trên trục vào và số vòng quay của trục đó thì mô men xoắn trên trục được xác định theo công thức:

ra theo công thức sau:

M2= M1 i.η 9550 N./n (N.m)

Từ công thức này nhận thấy khi công suất không đổi, mà muốn có mô men xoắn lớn (ví dụ khi cần khắc phục lực cản lớn) thì tốc độ quay phải nhỏ (ví dụ khi xe lên dốc lực cản lớn thì phải về số bé để có mô men xoắn lớn)

1.1.2 Các dạng truyền động trên xe chuyên dùng

Truyền động trên xe chuyên dụng có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau và kết cấu cũng rất đa dạng

Theo phương pháp truyền năng lượng, truyền động được chia thành:

1.2 Truyền động điện trên xe chuyên dùng

Hệ thống truyền động điện (gọi tắt là truyền động điện) là hệ thống các thiết bị được dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng phục vụ các cơ cấu và thiết bị công tác đồng thời dùng để điều khiển các cơ cấu đó Truyền động điện có ưu điểm nổi bật đó

là truyền động được rất xa nhưng kích thước vẫn nhỏ gọn, có khả năng tự động hoá cao, truyền động nhanh, chính xác, đảm bảo vệ sinh môi trường tốt, hoạt động tương đối êm dịu, không gây tiếng ồn, chăm sóc kỹ thuật dễ dàng Bên cạnh các ưu điểm trên, truyền động điện cũng có một số nhược điểm đó là luôn đòi hỏi chặt chẽ các biện pháp và thiết bị bảo vệ an toàn cho người và thiết bị Yêu cầu người sử dụng phải có trình độ cao, phải phối hợp với các hệ truyền động khác như các bộ truyền cơ khí, công suất truyền động thường không quá 100 kW, khi công suất lớn các động cơ thường hiếm và giá thành cao

Truyền động điện rất đa dạng song có thể phân chia thành các dạng theo những nguyên tắc sau:

- Căn cứ theo dòng điện phân thành truyền động điện dòng xoay chiều với tần số công nghiệp và tần số cao, truyền động điện dòng một chiều và truyền động điện dòng xoay chiều- một chiều

- Theo số lượng động cơ dẫn động phân thành truyền động điện một động cơ đơn chiếc, truyền động điện một động cơ theo nhóm (một động cơ điện dẫn động cho nhiều

cơ cấu máy), truyền động điện nhiều động cơ (nhiều động cơ điện dẫn động cho một

xoay chiều (loại một pha, loại ba pha, loại đồng bộ, loại không đồng bộ rôto lồng sóc, loại không đồng bộ rôto dây cuốn)

Truyền động điện thường bao gồm động cơ điện, bộ phận truyền động trung gian (ví dụ hộp giảm tốc), dây dẫn và các thiết bị điều khiển (Đôi khi có cả những bộ phận đặc biệt như bộ nắn điện, bộ biến đổi tần số.v.v)

1.3 Truyền động thủy lực trên xe chuyên dùng

Truyền động thuỷ lực là một tiến bộ khoa học kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong khoảng 30 năm trở lại đây trong nhiều ngành chế tạo máy Việc áp dụng truyền động thuỷ lực đã góp phần nâng cao khả năng tự động hoá cũng như các chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật của các máy xây dựng Truyền động thuỷ lực được phân thành hai loại, đó

là truyền động thuỷ tĩnh và truyền động thuỷ động

Truyền động thuỷ lực có rất nhiều ưu điểm như:

- Có khả năng truyền được lực lớn và đi xa;

- Trọng lượng và kích thước nhỏ so với các bộ truyền khác;

- Có khả năng tạo ra bộ truyền với tỉ số truyền lớn (tới 2000 và thậm chí lớn hơn);

- Quán tính của truyền động nhỏ;

- Truyền động êm dịu không gây ra tiếng ồn;

- Điều khiển dễ, nhẹ nhàng không phụ thuộc vào công suất truyền động;

- Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ bộ công tác;

- Có khả năng tự bôi trơn nên tuổi thọ của các chi tiết cao; có khả năng tự bảo vệ được máy khi bị quá tải; có khả năng bố trí được bộ truyền theo ý muốn và tạo dáng tổng thể đẹp; dễ dàng biến đổi dạng chuyển động từ chuyển động quay sang chuyển độnga tịnh tiến và ngược lại; cho phép sử dụng các cụm máy tiêu chuẩn hoá và thống nhất hoá tiện lợi cho việc sửa chữa thay thế cụm; giảm thời gian và giá thành sửa chữa Bên cạnh những ưu điểm, truyền động thuỷ lực cũng có một số nhược điểm như:

Chương 2: Hệ thống truyền động thủy lực trên xe chuyên dụng

2.1 Đặc điểm hệ thống truyền động thủy lực

Truyền động thủy lực có tác dụng truyền chuyển động hay công suất từ động cơ đến các bộ phận làm việc của máy hoặc từ trục này đến trục khác, nhờ chất lỏng hay động năng của chất lỏng

* Ưu điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực:

+ Cấu tạo hệ thống gọn nhẹ, bố trí được theo ý muốn

+ Khai thác năng suất cao, độ tin cậy cao

+ Truyền lực lớn và đi xa, tỷ số truyền lớn, quán tính nhỏ, dễ dàng thay đổi được hình thức chuyển động, điều chỉnh vô cấp tốc độ cơ cấu, tự bảo vệ máy khi quá tải, tự bôi trơn, truyền động êm không ồn

* Nhược điểm của hệ thống:

+ Khó làm kín khít các bộ phận công tác vì chất lỏng có khả năng bị dò rỉ, làm không khí bị lọt vào, dẫn đến hiệu suất làm việc có thể bị giảm, vì vậy phải thường xuyên chăm sóc

+ Áp suất làm việc cao, đòi hỏi bộ truyền phải được chế tạo từ các vật liệu đặc biệt với độ chính xác cao

+ Giá thành đắt

Phân loại:

Theo nguyên lý làm việc, truyền động thuỷ lực được chia làm hai loại:

Truyền động thuỷ lực thuỷ tĩnh: Chất lỏng có áp suất cao và vận tốc nhỏ

Truyền động thuỷ động: Chất lỏng có áp suất thấp và vận tốc cao

2.2 Các phần tử của hệ thống truyền động thủy lực

2.2.1 Bơm và động cơ thủy lực

Cụm bơm kép trên máy xúc PC

1 Shaft (Front) 2 Cradle 3 Case (Front) 4 Rocker cam 5 Shoe 6 Piston

7 Cylinder block 8 Valve plate 9 End cap 10 Shaft (Rear) 11 Case (Rear)

12 Servo piston

at a suitable level The oil inside each cylinder chamber of cylinder block (7) is sucked

in and discharged through valve plate (8)

Các hình ảnh bơm thủy lực:

Bơm bánh răng

Hình 2.1 Bơm bánh răng

Bơm piston hướng trục- thẳng

Hình 2.2 Bơm piston hướng trục- thẳng

Mô tơ piston hướng trục – nghiêng

Hình 2.3 Mô tơ piston hướng trục – nghiêng

Hình ảnh cụm bơm máy đào Komatsu

Hình 2.4 Cụm bơm kép trên máy đào thủy lực của KOMASTU

2.2.2 Van điều khiển

Kí hiệu cơ cấu điều khiển van con trượt

Các hình ảnh van thủy lực

Hình 2.5 Cấu tạo van điều khiển 2/4

Hình 2.7 Cấu tạo van điều khiển 2/5

Van thủy lực điều khiển điện-từ

Hình 2.8 Cấu tạo van điều khiển bằng điện từ

Hình 2.9 Hình ảnh một số van điều khiển

Van điều khiển bằng tay

Cụm van điều khiển chính trên máy đào PC

Hình 2.11 Hình ảnh van điều khiển trên máy đào PC

Van điều khiển trên máy đào PW

Hình 2.10 Cụm van điều khiển trên máy đào PW

2.2.3 Van điều khiển áp suất – Van an toàn

2.2.4 Cơ cấu điều khiển lưu lượng và van một chiều

2.2.5 Kí hiệu các phần tử khác

Hình ảnh xi lanh thủy lực

Xi lanh lồng – nhiều lớp

Bình tích năng

Thùng chứa dầu trên máy đào bánh xích komat’su

1 Oil filler cap; 2 Bypass valve; 3 Strainer;

4 Filter element; 5 Sight gauge; 6 Hydraulic tank

2.3 Các thông số của hệ thống truyền động thủy lực và quan hệ các thông số

- Áp suất thủy lực P (Pa), bar

Áp suất tác dụng lên piston, P=F/A

- Lưu lượng Q (l/ph)

- Công suất bơm: Nb=P.Qb

- D: đường kinh xi lanh

- d: đường kính cán piston

- nb: Số vòng quay của bơm thủy lực

- nd: Số vòng quay của mô tô thủy lực

- qb,qd: Lưu lượng riêng của bơm, mô tơ thủy lực

- Q=A/v

- Các thông số lí thuyết (chưa kể đến tổn hao công suất do mát sát hoặc do rò rỉ dầu) của hệ thống truyền động thuỷ tĩnh có chuyển động quay được xác định như sau: + Lưu lượng bơm

QB=qB.nB (l/ph)

Trong đó : qB – lưu lượng riêng của bơm (l/vg)

nB - Số vòng quay của bơm trong một đơn vị thời gian (vg/ph)

+ Lưu lượng tiêu thụ của động cơ thuỷ lực

QD=qD.nD (l/ph)

Trong đó : qD -lưu lượng riêng của động cơ (l/vg)

nD - Số vòng quay của động cơ thuỷ lực trong một đơn vị thời gian (vg/ph)

Quan hệ giữa số vòng quay của bơm thuỷ lực và động cơ thuỷ lực thông qua biểu thức:

nD=nB.qB /qD

+ Công suất của bơm:

NB=P.QB

P: áp suất công tác của dầu

+ Công suất tiêu thụ của động cơ thuỷ lực :

ND=P.QD=P.nD.qD

+ Mô men quay do rôto của động cơ thuỷ lực tạo ra:

MD=ND/(2.nD) = P.qD/(2.)

2.4 Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản trên xe chuyên dụng

2.4.1 Hệ thống thủy lực cơ cấu di chuyển

2.4.1.1 Phương án di chuyển dùng truyền động thủy lực - ly hợp

xích Trong trường hợp muốn lái lượn vòng chỉ cần mở ly hợp bên 8 hoặc 9 Loại thiết

bị di chuyển thuỷ lực này thường thích hợp với các máy làm đất cỡ nhỏ

Trong loại truyền động kép (hình 3.14 b) thiết bị di chuyển được trang bị hai bộ truyền động thuỷ lực đồng thời với từng bơm thuỷ lực riêng rẽ ở loại này máy lượn vòng bằng hai cách, cách thứ nhất dùng như loại truyền động đơn, cách thứ hai thay đổi số vòng quay của hai bánh sao chủ động bằnh cách điều khiển tốc độ vòng quay của cặp môtơ thuỷ lực số 6

Hình 3.14 Sơ đồ truyền động thuỷ lực cho cơ cấu di chuyển bánh xích:

a) kiểu đơn;b) kiểu kép

1: Dải xích; 3:Động cơ điêzel; 4,7,9:Ly hợp; 5: Bơm thuỷ lực; 6:Mô tơ thuỷ lực

2.4.1.2 Hệ thống truyền động thủy lực trên xe bánh xích

a - Sơ đồ tổng thể

Sơ đồ bố trí hệ thống di chuyển máy đào bánh xích:

1- Bánh dẫn hướng , 2-Cụm nối xoay, 3-Cụm van chính, 4-Hộp cơ cấu hành tinh, 5-Mô tơ thủy lực, 6- Cụm bơm thủy lực, 7-Động cơ diêsel, 8-Van điều khiển tốc

độ di chuyển, 9-van điều khiển toa quay, 10- cụm mô tơ toa quay

OPERATION OF MOTOR (hoạt động của mô tơ di chuyển)

1) At low speed (motor swash plate angle at maximum)

Hoạt động của mô tơ khi di chuyển ở vận tốc thấp:

3 - Đĩa nghiêng, 5-Xy lanh, 7 – nắp phía cuối, 8-van hồi chậm, 21- van điều chỉnh, 22 – lò xo, 13 – Piston điều chỉnh

Cuộn hút van hoạt động ở chế độ ngừng dòng chảy, vì vậy dòng dầu từ bơm sẽ không tới cửa P, đây là lý do van 21 dịch chuyển sang phải bởi lực đẩy của lò xo 22, vì lý do này dầu thủy lực từ van chính không qua được van 21 để đến khoang đẩy của piston

13 , piston 13 không hoạt động, khi đó đĩa nghiêng nằm ở góc nghiêng lớn, lưu lượng chảy qua mô tơ lớn (Qm), vì thế tốc độ mô tơ di chuyển chậm (nm=Qb.nb/Qm)

Khi van điề khiển hoạt động ở chế độ thông dòng, dầu thủy lực từ bơm qua van, đến cụm van 21, áp lực dầu thắng lực đẩy của lò xo và đẩy piston 21 dịch chuyển sang trái, dẫn đến dầu thủy lực từ van di chuyển qua của d đến xi lanh 13, áp lực dầu làm dịch chuyển piston 13 sang phải, làm xoay đĩa nghiêng, dẫn đến góc nghiêng của đĩa nghiêng nhỏ, lưu lượng qua mô tơ nhỏ, dẫn đến tốc độ mô tơ tăng

OPERATION OF PARKING BRAKE

Hoạt động của cơ cấu phanh trên mô tơ

1) When starting to travel (khi di chuyển)

17- Lưỡng van, 8-Van hồi chậm, 9- lò xo,

10 piston ép, 11 tấm ma sát, 12- đĩa ép,

Khi cho mô tơ di chuyển hoạt động, thì

đồng thời dầu thủy lực áp cao sẽ chảy qua

lưỡng van 17, dầu thủy lực áp lực sẽ qua

van hồi 8, vào cửa a, dầu áp cao làm dịch

chuyển piston 10 sang đẫn đến mở các đĩa

phanh đĩa ép 12 khỏi tấm ma sát 11

2) When stopping travel (khi dừng di chuyển)

Khi mô tơ di chuyển không làm việc,

lưỡng van 17 ở vị trí trung gian, dầu áp

cao không qua được van 17, van 8 nằm ở

vị trí trên, dầu thủy lực từ khoang xi lanh

chảy qua cửa a chảy về thùng dầu qua van

8,

Để tránh trường hợp khi dừng đột ngột khi

mô tơ hoạt động, van 8 được thiết kế dạng

van hồi từ từ, dẫn đến áp lực dầu khoang

xi lanh giảm từ từ, tránh đột ngột gây xung

b- Nguyên lý làm việc:

- Động cơ diesele E hoạt động, bơm B1, B2 hoạt động, V2 có nhiệm vụ điều

vòng khép kín, dòng dầu thủy lực sẽ chuyển động theo vòng khép kín tùy theo chiều hoạt động của bơm B1 dẫn đến chiều quay của mô tơ M

- Khi hoạt động đồng thời dầu thủy lực được làm mát nhờ bơm thủy lực B2, dầu

từ thùng chứa T qua bơm B2, chảy qua D1 hoặc D2 (tùy theo mạch dầu R hay L có áp thấp ), để hòa vào hệ thống, nếu mạch R là áp cao van G làm việc ở chế độ a, dầu thủy lực từ mạch L sẽ chảy qua G về thùng chứa và dầu được làm mát

- Khi V1 để ở chế độ b hệ thống di chuyển sẽ ở chế động mạch kín R-M-L-V1,

xe có thể hoạt động ở chế độ trôi tự do mà bơm B1, để Q=O

- Van V3 có 2 chế độ a phanh Ph, chế độ b mở phanh PH (khi bơm B2 hoạt động)

2.4.2 Hệ thống thủy lực cơ cấu quay toa

Hệ thống thủy lực trên xe trộn bê tông – mix truck

Sơ đồ hệ thống thủy lực trên xe vận chuyển bê tông

Sơ đồ hệ thống thủy lực trên xe vận chuyển bê tông

2.4.3 Hệ thống thủy lực cơ cấu nâng hạ

1- Hệ thống nâng hạ trên xe Heavy Machine (sử dụng van 6/4)

Hệ thống thủy lực có 4 chế độ: Nâng, hạ, chế độ giữ, chế độ tự do

Cấu tạo hệ thống bao gồm: 1- Thùng chứa dầu, 2-Bơm chính, 3-Bơm điều khiển, 4-cụm bầu lọc và van tràn, 5 – van an toàn, 6- Van shut up, 7 – van 2/2, 8- cần điều khiển, 9-van an toàn, 10-van 6/4, 11-Xi lanh thủy lực, 12-Bầu lọc dầu

1 Hoist valve HOLD Position

Hoạt động ở chế độ giữ (Hold):

Oil from the demand valve flows into chamber C Since the hoist spool (2)

blocks the path to the hoist cylinder, oil flows through chamber D to the tank

Since both the bottom side port and the head side port of the hoist cylinder are blocked, the hoist cylinder is locked where it is

2 Hoist valve at LIFT Position

• When the hoist lever in the cab is set to the LIFT position, the solenoid valve

• Oil flows out of chamber A, flows in the bottom side of the hoist cylinder, extends the hoist cylinder and lifts the body

• On the other hand, the return oil from the head side flows out of chamber B, flows into chamber D and to the tank circuit

3 Hoist valve at FLOAT Position

• When the hoist lever in the cab is set to the FLOAT Position, the solenoid valve moves the hoist spool (2) to the right Then,

chambers C,D, B, Hand Dare all connected

• Oil from the demand valve flows from

chamber C through chamber Bto the host

cylinder and from chamber Cthrough chamber

Dto the oil cooler circuit

• Since the bottom side and the head side

of the hoist cylinder are connected through the

hoist valve, the hoist cylinder is in a free state

4 Hoist valve at LOWER Position

• When the hoist lever in the cab is set

from the FLOAT Position to the

LOWERposition, the solenoid valve pushes

the hoist spool (2) to the right further from

the FLOATPosition Therefore, oil from

chamber Cpushes to open the check valve

(11) and flows into chamber B

• Then, oil flows into the head side of

the hoist cylinder through chamber B,

retracts the hoist cylinder and lowers the body

• On the other hand, the return oil from the head side of the hoist cylinder flows out of chamber A and flows into chamber H

• At the time of lowering, the output pressure of the solenoid valve rises over the cracking pressure of the pilot check valve, and therefore, the return oil from chamber Hreturns through chamber D to the tank

2-SERVICE BRAKE RELEASED:

When the pedal of brake valve (19) is released, the operating force is eliminated by the force of the spring, and the spool is returned

When the spool removes up, the drain port is opened and the hydraulic oil in the piston

of axles return to the tank (21)

Therefore, the service brake is kept released