Đồ án môn học truyền động thủy khí động lực đầu máy d11h

Môn học Truyền động thủy khí động lực đóng vai trò rất quantrọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về nghiên cứucấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thi

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp trên thế giới hiện nay đã và đang phát triển mạnh

mẽ, trong khi đó nước ta chỉ mới trong giai đoạn Công nghiệp hóa hiệnđại hóa Dất Nước Để tồn tại và phát triển theo kịp thế giới thì chúng taphải nghiên cứu và đổi mới các máy móc hiện có Nghành giao thôngcũng không ngoại lệ

Môn học Truyền động thủy khí động lực đóng vai trò rất quantrọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về nghiên cứucấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế các thiết bị,các phương pháp điều khiển thủy lực và khí nén…nhằm phục vụ cho cácmáy móc ngành công - nông nghiệp và giao thông vận tải

Đồ án môn học Truyền động thủy khí động lực có sự kết hợp chặtchẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở những kiếnthức về toán học, vật lí, thủy khí, máy thủy khí v.v…, được chứng minh

và hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất

Đồ án môn học Truyền động thủy khí động lực là một trong các đồ

án có tầm quan trọng đối với một sinh viên khoa Cơ Khí Giao Thông Đồ

án giúp cho sinh viên hiểu những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lýlàm việc và phương pháp truyền động thủy lực khí nén Mục đích của đồ

án này là: kiểm nghiệm bộ biến tốc thủy lực GSR 30/57 trên đầu máyD11H

Dù sao thì đồ án này sẽ không tránh khỏi những sai sót, em mongnhận được sự góp ý và chỉ bảo thêm các quý thầy cô và các bạn

Đồ án này sẽ không được hoàn thành nếu không có sự trao đổi,đóng góp những ý kiến quý báu của các bạn trong lớp, đặc biệt là sự giúp

đỡ của cô Phạm Thị Kim Loan Qua đây em cũng xin gởi lời cảm ơn sâuxét đến các bạn,và cô đã tận tình giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án này

Đà Nắng, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện:

I.Khảo sát bộ biến tốc thủy lực GSR 30/5.7 trên đầu máy D11H :

1) Công dụng và đặc điểm của bộ truyền động thủy lực:

Bộ biến tốc thủy lực GSR 30/5.7 APEEW được lắp trên đầu máy D11H làm nhiệm vụ truyền momen xoắn từ động cơ diezel thông qua các trục

và hộp giảm tốc để truyền và phân phối momen đến bánh xe đầu máy

Bộ truyền động thủy lực náy có ưu điểm hơn bộ truyền động khác: vớitruyền động cơ khí thì tỉ số truyền có hạn, chưa đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu cải thiện đường đặc tính kéo của động cơ Với bộ truyền động thủy lực sẽ khắc chế được nhược điểm đó Truyền động thủy lực cho phép thay đổi liên tục giá trị momen và tốc độ góc của bánh xe chủ động trong giá trị nào đó phù hợp với đường đặc tính kéo, nếu người lái giữ nguyên tay ga thì công suất động cơ được cố định tại 1 giá trị, khi đó đường đặc tính kéo của đầu máy biến thiên gần đúng đường hypebol Điều kiện chuyển động đều phải phối hợp với sự biến thiên của momen

và tốc độ góc của bánh xe chủ động Ngoài nhưng ưu điểm trên bộ truyềnđộng này còn có những ưu điểm như: điều kiển nhẹ nhàng, có thể tăng tốc đầu máy nhanh và êm dịu, nâng cao được tính cơ động của đầu máy, giảm được tải trọng động và va đập lên hệ thống truyền lực, dể dàng tự động hóa, quá trình chuyển tốc độ gần như tức thời

Bên cạnh nhưng ưu điểm trên thì bộ truyền động thủy lực này có

những nhược điểm sau: chế tạo phức tạp, tính công nghệ cao do đó giá thành cao Yêu cầ chất lỏng làm việc phức tạp, độ nhớt phải thích hợp ít thay đổi khi nhiệt độ và áp suất thay đổi Đòi hỏi người vận hành và sữa chữa phải có tay nghề cao

2 ) Các bộ phận chính của bộ truyền động thủy lực :

a) Bộ phận chấp hành:

Gồm 3 bộ biến tốc thủy lực đặt trên cùng 1 trục dẫn: bộ biến tốc thủylực dùng trong khởi động CD, bộ biến tốc thủy lực dùng trong chế độ vận hành thứ nhất CM I, bộ biến tốc thủy lực dùng trong chế độ vận hànhthứ hai CM II, Các bánh bơm của các bộ biến tốc thủy lực đều được lắp trên cùng 1 trục(trục bơm của bộ truyền động) Các bánh tuabin của bộ biến tốc thủy lực khởi động(CD) và bộ biến tốc vận hành một(CM I) đưa công suất ra bằng bánh răng số 3 Còn bánh tuabin của bộ biến tốc vận hành hai(CM II) đưa công suất ra bằng bánh răng số 5

- Trục I được lắp bánh răng 1 để truyền momen từ động cơ diezel qua bánh răng 2 làm cho trục bơm 2 quay do đó các bánh bơm quay theo

- Trục bơm II còn được lắp bánh răng 14 để ăn khớp với bánh răng 15&16 kéo các thiết bị phụ Bánh răng 24 ăn khớp với bánh răng 25 để kéo bơm (103) cho hệ thống điều khiển, bánh răng 17 ăn khớp với bánh răng 18;19;20&21 để dẫn động bơm (101) cung cấp dầu cho cơ cấu chấp hành(các bộ biến tốc thủy lực)

- Trục III lắp bánh răng 4&6 để nhận công suất từ các bánh tuabin qua các bánh răng 3&5 đồng thời còn lắp côn đảo chiều 26 dịch chuyển trên

trục để ăn khớp với bánh răng 7&9 Trục III còn lắp bánh răng 22 để ăn khớp với bánh răng 23 để dẫn động bộ điều khiển ly tâm(bộ điều tốc).

- Trục III alắp bánh răng 11 để ăn khớp với bánh răng 9&10 để truyền công suất đến trục IV trong trường hợp đảo chiều

- Trục IV được lắp 2 bánh răng 8&10 để nhận công suất trực tiếp từ trục III hay thông qua trục đảo chiều III a

- Trục V được lắp bánh răng 12 để nhận công suất từ truyền động thủy lực và cơ cấu đảo chiều và truyến công suất đến hộp giảm tốc thông qua

- Van điện dầu(B1)

- Tiaroa: cơ cấu phân phối(111&112)

- Bộ chuyển cấp tốc độ: 2 piston(117&118), bộ điều chỉnh ly tâm(107)

 Bánh răng 24&25 : dẫn động bơm điều khiển (103)

 Bánh răng 14;15&16 : dẫn động các thiết bị phụ

 Bánh răng 17;18;19;20&21 : dẫn động bơm cung cấp (101)

 Bánh răng 22&23 : dẫn động bộ điều tốc ly tâm

12

13

151416

Sự làm việc của biến tốc thủy lực:

Trục I được dẫn động trực tiếp từ trục ra của động cơ Qua cặp bánh răng

ăn khớp 1&2 làm cho trục thủy lực II quay theo Trên trục II có gắn các bánhbơm của các biến tốc khởi động (CD), biến tốc vận hành I(CMI), biến tốc vận hành II(CMII)

Khi CD được cấp dầu(cấp tốc độ 1) bánh tuabin của CD quay và truyền công suất qua cặp bánh răng 3&4 làm quay trục III sau đó qua các cặp bánh răng trung gian 7&8 hoặc 9;10&11 làm trục IV quay, cuối cùng cặp bánh răng 10&12 sẽ truyền công suất từ trục IV sang trục V, đó chính là trục ra của bộ truyền thủy lực Đồng thời các bánh công tác của CM I và CM II sẽ quay trong không khí

Khi CM I được cấp dầu(cấp tốc độ 2) bánh tuabin của CM I quay và truyền công suất được thực hiện như trường hợp trên Lúc đó các bánh công tác của CD và CM II sẽ quay trong không khí

Khi CM II được cấp dầu(cấp tốc độ 3) bánh tuabin của CM II quay và việctruyền công suất được thực hiện thông qua cặp bánh răng 5&6 để truyền đến trục III, từ trục III việc truyền công suất thực hiện tương tự như trường hơp trên Lúc đó các bánh công tác của CD và CM I sẽ được ngưng cấp dầu và quay trong không khí

Việc chuyển sự làm việc từ CD sang CM I và CM II dựa vào các tốc độ giới hạn của trục ra

3) Thông số cơ bản của bộ truyền TDTL GSR 30/57 APEEW:

 Số răng của các bánh răng:

 Công suất cực đại của động cơ : P max 900(KW)

 Công suất định mức của động cơ : P dm 736(KW)

 Vận tốc của trục động cơ : n11500( / )v p

 Số vòng quay lớn nhất của bộ truyền : n2 axm 2200( / )v p

 Vận tốc nhỏ nhất ở đầu ra của bộ truyền : n2min 400( / )v p

 Hiệu suất của bộ truyền : max 83%

 Momen khởi động ở trục ra của bộ truyền : M2 20820(Nm)

 Hướng quay trùng chiều kim đồng hồ nhìn từ phía mặt bích vào của bộ truyền

 Hiệu suất cực đại của bộ TĐTL của các biến tốc :

- Biến tốc khởi động : 0,822 ; D a 570mm

- Biến tốc vận hành 1 : 0,822 ; D a 480mm

- Biến tốc vận hành 2 : 0,812 ; D a 480mm

 Khối lượng dầu cấp vào khoảng : 250 (kg)

 Khối lượng truyền động : 4380 (kg)

 Trọng lượng riêng của dầu là : 8600( /N m3)

 Điện thế điều khiển 110VDC

 Áp lực khí nén điều khiển : 0,5 – 0,8 (MPa)

II.Xây dựng đường đặc tính của bộ biến tốc thủy lực GSR 30/5.7 :

1)Tính các tỉ số truyền của bộ truyền:

a) Xác định số vòng quay của trục bơm II :

Trục I truyền chuyển động qua trục bánh bơm II nhờ cặp bánh răng 1 & 2Bánh răng 1 lắp trên trục I ,bánh răng 2 lắp trên trục II :

1

69 1,91736

b) Tỉ số truyền từ bánh Tuabin đến trục ra V của bộ truyền :

+ Chế độ khởi động ,chế vận độ hành 1: bánh Tuabin truyền chuyển

động quay từ trục II đến trục III qua cặp bánh răng 3 & 4:

- Trường hợp không đảo chiều : trục III truyền chuyển động qua cặp

bánh răng 7 & 8 làm cho trục IV quay Thông qua cặp bánh răng 10 & 12làm cho trục V quay theo (n2) :

2 3 7 10

4 8 12

40.57.51 0,519 69.56.58

T

Z Z Z n

i

- Trường hợp đảo chiều: trục III truyền chuyển động qua cặp bánh răng

9&11 làm cho trục IIIa quay.Thông qua cặp bánh răng 10&11 làm cho trục IV quay và làm trụcV quay theo (n2) nhờ cặp bánh răng 10&12 :

+ Chế độ vận hành 2: bánh Tuabin truyền chuyển động quay từ trục II

đến trục III qua cặp bánh răng 5 & 6:

- Trường hợp không đảo chiều : trục III truyền chuyển động qua cặp

bánh răng 7 & 8 làm cho trục IV quay Thông qua cặp bánh răng 10 & 12làm cho trục V quay theo (n2) :

2 5 7 10

6 8 12

65.57.51 0,883 66.56.58

T

Z Z Z n

i

- Trường hợp đảo chiều: trục III truyền chuyển động qua cặp bánh răng

9& 11 làm cho trục IIIa quay.Thông qua cặp bánh răng 10& 11 làm cho trục IV quay và làm trụcV quay theo( n2) nhờ cặp bánh răng 10 & 12 :

5 9 11 10 2

i

2)Tính toán và xây dựng đường đặc tính:

Với biến tốc khởi động : v �0 34(km h/ )

-P : Công suất trục bánh bơm II xác định trên đường đặc tính

- n: Số vòng quay của trục bánh bơm : n n B 2875,5( / )v p

+ M T : Momen trên trục Tubin : M T  M i Nm2 ( )

+ n T : Số vòng quay của trục tuabin : n T n2 ( / )v p

i



+ n2 :Sốvòng quay của trục ra được xác định trên đường đặc tính

+ M2 : Momen trên trục ra được xác định trên đường đặc tính

3) Xây dựng đường đặc tính quy dẫn:

+ Đường đặc tính quy dẫn là quan hệ tương đối giữa hệ số biến đổi momen k , hệ số momen trên trục dẫn 1 và hiệu suất  của bộ truyền với tỉ số truyền

Số vòng quay của trục bánh bơm : n n B 2875,5( / )v p

Đường kính : D a 570mm

Khối lượng riêng của chất lỏng làm việc :  8600( /N m3)

Tính toán ta có bảng số liệu sau :

4) Tính toán lại với số vòng quay mới: n' 2000( / ) :v p

Vì bánh răng 1 lắp trên trục I, bánh răng 2 lắp trục II nên :

i 0 0,134 0,268 0,402 0,536' ' 2 5( )

M  M k Nm 19220 14137 10601 7857 6144' ' ( / )

- Chế độ khớp nối (chế độ cân bằng momen): là chế độ màM T  M Bnên momen bánh phản ứng bằng 0

M P   (Q C2uP.r2P C1uP )r1P C2uP.r2P C1uT.r1T 0

Điều kiện cân bằng momen: C2uP.r2P C1uT.r1T ; nếu r2T �r2Pthì vận tốc tuyệt đối tạ cửa ra của tuabin và bánh phản ứng khác nhau

Dựa vào đồ thị trên ta thấy không có điểm làm việc ở chế độ khớp nối

vì trên đồ thị không có điểm nào mà M T  M B

- Chế độ quay đồng bộ : là chế độ mà n T n B �i 1 khi đó giữa bơm

và tuabin được nối cứng trục với nhau bằng ly hợp ma sát để truyền công suất thẳng từ động cơ đến bộ phận công tác nhằm giảm tổn that trong BTTL do đó chế độ này còn gọi là chế độ truyền thẳng

Dựa vào đồ thị trên và bảng thông số ta không thấy có điểm nào làm việc ở chế độ quay đồng bộ vì không có điểm nào mà n T n B or i 1

Với  8600( /N m3)cons ;t D 570(mm)const và dựa trên

đồ thị đường đặc tính quy dẫn ta chọn 2 giá trị của 1 ứng với 2 giá trị của i bt :

6) Sự làm việc phối hợp giữa động cơ MTU và BTTL:

- Điều kiện cân bằng năng lượng :

- Với  10000( /N m3) cons ;t D 570(mm) const và dựa trên

đồ thị đường đặc tính quy dẫn ta chọn 2 giá trị của M ứng với 2 giá trị của i bt :

Dựa vào đồ thị ta thấy điểm làm việc phối hợp tốt nhất giữa động cơ

và BTTL là điểm :

ứng với M1 4,96.107là điểm có số vòng quay n 1950( / )v p

M2 5,44.107 là điểm có số vòng quay n 2000( / )v p

III.Tính toán thiết kế van:

a) Cho thông số đầu vào:

- Áp suất làm việc của van(áp suất mở van):p N mm( / 2)

- Lưu lượng tại cửa vào của van: Q m s( 3 / )

- Vận tốc của chất lỏng làm việc tại cửa vào van: v m s( / )

b) Tính toán kích thước của viên bi:

- Tính đường kính rãnh dẫn vào d r được tính theo công thức:



- Tính hệ số kể đến độ cong của dây lò xo: 4 2

c k c

+   x (MPa): ứng suất cắt cho phép   x (0,4 0,5) (� b MPa)

- Chọn đường kính dây lò xo d mm( )theo dãy tiêu chuẩn.

- Tính đường kính trung bình của lò xo: D c d mm ( ) sau đó tính đường kính ngoài của lò xo D n  D d mm( )và tính đường kính trong của lò xo D t  D d mm( )

- Chọn tỉ số giữa chiều cao và đường kính trung bình của lò xo H

D

- Tính chiều cao của lò xo H mm( )

- Chọn góc nâng vòng xoắn ốc của lò xo: 

- Tính bước của lò xo: p  .tan (D  mm)

- Tính số vòng làm việc của lò xo: 1

- Chiều cao của lò xo khi sít nhau H s d n.( 1)(mm)

- Tính chiều dài dây lò xo: l  2 ( D n mm)

4

r o r

.4

s m

2)Ví dụ thiết kế van bi :

a) Cho thông số đầu vào:

- Áp suất làm việc của van(áp suất mở van):p 5(MPa) 5( / N mm2)

- Lưu lượng tại cửa vào của van: Q300( / ) 5.10 (l p  3 m s3 / )

- Vận tốc của chất lỏng làm việc tại cửa vào van: v10( / )m s

b) Tính toán kích thước của viên bi:

- Tính đường kính rãnh dẫn vào d r được tính theo công thức:

d

c) Tính toán kích thước của lò xo(chịu kéo nén loại 2):

- Chọn vật liệu làm lò xo: thép nhiều cacbon tra bảng ta có:

- Đường kính trung bình của lò xo: D c d  4.7 28( mm)

đường kính ngoài của lò xo D n   D d 28 4 32(  mm)

đường kính trong của lò xo D t   D d 28 4 24(  mm)

- Để tránh mất ổn định, kích thước của lò xo phải thỏa điều kiện

- Bước của lò xo: p  .tanD  3,14.28.tan10o 15,5(mm)

- Số vòng làm việc của lò xo: 1 84 1

5,3( )15,5

- Chiều cao của lò xo khi sít nhau: H s  d n.(  1) 4.(6 1) 28(  mm)

- Chiều dài dây lò xo: l 2  D n2.3,14.28.6 1055, 4( mm)

modun trượt đàn hồi của vật liệu làm lò xo: G 8.10 (4 MPa)

- Tính biến dạng ban đầu của lò xo để tạo lực căng ban đầu:

550 0,525( )

952, 4

o o

r o r