NGHIÊN cứu, TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG THỦY lực CHO máy CÔNG tác CHO máy kéo XÍCH CAO SU THUỘC dự án sản XUẤT THỬ NGHIỆM b 2015 11 04 DA

Mỗi quốc gia đều có những đặc thù riêng về điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác nên vấn đề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công suất, trọng lượng, loại hệ thống di động máy ké

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

NGUYỄN ĐÌNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CHO MÁY CÔNG TÁC CHO MÁY KÉO XÍCH CAO SU THUỘC DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM

B.2013-11-04.DA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

NGUYỄN ĐÌNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CHO MÁY CÔNG TÁC CHO MÁY KÉO XÍCH CAO SU THUỘC DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này không trùng lặp với các luận văn, luận án và các công trình nghiên cứu đã công bố

Mọi tài liệu, số liệu dùng trong tính toán, dẫn chứng đều hợp lệ và trung thực Thông tin trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Học viên

Nguyễn Đình Cường

LỜI CẢM ƠN

Có được kết quả này nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ

nhiệt tình của rất nhiều cá nhân, tập thể

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Ngọc Quế người đã

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy giáo, cô giáo, cán bộ công nhân viên

Bộ môn Động lực, Khoa cơ điện, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi

trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn chỉnh đề tài của mình

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại Trường Hoc Viện Nông Nghiệp Hà Nội

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do thời gian và khả năng còn hạn chế của bản thân lên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong được sự góp ý của các thầy, cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Học viên

Nguyễn Đình Cường

MỤC LỤC

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC NÂNG HẠ

MÁY SAN ỦI LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH CAO SU CÔNG SUẤT 30

2.1 Các phương pháp nâng hạ ben của máy san ủi 10

2.3 Tính toán thiết bị thủy lực nâng hạ máy san ủi lắp trên máy kéo xích của

2.3.2 Các thông số kỹ thuật chính của máy ủi B-2013-11-04DA 14 2.4 Thiết kế tổng thể hệ thống nâng hạ thủy lực trên máy ủi B-2013-11-04DA 16 2.5 Nguyên lí hoạt động của hệ thống thủy lực 16

2.5.2 Truyền động trong quá trình làm việc có tải 18

2.6 Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị thủy lực 20

2.6.2 Tính toán cặp xy lanh nâng hạ bộ công tác 23

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG SIMULINK MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA

3.1 Giới thiệu phần mền Matlab-Simulink 7.0 28 3.1.1 Các khối chức năng có sẵn thường dùng trong phần mềm Matlab-Simulink 30

3.2 Mô hình hệ thống nâng hạ thủy lực máy san ủi 37

3.2.3 Mô hình Simulink khảo sát động lực học hệ thống thủy lực 42

3.3 Khảo sát động lực học hệ thống thủy lực nâng hạ máy san ủi sau khi thiết

3.3.1 Ảnh hưởng của khối lượng ben đến hoạt động của hệ thống nâng hạ 43

3.3.2 Ảnh hưởng của diện tích piston đến hoạt động của hệ thống nâng hạ thủy

DANH MỤC BẢNG

1.1 Phân loại máy ủi theo công suất và lực kéo: 7 2.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo dự án 14 2.2 Trọng lượng riêng ρ, góc ma sát trong ϕ2, và hệ số bám C của đất 22 2.3 Bảng tóm tắt kết quả tính toán các thông số của xy lanh 27

DANH MỤC HÌNH

1.1 Sơ đồ hệ thống nâng hạ thủy lực trên máy chuyên dụng 6

2 3 Kết cấu chung của máy ủi B-2013-11-04DA 14

2.5 Sơ đồ truyền động thuỷ lực bộ công tác lái không tải 17

2.7 Sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng hạ thủy lực 20 2.8 Tính toán lực nâng cực đại ở chế độ nâng ben 21

3.3 Màn xây dựng sơ đồ khối (New model window) 30 3.4 Các khối của thư viện Commomly Used Blocks 31

3.7 Mô hình vật lý hệ thống nâng ben máy san ủi 38 3.8 Mô hình toán khảo sát động lực học hệ thống thủy lực 39

3.9 Mô hình khảo sát động lực học hệ thống thủy lực nâng hạ máy san ủi 42 3.10 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=400 kg 43 3.11 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=500 kg 44 3.12 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=600 kg 45 3.13 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=700 kg 46 3.14 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=800 kg 47

3.15 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=1000 kg 48 3.16 Ảnh hưởng của diện tích piston đến hoạt động của hệ hông 49 3.17 Ảnh hưởng của diện tích piston đến hoạt động của hệ hông 50 3.18 Hoạt động hệ thống thủy lực với khối lượng ben M=1000 kg 51 3.19 Hoạt động hệ thống thủy lực ở vị trí hạ ben xuống vị trí làm việc với

MỞ ĐẦU

Cơ giới hóa nông lâm nghiệp ở nước ta hiện nay đã đạt được những thành tựu nhất định, phụ thuộc từng vùng kinh tế, từng loại cây trồng và tính chất đất đai, địa hình mà mức độ cơ giới hóa đạt được ở trình độ khác nhau

Nhờ cơ giới hóa phục vụ sản suất nông lâm nghiệp được chú trọng nên vấn

đề hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn được thực hiện khá thành công, bộ mặt nông thôn Việt Nam hiện nay nhìn chung trong cả nước đã có những biến đổi khá nhanh, tuy còn những mặt hạn chế nhất định như vấn đề cơ cấu lại sản xuất, vấn đề lao động dư thừa chưa được bố trí một cách hợp lý và khoa học nhưng những thành quả đạt được bước đầu là đáng khích lệ

Trong cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn, máy động lực là một vấn đề đóng vai trò quan trọng để thực hiện các công việc chính trong cơ giới hóa sản xuất nông lâm nghiệp, trong đó máy kéo bánh và máy kéo xích là một trong các nguồn động lực chính

Hiện nay máy kéo và ô tô phục vụ trong nông nghiệp nông thôn ở Việt Nam chủ yếu được nhập từ các nước XHCN cũ như Liên Xô, Tiệp, CHDC Đức v.v…và gần đây là của một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật và một vài nước khác Việc sử dụng các máy móc này đã đóng góp cho việc thực hiện thành công việc cơ giới hóa trong nông nghiệp nước ta trong giai đoạn vừa qua

Tuy nhiên, do tình hình địa lý, đất đai và tập quán canh tác cũng như các yếu

tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt Nam chưa phát huy được hết tính năng kinh tế, kỹ thuật của chúng; những máy kéo công suất và trọng lượng lớn như T150, T150K, K700 v.v… có thể sử dụng có hiệu quả cao khi khai thác sử dụng trong công nghiệp, khai thác khoáng sản v.v… nhưng lại có hiệu quả rất thấp khi đưa vào sử dụng trong nông nghiệp đặc biệt trong vùng đồng bằng sông hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây lúa nước, ở đó độ ẩm của đất cao, dẫn đến khả năng di động của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của các loại máy này thường rất thấp thậm chí nhiều vùng, nhiều nơi máy không có khả năng làm việc do thụt lún

Mỗi quốc gia đều có những đặc thù riêng về điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác nên vấn đề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công suất, trọng lượng, loại hệ thống di động (máy kéo bánh hay máy kéo xích) phù hợp với từng vùng sản xuất là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn động lực trong nông nghiệp hiện nay

Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, v.v… đã có nghành công nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo phục vụ nông nghiệp được chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ công suất, trọng lượng cũng như loại hệ thống di động, nhờ vậy vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức độ cao

Ở nước ta, ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn khá non trẻ, chúng ta chỉ mới chế tạo được các máy kéo bánh hiệu Bông sen tới 20 mã lực, hệ thống truyền lực, hộp số và hệ thống trích công suất của các máy kéo này còn khá đơn giản và chưa phù hợp với nhiều dạng công việc khác nhau, khả năng di động của máy kéo thấp đặc biệt trên đất độ ẩm cao và đất đồi dốc

Đối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp, cho đến nay chúng

ta chủ yếu nhập từ nước ngoài Việc nghiên cứu tính năng kéo bám, khả năng di động trên đất nền yếu, đất độ ẩm cao và đất đồi dốc, khả năng quay vòng và điều khiển, hiệu suất truyền động nói riêng và hiệu suất kéo của máy kéo xích nói chung

từ đó xác định các thông số cở bản của máy kéo xích cũng như trọng lượng máy, công suất động cơ v.v…làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế, chế tạo một mẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một vấn đề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn

Trên cơ sở phân tích trên đây, một dự án sản xuất thử nghiệm đã được thực hiện tại Bộ môn Động lực khoa Cơ điện, Học viện nông nghiệp Việt Nam, dự án đã sản xuất ra một mẫu máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực Máy kéo dự án đã có khả năng làm việc tốt trên nền đất nông nghiệp với độ ẩm cao Để tăng tính vạn năng cho máy kéo cần tính toán thiết kế một số máy công tác đi theo máy kéo này như máy phay, máy cày, máy chăm sóc cũng như các thiết bị san phẳng đồng ruộng

Xuất phát từ các vấn đề phân tích trên đây, được sự phân công của Bộ môn Động lực, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế tôi được giao và thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống thủy lực cho máy công tác

cho máy kéo xích cao su thuộc dự án sản xuất thử nghiệm B.2013-11-04.DA

Mục tiêu của đề tài:

- Trên cơ sở phân tích điều kiện làm việc của máy san ủi, lựa chọn hệ thống truyền lực và tính toán thiết kế các bộ phận chính trong hệ thống thủy lực để bảo đàm hệ thống làm việc an toàn, tin cậy và có hiệu quả kinh tế

- Khảo sát động lực học hệ thống nâng hạ thủy lực từ đó, phân tích xác định các thông số chính của các thiết bị thủy lực trong hệ thống nâng hạ máy san ủi, góp phần vào việc hoàn thiện việc thiết kế và chế tạo hệ thổng thủy lực trên máy sản ủi lắp ráp với máy kéo thuộc dự án sản xuất thử nghiệm B2013-04-11DA

Nhiệm vụ của đề tài:

Để thực hiện được mục tiêu đặt ra của đề tài Trong quá trình thực hiện đề tài cần hoàn thành nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu tổng quan về máy kéo và xe chuyên dụng trong nông nghiệp

- Tìm hiểu về hệ thống điều khiển thủy lực trên máy san ủi

- Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực của máy sản ủi

- Khảo sát khả năng làm việc của hệ thống thủy lực trên máy san ủi bằng phần mềm Matlab Simulink

- Phân tích và lựa chọn các thông số chính của thiết bị thủy lực hệ thống nâng hạ máy san ủi lắp theo máy kéo của dự án sản xuất thử nghiệm B2013-11-04

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC

TRÊN MÁY SAN ỦI

1.1 Hệ thống máy kéo dùng trong sản xuất nông lâm nghiệp

Máy kéo dùng trong nông nghiệp hiện nay gồm hai loại máy cơ bản phân theo hệ thống di động đó là máy kéo bánh và máy kéo xích

Về kết cấu máy kéo bánh có những ưu điểm só với máy kéo xích, chúng có thể di động được ở nhiều địa hình khác nhau, có khá năng cơ động cao, thuận tiện khi chăm sóc kỹ thật và giá thành chế tạo rẻ hơn, hiện nay trong nông nghiệp máy kéo bánh thường chiếm một tỷ lệ tởi 70 % về số lượng so với máy kéo xích

Máy kéo xích có một số ưu điểm vượt trội so với máy kéo bánh, đặc biệt về tính ổn định ngang và dọc khi làm việc trên đất đồi dốc, diện tích tiếp xúc của xích với đất lớn hơn nhiều so với máy kéo bánh vì vậy áp lực riêng trên đất nhỏ, khả năng bám hay hệ số bám của máy kéo xích lớn Những đặc điểm này làm cho máy kéo xích phát huy lực kéo lớn với độ trượt nhỏ [4], máy kéo có thể làm việc trên đất độ ẩm cao, độ dốc lớn hơn so với máy kéo bánh có công suất tương đương song vẫn bảo đảm không bị trượt, bị lật và an toàn lao động

Tuy nhiên máy kéo xích cũng tồn tại một số nhược điểm so với máy kéo bánh: nhược điểm lớn nhất đó là có cấu tạo hệ thống di động xích phức tạp, chế tạo khó khăn và giá thành một máy kéo xích thường đắt hơn máy kéo bánh có công suất tương đương từ 25-30% Máy kéo xích với loại xích sắt không được phép di chuyển trên đường giao thông, hiện nay có thể thay xích sắt bằng xích cao su vì vậy nhược điểm này đã được khắc phục

Từ những ưu nhược điểm chính trên đây của máy kéo xích, chúng ta thấy quá trình nghiên cứu, chế tạo và sử dụng máy kéo xích ở trong nước và trên thế giới

là rất khác nhau:

Ở nước ngoài, theo các tài liệu [4] do điều kiện đồng ruộng có kích thước lớn, máy kéo làm việc chủ yếu trên nền đất khô, vì vậy máy kéo xích đã được sử dụng khá phổ biến và chiếm một tỷ lệ khoảng 40% trong tổng số máy kéo trang bị trong một cơ sở sản xuất nông lâm nghiệp Thông thường công suất của máy kéo

xích chế tạo dùng trong nông lâm nghiệp ở Tây Âu, Mỹ hay Canada được chia ra làm 3 loại: loại công suất vừa nằm trong khoảng 50-80 Mã lực, loại công suất lớn nằm trong khoảng 100-200 Mã lực, và loại cực lớn để làm việc trong xây dựng, công nghiệp khai thác hầm mỏ có công suất từ 300 đến 1600 Mã lực

Các tài liệu chuyên môn [3], đã chứng minh rằng khi điều kiện đồng ruộng

có kích thước rộng, khi cần thực hiện các công việc với lực kéo lớn hoặc cần làm việc trên đất dốc hay đất có độ ẩm cao, máy kéo xích cho hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao hơn nhiều so với máy kéo bánh

Đối với các nước lân cận trong khu vực như Nhật Bản, Thái Lan hay Trung Quốc, máy kéo xích cũng đã được các hãng như Mitsubishi, Kubota (Nhật Bản), Lifan hay Zhengzhou Unique Industrial (Trung Quốc) v v…chú ý chế tạo Do đặc điểm về cây trồng cũng như điều kiện đất đai và tập quán canh tác ở các nước vùng đông nam châu Á có nhiều đặc thù của nền nông nghiệp lúa nước, kinh tế hộ gia đình, quy mô trang trại vừa và nhỏ vì vậy các hãng chế tạo máy kéo của Nhật, Trung Quốc đã chế tạo máy kéo xích với nhiều loại công suất khác nhau từ 30 đến

300 mã lực

Ở trong nước hiện nay chúng ta cũng đã nhập ngoại một số máy kéo xích, tuy nhiên phần lớn máy kéo xích nhập ngoại có công suất trung bình và lớn được sử dụng chủ yếu trong xây dựng, trong công nghiệp khai khoáng, các máy kéo này thường khi sử dụng trong nông nghiệp nhiều nơi không phù hợp do trọng lượng lớn gây nún va chỉ phù hợp với các công việc cần lực kéo lớn như khi cày ngầm trong lâm nghiệp

Để san phẳng đồng ruộng, thu rọn nguyên vật liệu như thức ăn gia súc, thu rọn phân trong các trại chăn nuôi v.v…trong các trại cần các máy san ủi có công suất trung bình, vì vậy việc tính toán thiết kế và chế tạo máy san ủi lắp cho máy kéo

dự án sản xuất thử là việc có ý nghĩa thực tiễn

1.2 Hệ thống nâng hạ thủy lực trên máy chuyên dùng

Thông thường để thiết kế chế tạo và hoàn thiện công nghệ chế tạo hệ thống nâng hạ thủy lực, ta cần dựa vào yêu cầu hệ thống nâng hạ thủy lực Đối với các máy công tác treo sau máy kéo như máy cày, máy phay v.v…thông thường hệ thống

nâng hạ thủy lực được liên kết cùng với hệ thống treo ba thanh như trình bày dưới đây Trong hệ thống này ta thấy hệ thống nâng hạ gồm các thiết bị thủy lực như: nguồn cung cấp áp lực dầu (bơm dầu), bộ van điều khiển hay van phân phối, cơ cấu chấp hành (xylanh thủy lực), hệ thống ống dẫn dầu, thùng dầu và hệ thống làm mát

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nâng hạ thủy lực trên máy chuyên dụng

Hệ thống gồm: 1-Bơm dầu, 2- thùng dầu, 3- hộp phân phối, 4-tay điều khiển, 5- ngăn kéo hộp phân phối, 6-xilanh thủy lực, 7-cơ cấu nâng hạ ba khâu; 8-máy công tác; 9-máy kéo xích

Xy lành thủy lực được liên kết với cơ cấu nâng hạ ba thanh, qua cơ cấu tay đòn và trục xoay, nhờ tay điều khiển của van phân phối người lái có thể điều khiển máy công tác nâng hoặc hạ xuống vị trí làm việc tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình làm việc

Xi lanh thủy lực sẽ tạo ra các lực đẩy và kéo tác động vào tay đòn 9 (xem hình 1.2) làm trục xoay 2 xoay đi một góc, qua tay đòn nâng 3 sẽ nâng hoặc hạ hai thanh treo dưới và từ đó máy công tác sẽ được nâng và hạ

Hình 1.2 Cơ cấu treo ba thanh

1- xilanh thủy lực; 2 trục xoay, 3 tay đòn nâng; 4- thanh kéo; 5- tay đòn trên; 6- hai tay đòn dưới; 7- xích liên kết; 8- trục bản lề tay đòn dưới; 9- tay quay

1.3.Tổng quan về máy san ủi

1.3.1 Phân loại máy san ủi

a Phân loại dựa vào công suất và lực kéo của máy:

Máy san ủi được phân loại theo công suất động cơ hoặc theo lớp lực kéo (hoặc lực đẩy của máy cơ sở) Dựa vào cách phân loại này, máy san ủi được chia thành loại rất nhỏ, loại nhỏ, trung bình, lướn và rất lớn theo bảng 1.1 dưới đây

Bảng 1.1 Phân loại máy ủi theo công suất và lực kéo:

b Phân loại dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy:

Máy ủi vạn năng: Bàn ủi được liên kết với khung ủi qua khớp cầu vì vậy bàn

ủi có thể quay được trong mặt phẳng ngang và đặt nghiêng so với trục dọc của máy

ủi một góc φ=45 ÷ 600 (hình vẽ 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị ủi vạn năng

Góc quay này được sử dụng khi máy ủi thực hiện san lấp rãnh đặt đường ống, móng nhà sau khi thi công, san các mặt bằng nói chung và cho năng suất cao hơn máy ủi thường Khung ủi của máy ủi vạn năng là một dầm liên tục, hình chữ “U” Máy ủi thường (hay còn gọi là máy ủi cố định):

Bàn ủi luôn luôn được đặt cố định vuông góc với trục dọc của máy Máy ủi thường được thể hiện ở hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị ủi thường

c Phân loại dựa vào phương pháp điều khiển thiết bị ủi:

Máy ủi điều khiển bằng thủy lực

Máy ủi điều khiển bằng cáp

Trong hai loại trên thì loại máy ủi điều khiển bằng thủy lực đang được sử dụng rộng rãi vì nó có những ưu điểm sau:

Điều khiển nhẹ nhàng, êm dịu và chắc chắn, kết cấu gọn chăm sóc và bảo quản đơn giản dễ dàng

Lưỡi ủi ấn sâu vào đất trong khi đào, một phần nhờ trọng lượng thiết bị ủi, phần còn lại chủ yếu nhờ áp lực của dầu Do đó trọng lượng của thiết bị ủi giảm đi

từ 5 ÷ 10% so với thiết bị ủi của máy điều khiển bằng cáp có cũng công suất Đồng thời máy ủi điều khiển bằng thủy lực có thể đào được đất rắn hơn so với máy ủi điều khiển bằng cáp

Ngoài ra còn có máy ủi điều khiển từ xa bằng điện tử, mới được người Nhật Bản áp dụng thí điểm cho những máy ủi khai thác khoáng sản dưới đại dương Tuy nhiên loại máy ủi này có cấu tạo hết sức phức tạp, công nghệ chế tạo hiện đại, giá thành cao nên chưa được sử dung phổ biến

d Phân loại dựa vào cơ cấu di chuyển, máy ủi chia làm hai loại:

Máy ủi bánh xích: Có áp suất xuống đất nhỏ, bán kính quay vòng nhỏ, khả năng bám váo đất tốt nên có thể hoạt động ở những nơi có nền đất yếu, những nơi

có độ dốc lớn, địa hình chật hẹp

Máy ủi bánh hơi: Có tốc độ di chuyển nhanh hơn, nhưng áp suất xuống đất lớn hơn so với máy ủi bánh xích có cùng trọng lượng

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC NÂNG HẠ MÁY SAN ỦI LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH CAO SU CÔNG SUẤT 30 MÃ LỰC

2.1 Các phương pháp nâng hạ ben của máy san ủi

Để nâng hạ bộ phân công tác nói chung và ben của thiết bị san phẳng nói riêng có thể sử dụng các bộ truyền động khác nhau: truyền động cơ học, truyền động cơ điện, truyền động thủy lực hay truyền động khí nén v.v…

2.1.1 Phương pháp truyền động cơ học:

Truyền động cơ học bao gồm các bộ truyền động cơ khí có cơ cấu đảo chiều, truyển động bằng cáp có khi dùng cả truyền động bằng thanh dẫn hoặc truyền động bằng xích

- Truyền động bằng cáp có cấu tạo đơn giản, nhưng chỉ truyền theo một chiều nâng ủi còn muốn hạ xuống chỉ cần nhả phanh thì dưới tác dung của trọng lượng bản thân lưỡi san ủi sẽ được hạ xuống

2

13

Hình 2.1 Sơ đồ truyền động bằng cáp

1 Bộ công tác

2 Cáp nâng

3 Cụm dẫn động

Nhìn chung bộ truyền động cơ khí có những ưu điểm, nhược điểm như sau:

+ Kích thước bộ truyền lớn, trong lượng cao;

+ Bộ truyền thường có kết cấu phức tạp;

+ Làm việc gây tiếng ồn lớn;

+ Khi truyền công suất đi xa tiêu hao công suất do ma sát và quán tính lớn; + Tốc độ mô men xoắn được biến đổi theo cấp;

+ Khi cần thiết phải điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng

2.2 Phương pháp truyền động thuỷ lực:

Truyền động thuỷ lực là phương pháp truyền động được sử dụng phổ biến và trở thành một trong những khuynh hướng phát triển chính trên các máy san ủi nói riêng và máy chuyên dụng nói chung

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

- Truyền động thuỷ lực thuỷ động

- Truyền động thuỷ lực thể tích

2.2.1 Truyền lực thuỷ lực thuỷ động

Trong truyền động thuỷ động năng lượng được truyền cơ bản là do kết quả

sử dụng động năng của đầu có áp suất không cần lớn Với phương pháp truyền động này không có mối liên hệ cứng giữa các khâu chủ động và khâu bị động Để truyền năng lượng tới khâu bị động (trục tua bin) động năng của dòng chất lỏng được sử dụng để làm vận hành bánh tuocbin Ở đây, trục bánh bơm quay được nhờ nhận trực tiếp chuyển động quay của trục động cơ máy cơ sở Các loại máy ủi công suất lớn thường sử dụng hệ thống truyền động thủy động để dẫn động hệ di động của máy cơ

sở đồng thời trích một phần động năng để qua hệ thống điều khiển điều khiển hệ thống nâng hạ ben

2.2.2 Truyền động thuỷ lực thể tích:

Truyền động thể tích là phương pháp truyền động có chức năng đảm bảo mối liên hệ cứng (trong giới hạn không thể nén được của chất lỏng) giữa khâu chủ động

và khâu bị động của bộ truyền thuỷ lực có truyền dẫn năng lượng do bơm tạo ra đến

cơ cấu chấp hành (xy lanh thuỷ lực hoặc động cơ thuỷ lực) làm cho bộ chấp hành thực hiện công cơ học như chuyển động tịnh tiến của xilanh hay chuyển động quay của mô tơ thủy lực Nhờ truyền động thuỷ lực thể tích, chúng ta có thể tạo ra được nhiều dạng chuyển động của bộ phận chấp hành với qui luật tuỳ ý (chuyển động quay, chuyển động tịnh tiến)

9 8 7

6 5

4 3

2 1

Hình 2.2 Sơ đồ truyền động thuỷ lực

1- Bình dầu; 2- Bộ lọc; 3- Bơm thuỷ lực; 4- Van an toàn; 5- Cơ cấu điều khiển; 6- Đường ống dẫn dầu; 7- Piston; 8- Xy lanh thuỷ lực; 9-Cần Piston

* Truyền động thể tích có ưu điểm sau:

- Điều chỉnh vô cấp trong phạm vi rộng và tự động điều chỉnh vận tốc chuyền động các bộ phận công tác ngay cả khi máy đang làm việc

- Truyền động được công suất lớn

- Dễ đảo chiều chuyển động của bộ công tác

- Có thể đảm bảo cho máy làm việc ổn định không phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có lực quán tính nhỏ, ưu điểm này có ý nghĩa lớn trong hệ thống tự động

- Truyền động êm dịu, ít tiếng ồn

- Tính ổn định cao trong chuyển động của bộ công tác quá trình điều khiển nhẹ nhàng và làm việc an toàn

- Tự bôi trơn tốt

- Dễ tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá các phần tự cấu thành của hệ truyền động Do đó có thể tổ chức sản xuất hàng loạt

* Tuy nhiên truyền động thể tích có nhược điểm chính như sau:

- Yêu cầu cao về độ chính xác khi chế tạo, lắp ghép các chi tiết nên giá thành đắt

- Nhiệt độ môi trường bên ngoài ảnh hưởng đến các thông số của truyền động thuỷ lực

- Yêu cầu đối với chất lượng cao của chất lỏng dùng trong hệ truyền động

- Tổn thất công suất khá lớn để khắc phục ma sát khi chất lỏng chuyển động trong ống dầu, Tổn thất chất lỏng do bị rò rỉ bên trong và bên ngoài ống dẫn

- Nếu không khí lọt vào trong hệ thống sẽ làm hệ thống mất khả năng làm việc hoặc làm việc không ổn định

Những đặc điểm trên có thể khắc phục được một phần bằng cách sử dụng chất lỏng đặc biệt, nâng cao chất lượng

2.3 Tính toán thiết bị thủy lực nâng hạ máy san ủi lắp trên máy kéo xích của

dự án sản xuất thử nghiệm B2013-04-DA

2.3.1 Kết cấu chung của máy san ủi

Máy kéo dự án là máy kéo công suất trung bình nhỏ, máy kéo này chỉ phù hợp với việc lắp ráp thiết bị san ủi, làm phẳng đồng ruộng, san lấp mương rãnh cũng như thu rọn nguyên vật liệu sản phẩm trong các trang trại

Máy san ủi có hệ thống di động xích cao su, hệ thống truyền lực cơ học với 4

số tiến và hai số lùi, để lắp ben san ủi cần thiết kế thêm khung ben, cũng như giá đỡ ben, giá đỡ xilanh thủy lực

Hình 2 3 Kết cấu chung của máy ủi B-2013-11-04DA

Hệ thống thủy lực chủ yếu được tính toán để nâng hạ ben từ thế làm việc lên thế vận chuyển, như vậy chúng tôi cần phải tính toán và lựa chọn các thiết bị chính trong hệ thống thủy lực của máy san ủi

2.3.2 Các thông số kỹ thuật chính của máy ủi B-2013-11-04DA

Bảng 2.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo dự án

1 Động cơ JD32

2 Công suất danh nghĩa kW (Mã lực) 22 (30)

4 Mô men danh nghĩa N.m (kgf.m) 107,4 (10,74)

5 Mô men cực đại tại số vòng

2,9 7,3 10,8 1.4 4,3

hơp quay vòng kiểu ma sát

13 Hệ thống di động

14 Bánh đè xích -Bánh đè nhỏ -Bánh đè lớn

Acquy loại SMF NX 120-7 JEW 170-750W-14V SL/DK180:12V,nmin=180(v/p)

bằng thủy lực

2.4 Thiết kế tổng thể hệ thống nâng hạ thủy lực trên máy ủi B-2013-11-04DA

Hệ thống nâng hạ ben san ủi lắp trên máy kéo B-2013-11-04DA được sử dụng bằng hệ truyền động thuỷ lực dạng truyền động thể tích Sơ đồ cấu tạo hệ thống nâng hạ thủy lực thiết bị san ủi được trình bày trên hình

2 3

6 8

9

4 7

5

1

Hình 2.4 Sơ đồ hệ truyền động

3.Van an toàn 8 Van một chiều( nạp duỗi)

5 Bình lọc dầu

2.5 Nguyên lí hoạt động của hệ thống thủy lực

Dầu từ bình dầu số 1 (hình 2.4) được truyền qua bơm bánh răng số 2 qua van điều khiển Từ cụm van điều khiển dầu được phân phối đi tới xy lanh nâng hạ

bộ công tác Mọi hoạt động chuyển hướng của đường dầu đều do sự điều khiển của cụm van số 4 Và hệ truyền động được chỉnh vận tốc trong phạm vi rộng và tự động điều chỉnh vận tốc truyền động với công suất lớn, để đảo chiều chuyển động của bộ

công tác, dễ dàng thay đổi được qui luật chuyển động, chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại đảm bảo cho máy làm việc ổn định không phụ thuộc tải trọng bên ngoài, kết cấu gọn nhẹ, lực quán tính nhỏ, truyền động còn không có tiếng ồn, độ nhạy độ chính xác cao khi điều chỉnh, tính ổn định cao khi chuyển động của bộ công tác, điều khiển nhẹ nhàng và làm việc an toàn tự động bôi trơn, song tổn thất công suất

do rò rỉ chất lỏng trong và ngoài đường ống dầu

2.5.1 Truyuền động khi di chuyển không tải

Sơ đồ mạch truyền động thuỷ lực bộ công tác lúc không tải

3 140kg/cm 3

Hình 2.5 Sơ đồ truyền động thuỷ lực bộ công tác lái không tải

Trong đó:

1 Thùng chứa dầu thuỷ lực

2 Máy bơm thuỷ lực

3 Van giảm áp

4 Van trượt kiểu piston điều khiển bộ công tác

5 Bộ lọc dầu

6 Xi lanh nâng hạ lưỡi ủi

7 Van một chiều ( nạp co)

8 Van một chiều ( nạp duổi )

9 Van điều khiển một chiều

Nguyên lý làm việc

Ở chế độ không tải, van điều khiển số (4) ở vị trí trung gian, dầu thuỷ lực từ bình dầu số (1) được bơm lên từ bơm dầu số (2) qua van an toàn số (3) với áp suất thiết định trước của van an toàn 140(Kg/cm2 ), dầu tiếp tục được truyền đến van điều khiển số (4) thông qua cửa van điều khiển ở vị trí trung gian và dầu được truyền đến bộ lọc dầu số (5) và trở về thùng chứa dầu số (1) cùng lúc này thì tại các cửa van ở hai vị trí còn lại của van điều khiển số (4) nối với các van nạp co số (7)

và van nạp duỗi số (8) đều bị bịt kín do đó các đường dầu không thông với khoang trước và khoang sau piston của xi lanh thuỷ lực đồng thời lượng dầu nằm trong xi lanh thuỷ lực được giữ nguyên áp suất, lúc này thì cần piston được giữ nguyên không di chuyển và lưỡi ủi được nằm tại một vị trí cố định Áp suất dầu ở lại hai khoang phía trước và phía sau piston trong xi lanh nâng hạ ben được cân bằng

2.5.2 Truyền động trong quá trình làm việc có tải

a) Sơ đồ mạch thuỷ lực nâng bộ công tác

Hình 2.6 Sơ đồ mạch thuỷ lực nâng lưỡi ben

Trong đó:

1 Thùng chứa dầu thuỷ lực

2 Máy bơm dầu

9 Van điều khiển một chiều

b) Nguyên lý hoạt động trong quá trình làm việc

- Hành trình nâng lưỡi ủi (xem hình 2.6), dầu từ thùng chứa dầu số (1) được bơm lên từ bơm dầu số (2) qua đến van một chiều số (9) được truyền đến vị trí của nâng của van điều khiển số (4), van nạp co số 7 duy trì áp suất dầu cố định, dầu với

áp suất do bơm tạo nên đi vào khoang bê phải của xilanh 6, tác động vào piston làm piston dịch chuyển sang trái, qua cần piston nối với ben làm nâng ben lên Khi piston dịch sang trái, lượng dầu chứa ở khoang bên trái piston qua đường dầu hồi tới bình lọc dầu số 5 và trở về thùng chứa dàu 1 Lúc này hành trình làm việc của xilanh là hành trình co, cần piston dịch sâu nhất vào trong xilanh Nếu vì lý dó nào

đó khi piston dịch chuyển hết hành trình, tay điều khiển chưa kịp trả về vị trí trung gian, áp suất dầu ở cửa đẩy của bơm tăng lên vượt quá giới hạn 140 Kg/cm2, van an toàn 3 sẽ mở để một phần dầu trở về thùng chứa, bảo đảm an toàn cho hệ thống

- Hành trình hạ lưỡi ủi, là dầu từ thùng chứa dầu sô (1) được bơm lên từ bơm dầu số (2) không qua van an van một chiều số (3) được truyền đến vị trí của van điều khiển số (4), với áp suất dầu được duy trì và truyền qua van nạp duỗi số (8) và

đi đến khoang phía trái của xy lanh, với áp suất dầu cao áp bị nén tác động lên mặt sau của piston làm cho piston chuyển động và dẫn đến cần piston chuyển động tịnh tiến về phái trước, còn dầu ở khoang trước xy lanh được trở về qua bộ lọc dầu số (5)

và đi đến thùng dầu số (1), quá trình này là hành duỗi của xy lanh và tác động lại bộ công tác, lúc này lưỡi ủi được hạ xuống trong quá trình đào, ủi san đất

2.6 Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị thủy lực

2.6.1 Xác định lực tác dụng lên máy ủi

a Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi

Để tính toán được một số thiết bị chính trong hệ thống nâng hạ, ta cần xác định được lực tác dụng lên ben của hệ thống san ủi Đặc trưng cho quá trình làm việc của máy san ủi là hai quá trình: Quá trình cắt đất và quá trình nâng ben lên vị trí vận chuyển

a) Khi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất (giai đoạn cắt đất)

Hình 2.7 Sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng hạ thủy lực

(ở vi trí ấn sâu dao cắt xuống đất)

Ở giai đoạn cắt đất lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi được xác định từ phương trình cân bằng mô men của các lực với điểm C

Với P2max được tính theo P1max theo tài liệu [máy làm đất] là:

2max 1max cot ( 1 )

P =P g δ + ϕThay giá trị P2max vào phương trình trên ta có:

b Khi nâng thiết bị ủi ở cuối giai đoạn cắt đất lên thế vận chuyển

Hình 2.8 Tính toán lực nâng cực đại ở chế độ nâng ben

Lúc này ở phía trước bàn ủi đã tích đầy đất, đây là vị trí mà cơ cấu nâng làm việc nặng nề nhất Những lực tác động lên thiết bị ủi trong trường hợp này gồm: + GTB: Trọng lượng thiết bị ủi;

+ Gđ : Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi;

+ Q: Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi;

+ P2: Phản lực của đất tại dao cắt;

Trọng lượng khối đất được nâng cùng bàn ủi xác định theo công thức:

+ ρ: Trọng lượng riêng của đất theo bảng (2);

+ γ: Góc chảy tự nhiên của đất;

+ F1: Diện tích tiết diện ngang của khối đất được nâng lên cùng bàn ủi Lực cản trượt được xác định theo công thức:

+ H2: Chiều cao của bề mặt trượt nói trên Thường H2 = (0.7 ÷ 0.8) H; + H: Chiều cao của bàn ủi