Nghiên cứu chẩn đoán một số phần tử kết cấu của hệ thống thuỷ lực trên các máy xây dựng tự hành

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO

Trường đại học nông nghiệp hà nội

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thựchiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2011

Người cam ñoan

Nguyễn Ngọc Thanh

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu thực hiện và hồn thành đề tài luận văn, ngồi sự nỗ lực của bản thân tơi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân, tập thể trong và ngồi trường

Trước hết tơi xin trân trọng cảm ơn đến thầy giáo PGS.TS.Bùi Hải

Triều người đã trực tiếp hướng dẫn tơi thực hiện đề tài “Nghiên cứu chẩn đốn một số phần tử kết cấu của hệ thống thuỷ lực trên máy xây dựng tự

hành ” và cũng là người đã tận tình giúp đỡ tơi trong suốt quá trình nghiên cứu và hồn thành luận văn của mình

Tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo trong bộ mơn Cơ Khí động lực - Khoa Cơ ðiện Trường ðại Học Nơng Nghiệp - Hà Nội đã hướng

dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tơi trong quá trình thực hiện luận văn

Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn ðức Thắng - Hiệu trưởng và các thầy cơ giáo Trường Cao ðẳng Nghề Cơ ðiện Tây Bắc – Hịa Bình đã tạo điều kiện và giúp đỡ tơi thực hiện quá trình thực nghiệm luận văn

ðặc biệt cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã khích lệ tơi hồn thành luận văn

Mặc dù đã rất cố gắng rất nhiều song do kinh nghiệm và kiến thức cĩ hạn nên luận văn khĩ tránh khỏi những thiếu sĩt ngồi ý muốn Tơi rất mong các thầy cơ cùng bạn bè chỉ bảo thêm để luận văn được hồn thiện hơn

Tơi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2011

Người thực hiện

Nguyễn Ngọc Thanh

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình viii

MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Những vấn đề chung về chuẩn đốn kỹ thuật 3

1.2 Khái quát về các loại máy xây dựng tự hành đang hoạt động tại Việt Nam 4

1.2.1 Khái quát về số lượng các loại máy xây dựng tự hành đang hoạt động tại Việt Nam 4

1.2.2 Các chủng loại máy xây dựng tự hành đang sử dụng ở Việt Nam 6

1.3 Truyền động và điều khiển thủy lực trên các máy xây dựng tự hành .13

1.3.1 Sự phát triển hệ thống thủy lực trên các máy xây dựng tự hành 13

1.3.2 Các dạng cấu trúc cơ bản, phổ biến của hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực trên các máy xây dựng tự hành 14

1.3.2.1 Cấu trúc và hoạt động của một bộ truyền động thủy lực .14

1.3.2.2 ðiều khiển thủy lực 17

1.3.3 Sơ đồ mạch truyền động và điều khiển thủy lực trên máy xúc tự hành19 1.3.3.1 Hệ thống thủy lực trên máy xúc điều chỉnh tổng cơng suất .19

1.3.3.2 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc 20

1.3.3.3 Hệ thống thủy lực điều khiển điện tử trên máy xúc 21

1.4 ðặc điểm kết cấu, sử dụng, điều kiện làm việc của máy xây dựng tự hành ở Việt Nam 23

1.4.1 ðặc điểm kết cấu của máy xây dựng tự hành ở Việt Nam 23

1.4.1 ðặc điểm sử dụng và điều kiện làm việc của máy xây dựng tự hành ở

Việt Nam 25

1.5 Tình hình sử dụng, dịch vụ bảo dưỡng sửa chữa hệ thống thủy lực trên các máy xây dựng ở Việt Nam 26

1.5.1 Tình hình sử dụng, dịch vụ, chăm sĩc, sửa chữa máy thủy lực ở Việt Nam 26

1.5.2 Tình hình nghiên cứu về chẩn đốn hệ thống thủy lực trong và ngồi nước .27

1.6 Nhiệm vụ và mục đích nghiên cứu 28

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ðỐN HỆ THỐNG THỦY LỰC 29

2.1 Các khái niệm chung 29

2.2 Các phương pháp chẩn đốn 34

2.2.1 Phương pháp các thơng số tĩnh học 35

2.2.2 Phương pháp nhiệt động lực học 39

2.2.3 Phương pháp dao động âm thanh .42

2.2.4 Phương pháp đặc tính biên độ pha .43

2.2.5 Phương pháp đặc tính quá độ 44

2.2.6 Phương pháp phân tích nhiễm bẩn mơi chất 45

2.2.7 Phương pháp phân tích quá trình chuyĨn tiÕp 46

CHƯƠNG 3: CHẨN ðỐN BƠM VÀ CÁC BỘ PHẬN DẪN ðỘNG THỦY LỰC 48

3.1 Mơ hình chẩn đốn các phần tử kết cấu của hệ thống thủy lực 48

3.2 Phân tích kết cấu bơm và các bộ phận dẫn động thủy lực 49

3.2.1 Bơm thủy lực 49

3.2.2 ðộng cơ thuỷ lực 51

3.2.2.1 ðộng cơ bánh răng 51

3.2.2.2 ðộng cơ cánh gạt 51

3.2.2.3 ðộng cơ piston 52

3.2.3 Xi lanh thủy lực 53

3.2.3.1 Xi lanh lực 53

3.2.3.2 Xi lanh quay 54

3.3 Các hư hỏng thường gặp trong hệ thống thủy lực 55

3.4 Xây dựng mơ hình chẩn đốn bơm 58

3.4.1 Sơ đồ thí nghiệm của bơm thủy lực 58

3.4.2 Xây dựng mơ hình chẩn đốn bơm thủy lực bằng phương pháp mơ phỏng .60

3.4.3 Sơ đồ khối chẩn đốn bơm thủy lực cĩ lọt dịng 61

3.4.4 Chẩn đốn bơm thủy lực bằng mơ hình mơ phỏng Matlab simulink 61

3.5 Xây dựng mơ hình chẩn đốn động cơ thủy lực 66

3.5.1 Thí nghiệm với động cơ thủy lực .67

3.5.2 Xây dựng mơ hình chẩn đốn động cơ thủy lực bằng phương pháp mơ phỏng .69

3.5.3 Sơ đồ khối chẩn đốn động cơ thủy lực cĩ lọt dịng 69

3.5.4 Chẩn đốn động cơ thủy lực bằng mơ hình mơ phỏng Matlab simulink 70

3.6 Xây dựng mơ hình chẩn đốn xi lanh thủy lực 76

3.6.1 Thí nghiệm với xi lanh thủy lực 77

3.6.2 Xây dựng mơ hình chẩn đốn xi lanh thủy lực bằng phương pháp mơ phỏng .79

3.6.3 Sơ đồ khối chẩn đốn xi lanh thủy lực cĩ lọt dịng 80

3.6.4 Chẩn đốn xi lanh thủy lực bằng mơ hình mơ phỏng Matlab simulink 81

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY XÚC TỰ HÀNH 86

4.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu chẩn đốn 86

4.2 Lựa chọn loại máy để thử nghiệm 86

4.3 Hệ thống thủy lực trên máy đào 1 gầu CLG 908C 89

4.4 Lựa chọn cụm máy để nghiên cứu 90

4.5 Lựa chọn phương pháp thử nghiệm 90

4.6 Lựa chọn các cảm biếm và các thiết bị đo 91

4.6.1 Cảm biến đo lưu lượng FM – 100 93

4.6.2 Cảm biến đo áp suất 94

4.6.3 Cảm biến đo nhiệt độ 95

4.7 Bộ phận khuyếch đại và chuyển đổi A/D 95

4.8 Bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng 96

4.9 Bộ phận chẩn đốn trạng thái kỹ thuật 96

4.10 Máy tính 97

4.11 Bố trí cảm biến và hệ thống gom dữ liệu 97

4.12 Xây dựng chương trình thu thập và xử lý tín hiệu 98

4.13 Kết quả thí nghiệm quá trình chuyển tiếp ở xylanh cần gầu 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102

1 Kết luận 102

2 Kiến nghị 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC CÁC BẢNG

B¶ng 1-1: Mét sè lo¹i m¸y xóc tiªu biÓu mét gµu T§TL ®ang sö dông ë ViÖt Nam 8 B¶ng 1-2: Mét sè lo¹i m¸y ñi T§TL tiªu biÓu ®ang sö dông ë ViiÖt Nam 10 B¶ng 1-3: Mét sè lo¹i m¸y san T§TL tiªu biÓu ®ang sö dông ë ViiÖt Nam 11 Bảng 2.1 Loại hư hỏng và dạng phân bố toán học 30 Bảng 2.2 Các quan hệ cơ bản ñể xác ñịnh các thông số ñộ tin cậy 31 Bảng 2.3: Công thức tính toán hiệu suất toàn phần của máy thủy lực theo phương pháp nhiệt ñộng lực học 41 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật một số loại bơm 50 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật chính của máy ñào CLG 908C 88

DANH MỤC CÁC HèNH

Hỡnh 1.1 Sơ ủồ truyền cụng suất trong một thiết bị thủy lực 14

Hỡnh 1.2 Truyền ủộng cho một xy lanh thủy lực 16

Hỡnh 1.3 Truyền ủộng cho một ủộng cơ thủy lực 17

Hỡnh 1.4 Sơ ủồ hệ thống ủiều khiển thủy lực 17

Hỡnh 1.5 Sơ ủồ hệ thống ủiều khiển 18

Hỡnh 1.6 cấu trỳc hệ thống ủiều khiển 18

Hỡnh 1.7 Hệ thống thủy lực trờn mỏy xỳc ủiều chỉnh cụng suất 19

Hỡnh 1.8 Hệ thống thủy lực nhạy tải trờn mỏy xỳc 21

Hỡnh 1.9 Hệ thống thủy lực 3 bơm ủiều khiển ủiện tử trờn mỏy xỳc 22

Hỡnh 2.1 Loại hư hỏng trong hệ thống thủy lực 29

Hỡnh 2.2 Tớnh chất hư hỏng của ủối tượng 30

Hỡnh 2.3 Quan hệ của cỏc thụng số ủặc trưng với thời gian sử dụng 31

Hình 2.4 Quan hệ hao mòn theo thời gian 32

Hình2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng lọt dầu 32

Hình 2.6 Quá trình thay đổi trạng thái 33

Hỡnh 2.7: Cỏc phương phỏp chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực 34

Hỡnh 2.8 Sơ ủồ xỏc ủịnh hệ số cung cấp của bơm 35

Hình 2.9 Sơ đồ mắc bộ thiết bị để chẩn đoán hệ thống thuỷ lực 37

Hỡnh 2.10: Quan hệ giữa ủộ lệch nhiệt ủộ ∆T vào hiệu suất toàn phần η 40

Hỡnh 2.11 Biểu ủồ tớn hiệu tớch lũy gia tốc dao ủộng của thõn bơm piston doc 43

Hỡnh 2.12 Biểu ủồ ỏp suất trờn mạch ỏp suất ủối với một chu trỡnh làm việc của bơm piston dọc trục 43

Hỡnh 2.13 Thiết bị phõn tớch dầu bụi trơn, dầu thủy lực FluidScan 45

Hỡnh 3.1: Sơ ủồ cấu tạo bơm bỏnh răng ăn khớp trong 50

Hỡnh 3.2: ðộng cơ bỏnh răng 51

Hỡnh 3.3: ðộng cơ cỏnh gạt 52

Hỡnh 3.4: ðộng cơ pittụng hướng kớnh 52

Hỡnh 3.5: ðộng cơ pittụng hướng trục 53

Hình 3.6 Xi lanh tác động đơn 54

Hình 3.7 Xi lanh tác động kép 54

Hình 3.7 Xi lanh quay 54

Hình 3.8 Sơ đồ thử bơm cĩ lọt dịng 59

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm 59

Hình 3.10 Mơ hình chẩn đốn bơm thủy lực 60

Hình 3.11 Sơ đồ khối chẩn đốn bơm thủy lực 61

Hình 3.12 thư viện simulink trong Matlab 62

Hình 3.13 Mơ trong trong matlab simulink 63

Hình 3.14 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 0 63

Hình 3.15 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 5.10-12 64

Hình 3.16 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 1.10-11 64

Hình 3.17 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 1.5.10-11 65

Hình 3.18 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 2.10-11 65

Hình 3.19 Sơ đồ thí nghiệm động cơ thủy lực cĩ lọt dịng 67

Hình 3.20 Sơ đồ hoạt động của động cơ thủy lực 67

Hình 3.21 Sơ đồ thu gọn mạch thủy lực động cơ thủy lực cĩ lọt dịng 69

Hình 3.22 Sơ đồ khối chẩn đốn động cơ thủy lực cĩ lọt dịng 69

Hình 3.23 Mơ phỏng trong Matlab simulink 71

Hình 3.24 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 0 71

Hình 3.25 Biểu đồ vận tốc gĩc ω với độ lọt dịng GLi = 0 72

Hình 3.26 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 0 72

Hình 3.27 Biểu đồ vận tốc gĩc ω với độ lọt dịng GLi = 0 73

Hình 3.28 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 4.42.10-12 73

Hình 3.29 Biểu đồ vận tốc gĩc ω với độ lọt dịng GLi = 4.42.10-12 74

Hình 3.30 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 6.63.10-12 74

Hình 3.31 Biểu đồ vận tốc gĩc ω với độ lọt dịng GLi = 6.63.10-12 75

Hình 3.32 Biểu đồ áp suất với độ lọt dịng GLi = 8.84.10-12 76

Hình 3.33 Biểu đồ vận tốc gĩc ω với độ lọt dịng GLi = 8.84.10-12 76

Hình 3.34 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 78

Hình 3.35 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 78

Hình 3.36 Sơ đồ tính tốn đơn giản của xi lanh thủy lực cĩ lọt dịng 79

Hình 3.37 Sơ đồ khối chẩn đốn xi lanh thủy lực 80

Hình 3.38 Mơ phỏng bằng simulik 81

Hình 3.39 Biểu đồ áp suất khi xi lanh cĩ độ lọt dịng δm = 0 82

Hình 3.40 Biểu đồ áp suất khi xi lanh cĩ độ lọt dịng δm = 0.0002 (m) 83

Hình 3.41 Biểu đồ áp suất khi xi lanh cĩ độ lọt dịng δm = 0.00025 (m) 83

Hình 3.42 Biểu đồ áp suất khi xi lanh cĩ độ lọt dịng δm = 0.0003 (m) 84

Hình 3.43 Biểu đồ áp suất khi xi lanh cĩ độ lọt dịng δm = 0.00035 (m) 84

Hình 4.1 Hình ảnh của máy đào một gầu di động xích CLG 908C 87

Hình 4.2 Sơ đồ thủy lực của máy đào 1 gầu CLG 908C ( Trung Quốc) 89

Hình 4.3 Thiết bị kiểm tra HTTL của hãng FLO – TECH Model PFM6 92

Hình 4.4 Sensor đo lưu lượng FM – 100 (CHLB ðức) 93

Hình 4.5 Sensor đo áp suất FESTO 94

Hình 4.6 Các cảm biến đo nhiệt độ dầu thủy lực 95

Hình 4.7 Máy tính và thiết bị đo 97

Hình 4.8 Sơ đồ bố trí các cảm biến đo trong thử nghiệm chẩn đốn 97

Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống gom và sử lý tín hiệu đo 98

Hình 4.10 Chương trình ứng dụng DasyLab 7.0 để đọc số liệu đo 98

Hình 4.11 Kết quả đo thực nghiệm tốc độ quay của động cơ diezen 99

Hình 4.12 Biểu đồ thu được bằng thiết bị đo thực nghiệm 100

Hình 4.13 Biểu đồ thu được khi sử dụng phần mềm Matlab Simulink 100

ưu điểm hơn các kiểu truyền động khác, tuy nhiên để khai thác hết các ưu điểm ngồi việc yêu cầu phải cĩ ngành chế tạo máy tiên tiến, chúng địi hỏi phải cĩ chế độ bảo dưỡng, chăm sĩc kỹ thuật hợp lý, phát hiện và sửa chữa, thay thế kịp thời các chi tiết hư hỏng trong hệ thống Trong hệ thống thủy lực các cụm chi tiết cĩ vai trị cực kỳ quan trọng với cả hệ thống, một cụm làm việc kém hiệu quả cũng đủ làm giảm rất lớn hiệu xuất của máy, thậm chí cịn

cĩ thể làm máy dừng hoạt động Hệ thống thủy lực là một hệ thống kín, việc xác định mức độ hư hỏng và vị trí hư hỏng trong hệ thống là rất khĩ, theo thống kê thời gian cho cơng tác chuẩn đốn thử nghiệm chiến tới 40% tổng thời gian sửa chữa, thời gian dừng máy để sửa chữa ảnh hưởng rất lớn đến kế hoạch sản xuất, tiến độ thi cơng cơng trình

Sau một thời gian làm việc, tình trạng kỹ thuật của hệ thống thủy lực

sẽ xấu đi với các biểu hiện giảm thấp chất lượng hoạt động của chúng được thể hiện chủ yếu bằng sự giảm cơng suất truyền động, tải trọng làm việc lớn nhất giảm, tốc độ làm việc của cơ cấu giảm, nhiệt độ làm việc tăng, cường độ tiếng ồn khi máy làm việc tăng Nguyên nhân cơ bản dẫn đến hiện tượng trên

là độ mịn của các chi tiết làm việc tăng, các gioăng phớt bị lão hĩa, mịn dẫn tới khe hở giữa các bề mặt làm kín tăng Những hiện tượng hư hỏng này

hồn tồn cĩ khả năng xác định được nhờ các biện pháp kiểm tra, chẩn đốn

kỹ thuật hệ thống thủy lực

Qua các thơng số xác định được trong quá trình thử nghiệm, ta cĩ thể xác định được thời gian làm việc, định ra các nguyên tắc khai thác kỹ thuật hợp lý hay đánh giá chất lượng chung cho các cụm máy nĩi riêng cũng như tồn bộ hệ thống thủy lực nĩi chung Bên cạnh đĩ cơng tác thử nghiệm cịn cung cấp những số liệu rất thực tiễn hết sức quan trọng và chỉ ra các biện pháp cơng nghệ hợp lý trong cơng tác chế tạo mới

Xuất phát từ những nhu cầu thiết thực trên tơi đã chọn và thực hiện đề

tài luận văn “ Nghiên cứu chẩn đốn một số phần tử kết cấu của hệ thống

thủy lực trên các máy xây dựng tự hành” Với mong muốn kết quả nghiên cứu này của tơi cĩ thể được sử dụng làm cơ sở nghiên cứu phân tích các hệ thống thủy lực trên các máy chuyên dụng Và cĩ thể đánh giá chất lượng của

hệ thống thủy lực, đồng thời thuận lợi cho việc thiết kế cải tiến, chuyển đổi truyền động điều khiển cũng như để làm phương tiện trợ giúp cho cơng tác bảo dưỡng chẩn đốn và sửa chữa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những vấn đề chung về chuẩn đốn kỹ thuật

Chẩn đốn kỹ thuật là tổng hợp tất cả các biện pháp để nhận biết về trạng thái của một hệ thống kỹ thuật

Trong kỹ thuật chẩn đốn hiện đại cùng tồn tại hai khái niệm: đĩ là giám sát và chẩn đốn

- Giám sát chỉ đảm nhận việc tìm ra lỗi hoặc hư hỏng thơng thường, giám sát mơ tả một trạng thái

- Chẩn đốn, ngồi việc tìm lỗi hoặc hư hỏng hay mơ tả trạng thái cịn nhận dạng, xác định vị trí và lượng hĩa các lỗi và hư hỏng Các phép đo được thực hiện trong quá trình giám sát và đưa ra nhiều dấu hiệu chẩn đốn Các dấu hiệu chẩn đốn được đánh giá riêng lẻ trong một mơ hình đơn phương án hoặc đánh giá liên hợp trong một mơ hình đa phương án

- Việc phân biệt hai khái niệm này như vậy là rất nguy hiểm vì khơng phải tất cả các lỗi đều được phát hiện bởi việc giám sát Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính và kỹ thuật điện tử đã xuất hiện các cơng cụ cĩ phần cứng, phần mềm xử lý tín hiệu hiện đại thì việc giám sát cĩ thể thực hiện cả phần của việc chẩn đốn Cho nên hai khái niệm giám sát và chẩn đốn đang dần hịa tan vào nhau và chỉ cần một hệ thống giám sát cĩ thể thực hiện cả phần việc của chẩn đốn

- Tuy nhiên, để phân tích cĩ hệ thống và vận dụng cĩ hiệu quả vào đề tài luận văn thì khái niệm chẩn đốn được tách thành hai giai đoạn

- Nhận biết hư hỏng: đảm nhận việc giám sát và nhận dạng hư hỏng, tạo dấu hiệu hư hỏng so sánh với trạng thái chẩn và xác định triệu chứng hư hỏng

- Chẩn đốn hư hỏng: đảm nhận việc cơ lập hư hỏng và phân tích hư hỏng, xây dựng mối quan hệ giữa hư hỏng và triệu chứng hư hỏng

1.2 Khái quát về các loại máy xây dựng tự hành ñang hoạt ñộng tại Việt Nam

1.2.1 Khái quát về số lượng các loại máy xây dựng tự hành ñang hoạt ñộng tại Việt Nam

Nước ta những năm kháng chiến chống thực dân Pháp, nền công nghiệp vẫn ñang trong giai ñoạn lạc hậu Công việc thi công các công trình xây dựng như ñường xá, cầu cống, sân bay, ñê ñập, mương máng chủ yếu làm bằng chân tay Trong khi các công việc ñó lại có khối lượng công việc khá lớn nhất là công tác làm ñất

Ví dụ: Khi ta thực hiện làm 1 km ñường sắt cần phải làm 10 – 50 nghìn m3ñất, tùy theo nó ñi qua vùng ñồng bằng hay ñồi núi hiểm trở 1km ñường ô tô cần phải làm 10 – 20 nghìn m3 ñất

Trong những năm gần ñây mức ñộ cơ giới hóa trong lĩnh vực thi công

và xếp dỡ ở nước ta ngày càng tăng Tỉ lệ trang bị cơ giới tính trên ñầu người

và khối lượng khai thác có thể sánh ngang với nhiều nước trong khu vực Tính ñến năm 1993 tổng số thiết bị cơ giới của ta ñã lên tới 40.000 chiếc với tổng công suất trên 2,5 triệu KW, bao gồm gần 350 chủng loại khác nhau của

24 nước sản xuất

Cụ thể tỉ lệ các loại máy xây dựng ở nước ta hiện nay như sau ( tổng số máy xây dựng):

- Máy thi công chuyên dùng 24,5%

Trong ñó, các máy xây dựng ñược phân chia cho các Bộ, ngành quản lý theo tỉ lệ:

- Bộ Xây dựng quản lý 30%

- Bộ Giao thông vận tải quản lý 20%

Còn lại phân chia cho các bộ, ngành và ñịa phương khác Với lực lượng

cơ giới ñó các cơ sở thi công và xếp dỡ hàng năm ñã có thể ñào ñắp ñược hàng trăm triệu m3 ñất ñá, xếp dỡ và vận chuyển ñược hàng chục triệu tấn hàng góp phần không nhỏ vào công cuộc xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân Tuy vậy bên cạnh những cố gắng ñáng kích lệ cũng phải công nhận một sự thật là hiệu quả khai thác các máy xây dựng ở nước ta còn quá thấp

Số ñầu xe thực tế hoạt ñộng chỉ khoảng 50-60% hệ số sử dụng thời gian của các máy không vượt quá 0,5 ñó là chưa kể hàng ngàn thiết bị cơ giới khác phải thanh lý trước thời gian quy ñịnh Những ñề tài nghiên cứu tổng kết về vấn ñề này ñã chỉ cho biết trong tổng số những nguyên nhân ñã dẫn tới hậu quả trên, nguyên nhân yếu kém về công tác tổ chức, quản lý và khai thác sử dụng các máy ñó chiếm tới 30% Một trong những thiếu sót lớn về mặt này là

do nhiều cơ sở xây dựng và xếp dỡ cơ giới việc ñầu tư trang thiết bị máy móc thiết bị phục vụ chưa ñược hợp lý Tính bất hợp lý của công tác trên thể hiện

ở các ñiểm cơ bản sau:

- Tính năng kỹ thuật chưa hoàn toàn phù hợp với ñặc ñiểm ñối tượng khai thác

- Số chủng loại máy quá nhiều gây phức tạp cho công tác quản lý, khai thác thiếu ñồng bộ

- Các máy ñược lựa chọn phần lớn chưa ñảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cao

- Tuy vậy trong khoảng vài năm trở lại ñây những nhược ñiểm trên ñã

và ñang dần dần ñược khắc phục

Cùng với các yêu cầu cấp bách nâng cao chất lượng các công trình thi công, việc cạnh tranh ñấu thầu quốc tế cũng như tư duy ñổi mới của các nhà quản lý và chỉ ñạo thi công hàng loạt máy xây dựng hiện ñại có tính năng tiên tiến ñã ñược nhập vào Việt Nam chủ yếu từ các nước Nhật Bản, CHLB ðức, Hàn Quốc, Mỹ Bên cạnh các loại máy xúc, ủi truyền thống ta ñã thấy xuất hiện các thiết bị ñặc chủng như máy bơm bê tông, máy khoan cọc nhồi

Ngoài ra với nền công nghiệp chưa phát triển cao, ta cũng ñã tự thiết

kế, chế tạo nhiều tổ hợp máy xây dựng có tính chọn lọc như các trạm trộn bê tông asphal, trạm trộn bê tông xi măng với hệ thống cân ño tiên tiến, các hệ thống giàn búa ñóng cọc, máy thi công cọc bấc thấm

ðể có thể tính chọn hợp lý các phương tiện cơ giới xây dựng nhằm khắc phục những nhược ñiểm trên cần phải nắm vững các phương pháp tính toán lựa chọn chúng theo các mục tiêu kinh tế - kỹ thuật ñược ñặt ra phù hợp với ñặc ñiểm môi trường khai thác

1.2.2 Các chủng loại máy xây dựng tự hành ñang sử dụng ở Việt Nam

Hòa nhập với sự phát triển của thời ñại, các máy xây dựng có khuynh hướng thủy lực hóa dần dần ñã trở thành một trong những khuynh hướng phát triển chủ yếu và nó ñã chiếm ưu thế một cách tuyệt ñối Truyền ñộng thủy lực

là một tiến bộ khoa học kỹ thuật do vậy khoảng 35 năm trở lại ñây các máy xây dựng dùng truyền ñộng thủy lực ñược sử dụng rất phổ biến và rộng rãi

Từ những năm 1983 số máy xúc một gầu của Liên Xô (cũ) sử dụng hệ thống truyền ñộng thủy lực chiếm tới 78% tổng số máy xúc Ở Mỹ từ năm

1972 con số này ñã chiếm khoảng 80% Năm 1984 các nước tư bản phát triển như Nhật Bản, Mỹ, ðức, Anh, Ý, Thụy ðiển các máy xây dựng dùng truyền ñộng thủy lực như cần trục ô tô, xe nâng hàng, máy làm ñất chiếm tới 94% cho tới nay con số này ñã gần tới 100% Hiện nay trên thị trường thế giới các loại máy làm ñất cỡ vừa và cỡ nhỏ ñược trao ñổi buôn bán ñều sử dụng truyền ñộng thủy lực

Trên thế giới xu hướng các máy sử dụng truyền ựộng thủy lực ựã và ựang phát triển mạnh mẽ là thay thế dần dần các loại máy xúc sử dụng truyền ựộng cơ khắ Tuy nhiên ựối với một số loại máy xúc cỡ lớn từ 3,2 Ờ 4,5 m3 ựã có một số nước như Nhật Bản, đức, Thụy điển ựang tiến hành thử nghiệm, nhưng khuynh hướng phát triển các loại máy xúc sử dụng truyền ựộng thủy lực

cỡ lớn còn chưa rõ rệt, còn cần phải tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số vấn ựề

kỹ thuật phức tạp và khả năng chế tạo Song với trình ựộ phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay chúng tôi hoàn toàn có thể thủy lực hóa máy xúc

Tình hình sử dụng các loại máy xây dựng ở nước ta cho thấy các loại máy chủ yếu nhập từ nước ngoài ( chiến khoảng 90%) đến nay tổng số máy ựã lên tới khoảng 50.000 chiếc với hơn 350 chủng loại khác nhau Những loại này ựược chế tạo từ các hãng khác nhau trên thế giới Khuynh hướng thủy lực hóa trên thế giới ựã có ảnh hưởng rõ rệt ựến các máy xây dựng sử dụng ở nước ta

Các loại máy xây dựng sử dụng hệ thống truyền ựộng thủy lực ở nước

ta cũng chủ yếu là nhập ngoại từ rất nhiều nước khác nhau trên thế giới như các nước đông Âu, Liên Xô (cũ), CHDC đức, Thụy điển, đan Mạch, Hà Lan, Nhật Bản, Pháp, Ý Các máy xây dựng sử dụng hệ thống truyền ựộng thủy lực ở nước ta do nhập ngoại từ nhiều nước nên rất ựa dạng và phong phú

về chủng loại Hiện nay ở nước ta có những loại máy xây dựng truyền ựộng thủy lực từ công suất nhỏ như: máy ủi D20A-51, D21A-5, máy xúc WB04-2, PC-02 của hãng Komatsu Nhật Bản tới những loại máy cỡ lớn hiện ựại như: Máy ủi D2-68, máy xúc EO-1252 của Liên Xô (cũ), máy ủi D455A1 của hãng Komatsu Nhật Bản, máy xúc HD-1520GS của hãng Kato Nhật Bản, máy xúc PM1-2300 của Ý

Ta hãy xem xét một số loại máy sử dụng truyền ựộng thủy lực tiêu biểu ựang sử dụng rộng rãi ở nước ta qua các thống kê

Bảng 1-1 thống kê một số loại máy xúc một gầu dùng truyền ñộng thủy lực tiêu biểu ñang sử dụng rộng rãi ở Việt Nam qua bảng thống kê này ta có thể nhận thấy rằng: các loại máy xúc chế tạo trong những năm gần ñây có xu hướng tăng áp suất dầu công tác từ (250-350) kG/cm2 và thường sử dụng các loại bơm, ñộng cơ thủy lực có khả năng ñiều chỉnh ñược lưu lượng Với khuynh hướng thủy lực hóa máy xúc trên thế giới mà các loại máy xúc dùng truyền ñộng thủy lực sử dụng ở nước ta ngày càng phổ biến Máy ủi dùng truyền ñộng thủy lực ñang ñược sử dụng rộng rãi ở nước ta cũng chiến tỉ lệ ñáng kể

Bảng 1-2 thống kê một số loại máy ủi dùng hệ thống truyền ñộng thủy lực tiêu biểu ñang ñược sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Nhìn vào thống kê trên cho ta thấy rõ ràng các loại máy ủi dùng truyền ñộng thủy lực thường sử dụng các loại bơm bánh răng với áp suất dầu công tác từ 100-130 kG/cm2

Bảng 1-3: Một số loại máy san TĐTL tiêu biểu đang sử dụng ở Việt Nam

TT Mã hiệu máy Nước sản

xuất

Kiểu bơm thuỷ lực

áp suất dầu (kG/cm2)

Trọng lượng

Công suất động cơ (Hp)

san tự hành dùng truyền ựộng cơ khắ ựiển hình là: tắnh cơ ựộng cao, trọng lượng nhỏ, năng suất cao hơn trong cùng một ựiều kiện như nhau Trong một

số máy san hiện ựại sử dụng cơ cấu di chuyển kiểu truyền ựộng thủy lực làm tăng thêm tắnh năng hoạt ựộng của máy

Máy bốc xúc ( còn gọi là máy xúc vượt ) ựang ựược sử dụng phổ biến ở nước ta Các loại máy này 100% dùng truyền ựộng thủy lực và ựược nhập từ nhiều nước bao gồm hàng chục kiểu loại đa số các bơm thủy lực ựều là bơm bánh răng có áp suất dầu từ (100-120) kG/cm2, các loại dùng bơm piston rô ro hướng trục như: TO-18, TO-18A có áp suất dầu công tác ựến 160 kG/cm2 Qua thống kê xem xét các loại máy xây dựng sử dụng hệ thống truyền ựộng thủy lực ở nước ta có thể rút ra một vài nhận xét sau:

Các máy xây dựng ở nước ta do ựặc ựiểm nhập ở nước ngoài nên hệ thống truyền ựộng thủy lực trên các máy rất ựa dạng và phong phú về kiểu loại và hình thức truyền ựộng

- Áp suất công tác của hệ thống truyền ựộng thủy lực rất khác nhau tùy theo loại bơm và trình ựộ của nước sản xuất ( đối với Liên Xô cũ, áp suất công tác từ 100 Ờ 250 kG/cm2 , ựối với Nhật Bản, đức, Ý áp suất công tác từ 250-320 kG/cm2)

Hệ thống truyền ựộng thủy lực có xu hướng sử dụng nhiều bơm và ựộng cơ, có khả năng ựiều chỉnh ựược trên các máy hiện ựại

đa số hệ thống truyền ựộng thủy lực trên các máy xây dựng ựều dùng kiểu mạch hở, kiểu mạch kắn ắt ựược sử dụng do những nhược ựiểm cơ bản của nó như:

+ đòi hỏi mức ựộ kắn khắt cao ở các ựầu nối, hộp phân phối, ựầu nối xi lanh + Dầu không ựược làm mát trước khi vào bơm do vậy nhiệt ựộ của hệ thống tương ựối cao, dầu dễ cháy, gây bẩn

+ Phải bố trắ bơm phụ ựể bổ xung thêm chất lỏng

Việc khảo sát các thông số cấu trúc, tình hình trang bị hệ thống truyền ñộng thủy lực và tình hình sử dụng các máy xây dựng ở nước ta cho thấy chúng rất phong phú và ña dạng về chủng loại, cấu trúc, ñặc ñiểm cấu tạo, hình thức ñiều khiển, áp suất chất lỏng công tác, chất lượng chế tạo của các

bộ truyền thủy lực Những ñiều ñó dẫn tới khả năng thích nghi với ñiều kiện khai thác ở nước ta và chất lượng hoạt ñộng của các bộ truyền ñộng thủy lực cũng sẽ khác nhau Chất lượng hoạt ñộng của các bộ truyền ñộng thủy lực trên các máy xây dựng còn chịu ảnh hưởng hàng loạt các yếu tố trong ñiều kiện khai thác thực tế như các yếu tố về tự nhiên, tổ chức – kỹ thuật, kinh tế -

xã hội

Các máy xây dựng dùng truyền ñộng thủy lực ñang sử dụng ở nước ta hiện nay ñược chế tạo từ các nước có nhiệt ñộ môi trường thấp trong khi ở nước ta nhiệt ñộ môi trường cao hơn (23-27)oC, chúng chưa ñược nhiệt ñới hóa Máy làm việc trong môi trường nhiệt ñộ tăng sẽ làm cho nhiệt ñộ chất lỏng công tác cũng tăng theo, do ñó chất lỏng công tác nhanh bị biến chất, tốc

ñộ lão hóa của các gioăng phớt cao su, ñường ống cao su tăng, làm giảm tuổi thọ của các chi tiết cao su Khi nhiệt ñộ tăng lên ñộ nhớt của chất lỏng công tác sẽ giảm ñi, tốc ñộ công tác của các cơ cấu chấp hành chậm lại, năng lực khai thác bị giảm sút ðể ñảm bảo năng lực khai thác máy xây dựng và nâng cao tuổi thọ của hệ thống truyền ñộng thủy lực khi khai thác ở nước ta cần thực hiện nghiêm ngặt các quy ñịnh về bảo dưỡng ñịnh kỳ chăm sóc thường xuyên, tăng cường hệ thống làm mát chất lỏng công tác, chọn loại dầu có ñộ nhớt cao

1.3 Truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực trên các máy xây dựng tự hành 1.3.1 Sự phát triển hệ thống thủy lực trên các máy xây dựng tự hành

Trên thế giới trước những năm 1965 nền công nghiệp thủy lực chưa phát triển nên máy xây dựng tự hành ña số là truyền ñộng cơ khí

Giai ñoạn từ những năm 1965 ñến năm 1975 nền công nghiệp thế giới ñã có cải biến cơ bản trong ngành chế tạo máy, ñó là việc bắt ñầu ñưa truyền ñộng thủy lực vào các máy xây dựng tự hành

Ban ñầu truyền ñộng thủy lực mới chỉ áp dụng ở một số hệ thống truyền ñộng ñơn giản ví dụ hệ thống lái, cơ cấu quay ngay lập tức số lượng máy xây dựng ñã tăng lên nhanh chóng ðến nay hầu hết các hệ thống truyền ñộng trên máy xây dựng tự hành từ cơ cấu quay toa, hệ thống lái, cơ cấu di chuyển, hệ thống ñiều khiển thiết bị công tác ñều sử dụng truyền ñộng thủy lực

1.3.2 Các dạng cấu trúc cơ bản, phổ biến của hệ thống truyền ñộng

và ñiều khiển thủy lực trên các máy xây dựng tự hành

1.3.2.1 Cấu trúc và hoạt ñộng của một bộ truyền ñộng thủy lực

Cấu trúc và tác ñộng lẫn nhau của các nhóm cấu trúc truyền ñộng thủy lực ñược trình bày trên hình 1.1 Phần thủy lực bao gồm bơm thủy lực ñể tạo dòng dầu có áp suất, xy lanh thủy lực hoặc ñộng cơ thủy lực và phụ tải Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các van ñiều khiển và các bộ phận phụ trợ thủy lực ñặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bộ tích áp và các bộ phận khác

Hình 1.1 Sơ ñồ truyền công suất trong một thiết bị thủy lực

Máy ñộng lực thường ñược sử dụng là ñộng cơ ñiện hoặc ñộng cơ ñốt trong truyền cho bơm mô men quay M1 , tần số quay n1 (v/s) và cung cấp một công suất cơ học:

Công suất này ñược chuyển ñổi thành công suất thủy lực trong bơm:

Trong ñó: p là áp suất dầu yêu cầu từ máy công tác

Q là lưu lượng ñược tính từ tần số quay và kích thước của bơm Dòng dầu có áp suất trong thiết bị thủy lực ñược dẫn qua các ñường ống và các van ñiều khiển ñến xi lanh hoặc ñộng cơ thủy lực, tại ñó công suất thủy lực lại ñược biến ñổi thành công suất cơ học cần thiết của máy công tác ðối với các xy lanh thủy lực công suất cần thiết ñược tính theo lực yêu cầu trên cần piston và vận tốc piston

ðối với ñộng cơ thủy lực công suất yêu cầu ñược tính theo số liệu của máy công tác:

Sơ ñồ kỹ thuật biểu diễn bộ truyền theo ký hiệu mạch thủy lực ñược trình bày trên hình 1.2 Hình 1.2a mô tả hoạt ñộng chung của bơm thủy lực,

xy lanh thủy lực và thùng dầu Trong sơ ñồ này sử dụng bơm có thể tích làm việc không ñổi và một xi lanh tác ñộng kép Bơm thủy lực hút dầu từ bình và cung cấp lưu lượng dầu Q với áp suất p lên xi lanh Lưu lượng Q tỉ lệ thuận với tần số quay của bơm dầu và xác ñịnh vận tốc của piston Mô men truyền lực tỉ lệ thuận với áp suất ñược tạo ra ứng với tải trọng tác ñộng lên piston

Do bơm chỉ cung cấp một phía, trong khi ñó xi lanh lại cần chuyển ñộng ñược cả hai chiều cho nên cần bố trí một van phân phối ñể phân phối dòng dầu ñến mỗi phía mong muốn của piston Van phân phối xác ñịnh việc khởi ñộng, dừng lại và chiều chuyển ñộng ( nghĩa là toàn bộ quá trình chuyển

ñộng) của piston Trên hình 1.2b van phân phối ñang ở vị trí ñiều khiển hành trình tiến của piston Lúc ñó dòng dầu từ bơm chuyển ñộng qua van phân phối ñến phần bên trái của xi lanh và ñẩy piston chuyển ñộng sang phải, ñồng thời phần dầu ở ngăn bên phải piston ñược chảy qua van trở về thùng dầu Hành trình trả về ñược thực hiện khi van phân phối ở vị trí ñối diện ( hình 1.2c) Tại

vị trí trung gian của van phân phối cả hai ñường dầu ñến xi lanh ñều bị chặn lại và dòng dầu từ bơm có thể chảy gần như không có áp suất về thùng

Hình 1.2 Truyền ñộng cho một xy lanh thủy lực

a) Cấu trúc cơ bản; b) Hành trình tiến; c) Hành trình trả về

ðể ñảm bảo an toàn cho thiết bị thủy lực hoặc hạn chế áp suất cực ñại người ta sử dụng các loại van giới hạn áp suất ( hình 1.2b, c) Khi áp suất dầu tạo ra áp lực lớn hơn lực lò xo, van sẽ mở và dòng dầu từ bơm sẽ chảy qua van về thùng mang theo cả phần nhiệt lượng sinh ra khi ñó trong hệ thống

Sơ ñồ truyền ñộng cho một ñộng cơ thủy lực cũng có thể ñược sử dụng tương

tự Sơ ñồ hoạt ñộng và sơ ñồ mạch thủy lực ñối với ñộng cơ thủy lực không

thay ñổi thể tích làm việc ñược trình bày trên hình 1.2 ðộng cơ có thể quay hai chiều nhờ chuyển mạch và van phân phối Van giới hạn áp suất ñược bố trí ñể giới hạn mô men quay khi quá tải

Hình 1.3 Truyền ñộng cho một ñộng cơ thủy lực

1- Van giới hạn áp suất; 2- Van phân phối 4/3; 3- ðộng cơ thủy lực

1.3.2.2 ðiều khiển thủy lực

Hệ thống ñiều khiển thủy lực bao gồm các phần tử sau:

1) Cơ cấu tạo năng lượng: Bơm dầu, bộ lọc

2) Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn

3) Phần tử sử lý: van áp suất, van ñiều chỉnh từ xa

4) Phần tử ñiều khiển: van ñảo chiều

5) Cơ cấu chấp hành: xi lanh, ñộng cơ thủy lực

Hình 1.4 Sơ ñồ hệ thống ñiều khiển thủy lực

a) Sơ ñồ khối của hệ thống ñiều khiển

Hình 1.5 Sơ ñồ hệ thống ñiều khiển

b) Cấu trúc của hệ thống ñiều khiển thủy lực

Hình 1.6 cấu trúc hệ thống ñiều khiển

1.3.3 Sơ ñồ mạch truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực trên máy xúc

tự hành

1.3.3.1 Hệ thống thủy lực trên máy xúc ñiều chỉnh tổng công suất

Mạch thủy lực trong hệ thống là mạch nối ghép hai mạch hở ñược cung cấp dầu từ hai bơm ñiều chỉnh tổng công suất

Hình 1.7 Hệ thống thủy lực trên máy xúc ñiều chỉnh công suất

Bơm 1 cung cấp dầu cho các khôi van A và C mắc nối tiếp Bơm dầu 2 cung cấp dầu cho các khối van B và C cũng mắc nối tiếp Hai phụ tải trên mỗi khối van ñược mắc song song Các van chặn dòng ngăn ngừa dịch chuyển không mong muốn của các phụ tải khi chịu tải lớn Nhờ liên hợp như vậy hai phụ tải trên mỗi khối bất kỳ ( ngoài hệ thống di ñộng) có thể hoạt ñộng ñồng thời và không phụ thuộc lẫn nhau, khi ñó chúng luôn ñược cung cấp dầu từ một bơm riêng Tất cả các bộ phận làm việc ñều có bộ phận bảo vệ áp suất

riêng, trên xy lanh còn cần ñược bổ xung một van chặn dòng tiết lưu ñể giới hạn vận tốc tụt xuống Dòng dầu về ñược lọc dầu và làm mát Van áp suất 1 ñược ñiều khiển từ áp suất vào trên ñường dầu về của ñộng cơ di ñộng có tác dụng ngăn ngừa vận tốc quá cao khi hạ xuống hố bằng cách tiết lưu dòng dầu khi áp suất vào quá nhỏ Máy xúc ñược lái bằng cách tiết lưu trên ñường dầu vào các ñộng cơ ở hai bên xích

1.3.3.2 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc

Hệ thống hoạt ñộng với bốn bơm thủy lực: Bơm ñiều khiển ñược 1, 2, 3

và bơm cung cấp dầu cho hệ thống di ñộng và các xi lanh thủy lực, hai bơm thủy lực có thể tích làm việc không ñổi cung cấp dầu cho ñiều khiển trước và bàn xoay Bơm dầu 1 ñược ñiều chỉnh nhờ một bộ ñiều chỉnh liên hợp cấu tạo

từ bộ ñiều chỉnh dòng 5 và bộ ñiều chỉnh áp suất 6 Trong khi áp suất làm việc trong mạch thủy lực bàn xoay tác ñộng trực tiếp vào con trượt của van 6 thì áp suất bơm của bơm dầu 2 lại ñược truyền qua tay ñòn 7 ñến con trượt của van 6 Quãng ñường ñiều khiển thay ñổi của van này phụ thuộc vào vị trí của xi lanh ñiều khiển bơm 8 Khi lưu lượng cung cấp từ bơm 1 lớn thì sự thay ñổi áp suất hệ thống sẽ tác ñộng một quãng ñường ñiều khiển bơm nhỏ, khi lưu lượng cung cấp lớn sẽ ñiều khiển mạnh hơn Như vậy sẽ có ñược một ñường hyperbol công suất theo yêu cầu ñể ñiều chỉnh công suất Các van nhạy tải 9-13 ñược ñóng mạch trước nhờ các cân áp xuất sơ cấp 14-18 ñể ñạt ñược chuyển ñộng ñều của tất cả các phụ tải ngay cả khi có các áp suất tải khác nhau

Mỗi áp suất tải cao nhất ñược dẫn qua van ñổi chiều 19-22 ñến bộ ñiều chỉnh dòng cung cấp 5 ðể tránh bị ngắt áp suất nhạy tải và ñiều khiển bơm 1 khi dòng chuyển ñộng xuống dốc, các cân áp suất sơ cấp 17 và 18 ñược tác ñộng ñi ñộng từ phía áp suất cao thông qua các van chuyển mạch 23 và 24 trong mạch thứ cấp của hệ thống

Hình 1.8 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc

1,2,3,4 – Các bơm dầu; 5- Bộ ñiều chỉnh dòng; 6- Bộ ñiều chỉnh công suất; 7- Tay ñòn; 8- Xy lanh ñiều khiển bơm; 9,13- Các van nhạy tải; 14,18– Các

cân áp suất; 19,22- Các van ñổi chiều; 23,24- van chuyển mạch

1.3.3.3 Hệ thống thủy lực ñiều khiển ñiện tử trên máy xúc

Hệ thống làm việc với 3 bơm dầu ñiều khiển ñược 1,2,3 và một bơm không thay ñổi ñược thể tích làm việc 4 Việc ñiều khiển và giám sát các bơm thủy lực và ñộng cơ truyền lực ñược thực hiện nhờ một hệ thống vi sử lý Bàn xoay ñược cung cấp dầu từ bơm 1 trong mạch kín Các bơm còn lại làm việc trong mạch hở Bơm 1 luôn cung cấp cho ñộng cơ bàn xoay một lưu lượng ñủ lớn theo yêu cầu ñể giữ ñộ chênh lệch áp suất trên ñộng cơ bàn xoay ở giá trị cần thiết Khi cân áp suất trên tăng tốc thì mô men quay thay ñổi tỷ lệ thuận với ñộ lệch của tay ñòn ñiều khiển Khi hãm có thể vận dụng ñộng năng ñể

làm hoạt ñộng các bơm khác, sau ñó bơm 1 hoạt ñộng ở chế ñộ ñộng cơ như hình 1.9

Hình 1.9 Hệ thống thủy lực 3 bơm ñiều khiển ñiện tử trên máy xúc

1,2,3,4- Bơm dầu; 5,6,7,8- Van phân phối; 9- Các van chặn;

10,11- Bộ ñiều chỉnh công suất;

Khối ñiều khiển van phân phối từ 5 ñến 8 ñược thiết kế sao cho khi chỉ tác ñộng ñến một phụ tải thì nó chịu tác ñộng của lưu lượng dầu từ bơm 2 và bơm 3 Bơm 2 và bơm 3 ñược ñiều khiển theo nhu cầu nhờ áp suất ñiều khiển trước của van phân phối mở rộng nhất trước ñó

Những áp suất ñiều khiển trước cao nhất ñược thông báo ñến bộ ñiều khiển bơm qua van chặn 9 Nếu không có phụ tải nào hoạt ñộng thì ñĩa lắc bơm xoay trả về Khi ñiều khiển theo nhu cầu như vậy có thể xuất hiện ảnh hưởng ngược nhau của hai phụ tải tác ñộng ñồng thời Việc ñiều chỉnh tải trọng giới hạn thông qua các bơm 2 và 3 nhằm ngăn ngừa ñộng cơ ñốt trong bị quá tải Nếu tần số quay ñộng cơ giảm khi tăng tải trọng quá giá trị ñặt trên các bộ ñiều khiển 10, 11 thì bơm sẽ ñược ñiều khiển sao cho ñộng cơ không bị nghẹt ñến chết máy ðiều chỉnh công suất riêng là ñiều khiển theo nhu cầu và có ưu ñiểm so với ñiều chỉnh công suất thông thường là không cần dự trữ công suất cho các truyền ñộng phụ

1.4 ðặc ñiểm kết cấu, sử dụng, ñiều kiện làm việc của máy xây dựng tự hành ở Việt Nam

1.4.1 ðặc ñiểm kết cấu của máy xây dựng tự hành ở Việt Nam

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật công nghệ hiện ñại, ngày nay kỹ thuật thủy lực tạo ra cho các nhà thiết kế cơ khí rất nhiều khả năng mới so với các giải pháp cơ khí trước ñây Một trong số ñó là khả năng thực hiện bằng thủy lực các chức năng mà trước ñây thực hiện thuần túy bằng cơ khí của các phụ tải cấu trúc máy Rất nhiều các bộ phận cơ cấu cơ học ñược thay thế bằng các bộ phận cơ cấu thủy lực, ví dụ các loại phanh, cơ cấu lái, cơ cấu nâng hạ cơ học ñược thay thế bằng loại phanh, cơ cấu lái, cơ cấu nâng

hạ thủy lực trên các ô tô, máy xây dựng tự hành, máy nông nghiệp, máy khai thác mỏ Thực tế cho thấy rằng phần lớn hệ thống thủy lực cho khả năng ñạt ñược sự hoạt ñộng tốt hơn, việc ñiều khiển máy ñược thực hiện dễ dàng hơn, khả năng vượt trội về kinh tế lao ñộng,

Truyền ñộng thuỷ lực có thể ñược hiểu là một quá trình chuyển hoá và truyền năng lượng từ bộ phận này sang bộ phận khác trong các máy công tác Truyền ñộng cơ học là quá trình truyền dẫn năng lượng trực tiếp từ bộ phận

này sang bộ phận khác mà dạng năng lượng không bị thay ñổi ðối với truyền ñộng thuỷ lực, trong quá trình truyền ñộng, dạng năng lượng ñược qua hai lần chuyển hóa: Năng lượng cơ học ñược chuyển hóa thành năng lượng của dòng chất lỏng (áp năng), dòng chất lỏng ñược dẫn ñến vị trí thuận lợi, sau ñó ñược chuyển hoá thành cơ năng và truyền ñến bộ phận nhận năng lượng

Trong máy móc cơ giới hóa, truyền ñộng thuỷ lực ñóng vai trò hết sức quan trọng, nó có rất nhiều ưu ñiểm như:

- Truyền ñược công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương ñối ñơn giản, hoạt ñộng với ñộ tin cậy cao mà lại ít ñòi hỏi về chăm sóc, bảo dưỡng

- Tốc ñộ truyền ñộng cao;

- ðiều chỉnh ñược vận tốc làm việc vô cấp và êm dịu, dễ thực hiện tự ñộng hóa theo ñiều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tự dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau, ñường truyền sử dụng thường là các ống mềm dễ thay ñổi vị trí

- Có khả năng giảm khối lượng và kính thước các thiết bị nhờ chọn áp suất thuỷ lực cao

- Nhờ bán kính nhỏ của bơm và ñộng cơ thuỷ lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va ñập như trong trường hợp truyền ñộng cơ khí

- Dễ biến ñổi chuyển ñộng quay của ñộng cơ sang chuyển ñộng tịnh tiển của cơ cấu chấp hành

- An toàn quá tải nhờ van áp suất

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ thống thuỷ lực phức tạp và nhiều mạch, nhiều nhánh truyền

- Tự ñộng hóa ñơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

1.4.2 ðặc ñiểm sử dụng và ñiều kiện làm việc của máy xây dựng tự hành ở Việt Nam

Môi trường nhiệt ñới của nước ta có ñộ ẩm tương ñối cao (80-100%) trong khi ở các nước chế tạo các thiết bị kể trên có ñộ ẩm tương ñối thấp (10-20%) ðộ ẩm cao là nguyên nhân cơ bản dẫn tới han rỉ, ăn mòn kim loại làm tăng hư hỏng Các yếu tố tự nhiên khác như tạp chất trong không khí, bức xạ mặt trời cũng làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng hệ thống truyền ñộng thủy lực trên các máy xây dựng khi khai thác ở nước ta Với những vùng ñất thi công cách bờ biển 30 km trở lại hàm lượng muối trong khí quyển tăng lên rõ rệt sẽ làm tăng tốc ñộ han rỉ, tăng mài mòn, tăng hư hỏng làm giảm hiệu quả khai thác máy vì vậy ở ñây ta phải chọn dùng hoặc chế tạo các loại máy có khả năng chịu ñược ăn mòn ñiện hóa tốt, nếu không có chế ñộ khai thác hợp

lý Bức xạ mặt trời tác ñộng trực tiếp lên hệ thống truyền ñộng thủy lực biểu hiện dưới hình thức tác ñộng của nhiệt ñộ và tia tử ngoại Ở nước ta bức xạ mặt trời trung bình khoảng 130-135 kCal/năm Năng lượng mặt trời này có thể ñốt nóng vỏ kim loại lên ñến 60oC, với nhiệt ñộ này sẽ làm tăng nhiệt ñộ của chất lỏng công tác, giảm ñộ nhớt, tăng khả năng dò rỉ, tăng nhanh quá trình biến chất của chất công tác, giảm áp suất làm việc của hệ thống Tia tử ngoại làm tăng quá trình ô xi hóa, tăng ăn mòn và lão hóa các chi tiết cao su của hệ thống ảnh hưởng xấu ñến chất lượng của hệ thống trồng ñộng thủy lực cũng như của máy

Một trong những yếu tố quan trọng nữa cần phải tính ñến ñó là thực trạng ở nước ta còn yếu kém về công tác tổ chức, quản lý và khai thác thể hiện ở sự lựa chọn loại máy xây dựng truyền ñộng thủy lực có tính năng kỹ thuật và các thông số cơ bản của hệ thống truyền ñộng thủy lực hoàn toàn chưa phù hợp với ñối tượng khai thác, việc bố trí số lượng máy không tương xứng với khối lượng công việc và thời gian hợp lý của máy Những ñiều ñó sẽ

tạo ra chế độ làm việc khơng hợp lý, gây hư hỏng cho hệ thống truyền động thủy lực, làm giảm tuổi thọ và khĩ phát huy được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy làm cho tuổi thọ của máy bị giảm đi

Sau một thời gian khai thác các máy xây dựng bị hư hỏng rất nhiều, trong đĩ hơn 80% tổng số lần hư hỏng của máy thuộc về hệ thống truyền động thủy lực, tỷ lệ này ngày càng cao khi thời gian sử dụng máy càng lớn Tuổi thọ của hệ thống truyền động thủy lực ngắn hơn nhiều so với dự kiến, máy bị hư hỏng nặng hoặc phải bị thanh lý trước thời hạn rất nhiều những ưu điểm của hệ thống truyền động thủy lực chưa được phát huy Những điều đĩ chứng tỏ hiệu quả khai thác các máy xây dựng dùng truyền động thủy lực trong điều kiện khai thác thực tế ở nước ta cịn rất nhiều mặt hạn chế làm ảnh hưởng tới kế hoạch sản xuất

1.5 Tình hình sử dụng, dịch vụ bảo dưỡng sửa chữa hệ thống thủy lực trên các máy xây dựng ở Việt Nam

1.5.1 Tình hình sử dụng, dịch vụ, chăm sĩc, sửa chữa máy thủy lực

ở Việt Nam

Hiện nay hệ thống thủy lực được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp ở Việt Nam Nhu cầu về các dịch vụ chăm sĩc, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống thủy lực là rất lớn Tuy nhiên tình hình sử dụng, chăm sĩc, bảo dưỡng, sửa chữa các máy thủy lực ở nước ta vẫn cịn nhiều hạn chế Chủ yếu cơng tác chăm sĩc bảo dưỡng và sửa chữa đều được thực hiện một cách nhỏ lẻ, cơng tác này mới chỉ dừng lại ở chỗ hỏng đâu sửa đấy Việc tháo lắp sửa chữa chủ yếu là thủ cơng do vậy năng suất chưa cao, chất lượng sửa chữa thấp Tuy nhiên hệ thống truyền động thủy lực là hệ thống truyền động tiên tiến hiện đại nên việc sửa chỉ do một số thợ sửa chữa lành nghề đảm nhận nhưng mới chỉ dừng lại ở mức dùng kinh nghiệm để chẩn đốn và sửa chữa bằng cách loại trừ các hiện tượng hư hỏng do đĩ hiệu quả sửa chữa rất thấp

vừa tốn thời gian và cĩ khi gây hỏng hĩc cả cụm máy Chưa cĩ hình thức chăm sĩc, bảo dưỡng sửa chữa cĩ quy mơ lớn, hiện đại

Hầu hết các loại máy xây dựng tự hành trang bị hệ thống thủy lực đang được sử dụng ở nước ta chủ yếu được sản xuất và lắp ráp được nhập khẩu vào nước ta như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ý, Mỹ, Trung Quốc, Nga, ðức, Thụy ðiển mà trong nước chưa chế tạo và sản suất được Do đĩ việc chăm sĩc, bảo dưỡng, chẩn đốn và sửa chữa nhỏ đa số tồn do các cơng ty nhập thiết bị đại diện cho hãng sản xuất được chuyển giao cơng nghệ chịu trách nhiệm bảo dưỡng, bảo hành, sửa chữa Các hỏng hĩc, sửa chữa lớn thường do các chuyên gia nước ngồi của hãng sang sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế các cụm chi tiết

Vì vậy khi các thiết bị thủy lực bị hỏng hĩc việc sửa chữa là rất tốn kém cĩ khi một cụm máy cĩ giá thành gần bằng một máy mới, và thời gian dừng máy chờ sửa chữa lâu, phụ tùng, thiết bị thay thế khơng chủ động được

do chủng loại đa dạng nên ảnh hưởng đến chất lượng sửa chữa, đến tiến độ thi cơng cơng trình dẫn đến gây thiệt hại lớn về kinh tế

1.5.2 Tình hình nghiên cứu về chẩn đốn hệ thống thủy lực trong

số quay, cảm biến đo nhiệt độ hoặc các thiết bị chẩn đốn của Liên Xơ (cũ), Mỹ

Tuy nhiên đĩ cũng chỉ là một số các cơng ty, hãng xuất nhập khẩu thiết bị chứ khơng được phổ biến rộng rãi với các cán bộ kỹ thuật, các nhà khoa học

Do vậy việc nghiên cứu chẩn đốn hệ thống thủy lực trên các máy sử dụng truyền động thủy lực nĩi chung máy xây dựng tự hành nĩi riêng là rất cần thiết Muốn làm được điều đĩ chúng ta cần phải mở các lớp đào tạo về chẩn đốn thủy lực, cần phải đầu tư mua sắm các dụng cụ, thiết bị phục vụ cho cơng tác chẩn đốn ðồng thời phải thường xuyên đào tạo, bồi dưỡng đội ngũ cán bộ kỹ thuật, cơng nhân kỹ thuật tiếp cận và nắm được cơng nghệ hiện đại và tiên tiến trên thế giới Mở rộng hình thức liên doanh, liên kết với các doanh nghiệp trong và ngồi nước để cĩ cơ hội, điều kiện hội nhập cùng phát triển

1.6 Nhiệm vụ và mục đích nghiên cứu

Mục đích: Nghiên cứu chẩn đốn trạng thái kỹ thuật của hệ thống thủy lực làm cơ sở khoa học cho cơng tác bảo trì, sửa chữa các máy xây dựng tự hành

Nhiệm vụ:

- Nguyên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đốn kỹ thuật và độ tin cậy máy

- Nghiên cứu kỹ thuật chẩn đốn hệ thống thủy lực

- Xây dựng mơ hình chẩn đốn, quan hệ giữa dấu hiệu chẩn đốn với trạng thái kỹ thuật của các phần tử thủy lực bằng phương pháp mơ phỏng

- Thí nghiệm kiểm tra kết quả mơ phỏng

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ðOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC

2.1 Các khái niệm chung

Dạng hư hỏng thường gặp nhất trong hệ thống thủy lực là hao mòn Với các nguyên nhân chính là mài mòn các bề mặt tiếp xúc, mỏi, gỉ hoặc là do hóa già Dưới các ñiều kiện làm việc xác ñịnh sẽ dẫn ñến làm thay ñổi tính chất hao mòn theo thời gian do hoạt ñộng quá tải Vật liệu và ñiều kiện sử dụng sẽ quyết ñịnh tính chất và loại hao mòn Trong hệ thống thủy lực các bơm, ñộng cơ có tính chất hư hỏng ñặc trưng là hao mòn Có thể biểu diễn phân loại và ñiều kiện hư hỏng của các phần tử của hệ thống theo hình 2.1

Hình 2.1 Loại hư hỏng trong hệ thống thủy lực

ðể ñánh giá trạng thái kỹ thuật cần phân biệt 2 quan ñiểm:

- Phân tích các số liệu hư hỏng

- Phân tích quá trình hư hỏng theo thời gian

Trường hợp thứ nhất ít ñược người sử dụng quan tâm ñến bởi người ta chỉ cần các biểu hiện cụ thể của một ñối tượng riêng biệt và các giá trị trung bình không phù hợp Ngược lại các nhà sản xuất các phần tử thủy lực lại rất

Hư hỏng

Quá tải Hao mòn