Khảo sát hệ thống truyền động thủy lực trên máy xúc một gàu vạn năng

I. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY XÚC: Máy xúc là máy xúc thuỷ lực một gàu vạn năng, được chế tạo tại Liên Xô cũ, thuộc nhóm kích thước (khối lượng thao tác 19 30 tấn), cơ cấu di chuyển kiểu bánh xích, thiết bị công tác được treo cứng (khớp nối đòn bẩy), mođen thứ nhất, cải tiến lần thứ nhất(A). Hình 1.1. Cấu tạo chung máy xúc 1 Gàu; 2 Tay xúc; 3 Xylanh gàu; 4 Xylanh tay xúc; 5 Cần; 6 Ống dẫn thuỷ lực; 7 Xylanh cần; 8 Buồng điều khiển; 9 Thùng dầu thuỷ lực; 10 Thiết bị động lực; 11 Bậc thang; 12 Ổ đỡ bàn quay; 13 Cơ cấu di chuyển Cấu tạo chung của máy xúc thuỷ lực vạn năng bao gồm ( hình 1.1): Bàn quay được tỳ lên cơ cấu di chuyển (13) thông qua ổ đỡ bàn quay (12). Trên bàn quay người ta bố trí thiết bị động lực, cơ cấu quay, cơ cấu đẫn động thuỷ lực,đối trọng. Buồng điều khiển (8) được lắp đặt trên bàn quay, trong buồng điều khiển ta có bố trí ghế ngồi và các cần điều khiển hoạt động của máy xúc. Thiết bị công tác chính của máy xúc bao gồm: gàu ngược (1), tay xúc (2), cần (5). Các thiết bị này được dẫn động bởi các xylanh gàu (3), xylanh tay xúc (4), xy lanh cần (7). Cơ cấu di chuyển (13) được dẫn động từ các môtơ thuỷ lực pittông hướng kính có mômen lớn. b. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA MÁY XÚC: Các thông số kỹ thuật chính củ máy xúc thuỷ lực được trình bày trên các bảng 1.1; 1.2; 1.3 và hình vẽ 1.2; 1.3

Trang 1

I CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY XÚC:

Máy xúc là máy xúc thuỷ lực một gàu vạn năng, được chế tạo tại Liên Xô cũ, thuộc nhóm kích thước (khối lượng thao tác 1930 tấn), cơ cấu di chuyển kiểu bánh xích, thiết bị công tác được treo cứng (khớp nối - đòn bẩy), mođen thứ nhất, cải tiến lần thứ nhất(A)

a CẤU TẠO CHUNG:

Hình 1.1 Cấu tạo chung máy xúc

1- Gàu; 2- Tay xúc; 3- Xylanh gàu; 4- Xylanh tay xúc; 5- Cần; 6- Ống dẫn thuỷ lực; 7- Xylanh cần; 8- Buồng điều khiển; 9- Thùng dầu thuỷ lực; 10- Thiết bị động lực; 11- Bậc thang; 12- Ổ đỡ bàn quay; 13- Cơ cấu di chuyển

Cấu tạo chung của máy xúc thuỷ lực vạn năng bao gồm ( hình 1.1):

Bàn quay được tỳ lên cơ cấu di chuyển (13) thông qua ổ đỡ bàn quay (12) Trên bàn quay người ta bố trí thiết bị động lực, cơ cấu quay, cơ cấu đẫn động thuỷ lực,đối trọng Buồng điều khiển (8) được lắp đặt trên bàn quay, trong buồng điều khiển ta có bố trí ghế ngồi và các cần điều khiển hoạt động của máy xúc

Thiết bị công tác chính của máy xúc bao gồm: gàu ngược (1), tay xúc (2), cần (5) Các thiết bị này được dẫn động bởi các xylanh gàu (3), xylanh tay xúc (4), xy lanh cần (7)

Cơ cấu di chuyển (13) được dẫn động từ các môtơ thuỷ lực pittông hướng kính có mômen lớn

b CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA MÁY XÚC:

Các thông số kỹ thuật chính củ máy xúc thuỷ lực được trình bày trên các bảng 1.1; 1.2; 1.3 và hình vẽ 1.2; 1.3

EO

- 4 12 1A

1 2

3

9 10

13 12 11

Trang 2

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của máy xúc thuỷ lực vạn năng

Bảng 1.2 Các thông số kích thước:

Chiều dài của máy xúc

Chiều rộng của máy xúc

Chiều cao của máy xúc

Chiều dài toàn bộ xích

Chiều rộng toàn bộ

Chiều rộng một bản xích

6800 3000 3000 3420 2930 580

mm mm mm mm mm mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Loại động cơ

- Kiểu

- Mã hiệu

- Công suất Tốc độ di chuyển Khả năng leo dốc Tốc độ toa quay

Áp suất dầu công tác Các thiết bị công tác chính

- Dung tich gàu ngược

- Dung tích gàu thuận

- Dung tích gàu ngoạm

- Dung tích gàu bốc xếp

Áp suất trên nền(tính trung bình) Khối lượng máy xúc trung bình

Diesel A-01M 96 2,8 22 4,75 10x 106N/m 2

0,65;1 1;1,6;2 0,5;0,8;1 1;1,5 0,062 0,065 18,75

KW Km/h Độ V/ph MPa

3

m

3

m

3

m

3

m

MPa Tấn

Trang 3

Bảng :1.3 Các thông số về vùng đào máy xúc

Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

Bán kính đào lớn nhất

Chiều sâu đào lớn nhất

Chiều cao dỡ tải

Chiều cao lớn nhất

max

k

R

max

k

H

B H

max

B

H

9200 6500 6885 9710

mm mm mm mm

Kích thước tương đương Kích thước tương đương Kích thước tương đương Kích thước tương đương

3420

6800

Trang 5

Nguyên lý hoạt động:

Ở trạng thái hoạt động xy lanh A dùng để nâng cần ở vị trí thích hợp, sau đó hệ thống quay sẽ làm cho toàn cần, tay xúc, gàu xúc quay theo đến vị trí cần xúc, xy lanh B rút về điều khiển tay xúc, xy lanh C rút về điều khiển gàu xúc Sau đó xy lanh A rút về hạ cần xuống đồng thời xy lanh B và xy lanh C đẩy tới để điều khiển tay xúc và gàu xúc để xúc đất Tiếp theo xy lanh A nâng cần lên rồi hệ thống sẽ quay tới vị trí cần nhả đất ra, rồi hệ thống quay trở về hoạt động tiếp tục Qúa trình hoạt động tiếp tục diễn ra

Trang 6

Sơ đồ thuỷ lực

II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẦU ÉP TRÊN MÁY XÚC:

a Xy lanh A:

Thông số ban đầu:

D=120mm, Vmax=70mm/s, Vmin=30mm/s

P=10*106 N/m2=100 bar=10N/mm2

 Tiết diện làm việc của piston F =

4

2

D



4

120

* 14 ,

11304 mm2

 Lưu lượng cần thiết làm việc của xy lanh Q=F*Vmax=11304*70=791280

mm3/s=0,791280 dm3/s=47,5 (l/phut)

Ta chọn áp suất bơm Pb = 100 bar = 10 N/mm2

Trong quá trình chuyển động luôn có sự tổn thất áp suất: bộ lọc, van, đường ống… Tổn thất bộ lọc dầu: P1 = 1,5 bar

Tổn thất van tràn: P2 = 2,5 bar

Tổn thất van giảm áp; P3 = 1,5 bar

Trang 7

Tổn thất van 1 chiều: P4 = 1,5 bar

Tổn thất van đảo chiều: P5 = 2 bar

Tổn thất van tiết lưu: P6 = 4 bar

Tổn thất trên ống dẫn: P7 = 1,5 bar

 Áp suất dầu tác dụng lên xi lanh: p = Pb -  P = 85,5 bar = 8,55 N/mm2

 Lực đẩy của piston Pđmax=F.P=11304*8,55=96650 KG

 Đường kính cần đẩy: d = k x D = 0,7x 120 = 84 (mm)

 Vận tốc piston khi đi về: V =

4

84 14 ,

x

F

Q

 = 7912805765 = 137,25 mm/s

b Xy lanh B:

D=105 mm, Vmax=70mm/giây, Vmin=30mm/giây

P=10*106 N/m2=100 bar=10N/mm2

4

2

D



=

4

105

* 14 ,

=8655 mm2

 Lưu lượng cần thiết làm việc của xy lanh

Q=F*Vmax=8655*70=605850mm3/s=0,605850 dm3/s=36,4 (l/phut)

 Lực đẩy của piston Pđmax=F.P=8655*8,55=74000 KG

 Đường kính cần đẩy: d = k x D = 0,7x 105 = 73,5 (mm)

4

5 , 73 14 ,

x

F

Q

 = 4414605850,24 =137,25 mm/s

c Xy lanh C:

D=90 mm, Vmax=70mm/giây, Vmin=30mm/giây

P=10*106 N/m2=100 bar=10N/mm2

4

2

D



=

4

90

* 14 ,

=6358,5 mm2

 Lưu lượng cần thiết làm việc của xy lanh

Q=F*Vmax=6358,5*70=445090mm3/s=0,445090 dm3/s=26,7 (l/phut)

Trang 8

 Lực đẩy của piston Pđmax=F.P=6358,5*8,55=54366 KG

 Đường kính cần đẩy: d = k x D = 0,7x 90 = 63 (mm)

4

63 14 ,

x

F

Q

3243

445090

=137,25 mm/s

 Toàn bộ năng lượng của lưu lượng này biến thành nhiệt, gây nên tổn thất công suất:

N = p Q x 6,636kW

612

5 , 47 5 , 85 612

1

P0 = 85,5 bar

Q = 6,8 (l/phut)

 Nếu lấy tổng hiệu suất của bơm dầu là  = 0,7, thì công suất cần thiết của động cơ điện là :

Nct = N 9 , 5kW

7 , 0

636 , 6





Bảng tổng kết

TT Đường kính D(mm) Lưu lượng Q (l/f) V

max

mm/s V

min

mm/s

Vậy lưu lượng cần thiết cung cấp cho hệ thống: = 110,6 lit/ phút và áp suất cần thiết bơm tạo ra là 100 bar

III BƠM DẦU VÀ ĐỘNG CƠ DẦU:

1 Bơm dầu:

Trang 9

a.Nguyên lý làm việc: Bơm gồm các pittong (1) đặt song song với trục của roto (2)

và luôn tì sát vào đĩa nghiêng (3) nhờ lò xo (4) Trục (5) truyền chuyển động cho roto, nên buộc pittong (1) di động thẳng đi về, thực hiện quá trình hút và nén Các xilanh của pitong (1) đều có lỗ thông với các rãnh của đĩa dẫn dầu (6) Trong quá trình quay, những pittong nào ở vào vùng rãnh A thực hiện quá trình hút, và ở vùng rãnh B thực hiện quá trình nén

Theo bảng III trang 160 chọn piston kiểu H∏P loại 713 có các thông số sau

Số vòng quay n = 960(v/ph)

Lưu lượng Q = 200 (l/ph)

Áp suất p =100 bar

Số piston z = 9

Góc nghiêng lớn nhất  = 250

Hiệu suất của bơm Q = 0,8

b.Lưu lượng của bơm:





tg D n z d

4

*

Trong đó:

Q: là lưu lượng của bơm (l/ph)

d: đường kính pitong (mm) d=16-22 (mm) chọn d=22mm

z: số lượng pitong

n: số vòng quay (v/ph)

D: đường kính vòng chia rôto (mm)

: góc nghiêng lớn nhất

Trang 10

h: là hành trình pitong thông thường h=(1,3-1,4)*d

Chọn h=1,4*22=30,8

Mà ta có

66 25

8 , 30

25 







tg tg

h D

D

h

Vậy lưu lượng của pitong là:

8 , 101028 25

* 66

* 960

* 9

* 22

* 4

14 , 3

* 10

*

4

*

2 3





tg tg

D n z d

2 Chọn động cơ dầu :

Động cơ là cơ cấu biến đổi năng lương dùng để biến thế năng của dầu thành cơ năng

Về nguyên tắc, kết cấu của động cơ dầu giống như bơm dầu Do đó, tất cả các loại bơm dầu đều có thể làm động cơ dầu và ngược lại Thông thường động cơ dầu được lắp cùng với bơm dầu thành một khối truyền động gọi là một hộp truyền động dầu ép Trong hộp truyền động dầu ép, bơm dầu và động

cơ dầu và động cơ dầu thường có kết cấu giống nhau; nếu có khác thì khác về kích thước

Ta chọn động cơ dầu pittong

3 Chọn bộ lọc :

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị ô nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào hoặc do các chất bẩn tù bản thân dầu tạo nên Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong hệ thống dầu ép gây nên những trở ngại, hư hỏng trong hệ thống

Do đó, trong các hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu dầu ép Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của cơm dầu Trường hợp cần dầu tinh khiết hơn thì đặt thêm một bộ phận nữa ở cửa ra của bơm và một ở cửa ra của hệ thống dầu ép

Tùy thuộc vào kích thước của chất bẩn có thể chọn được, bộ lọc dầu có thể phân thành :

- Bộ lọc thô : có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,1 mm

- Bộ lọc trung bình : có thể học được những chất bẩn có kích thước đến 0,01 mm

- Bộ lọc tinh : có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,005 mm

- Bộ lọc đặc biệt tinh : có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,001 mm

Các hệ thống dầu ép trong máy công cụ thường dùng các bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh

Chọn bộ lọc lưới vì đặc tính của nó phù hợp với loai máy mà ta đang thiết kế

Đặc điểm :

Trang 11

Bộ lọc lưới là bộ lọc dầu đơn giản nhất nó gồm khung cứng (1) và bộ lọc bằng đồng (2) bao xung quanh Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và các lỗ (3) để vào ống hút (4) Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau tùy thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc

4

1 2

3

Nhược điểm của bộ lọc :

Nhược điểm của bộ lọc lưới là chất bẩn dễ bám vào mắt lưới và khó tẩy

ra Do đó, nó thường dùng để lọc thô, như lắp vào ống hút của bơm Trường hợp này thường dùng bộ lọc tinh ở ống ra

Các thông số của bộ lọc :

Do sức cản của lưới, nên dầu khi đi qua bộ lọc bị giảm áp suất, sự tổn thất áp suất có thể lây ∆p = 1÷2 bar

Tính lưu lượng chảy qua bộ lọc dầu, người ta dùng công thức tính lưu lưu lượng qua lưới lọc :

Q A pl f



 Trong đó :

A = 68 = 48 cm2 diện tích toàn bộ bề lọc (cm2)

∆p = p1 – p2 = 2 hiệu áp của bộ lọc (bar)

1



 [poise] = 0,06895[bar] độ nhớt động học của dầu

α = 0,05 cm2lit.phút hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn vị diện tích và thời gian cm2lit.phút

5 , 69 06895 , 0

2 48 05 , 0







Vận tốc dầu được tính trước khi vào lưới (thông thường v = 0,5÷1 m/s)

4 Ống dẫn và ống nôi :

Trang 12

a.Ống dẫn :

Ống dẫn dùng trog hệ thống dầu ép phổ biến nhất là ống đồng hay ống thép ống đồng có ưu điểm là dễ biến đổi hình dáng, nhưng đắt tiền vì thế, đối với những ống dẫn có tiết diện lớn và không cần uốn cong nhiều, người ta dùng ống thép

Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền và tổn thất áp suất cần nhỏ nhất Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh

sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu

Để lựa chọn đường kính ống dẫn, ta xuất phát từ phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn :

4

2





Nếu ta lấy lưu lượng la Q [lit/phut], vận tốc dầu chảy trong ống la v [m/s] và đường kính ống dẫn la d [mm], thì ta có :

60 10 4

001 , 0

3

v

d





Từ đây rút ra :

v

Q

6 , 4

 Vận tốc dầu chảy trong ống thường dùng :

- Ở ống hút : v = 1,5÷2 m/s

- Ở ống nén : v = 3÷5 m/s

Để kiểm tra sức bền của ống, thường dùng công thức sau đây :

  5  2

2

10

m N s

d p





   ứng suất cho phép của vật liệu ống dẫn

Vì ta chọn ống dẫn bằng đồng nên    250 10 5N m2

p – áp suất lớn nhất của dầu trong ống [bar]

s- bề dầy của thành ống [cm]

 Đường kính ống dẫn từ bộ lọc đến máy bơm :

Từ bộ lọc đến máy bơm ta thấy có hai loại ống

 Đường kính ống hút :

d 4 , 6 Q v trong đó : Q = 69,5 l/f

v = 2 m/s

v

Q

27 2

5 , 69 6 , 4 6

,



 Đường kính ống nén :

d

v

Q

6 , 4

 trong đó : Q = 69,5 l/f

v = 5 m/s

Trang 13

d mm

v

Q

17 5

5 , 69 6 , 4 6

,



 Đường kính ống dẫn từ van bộ ổn tốc đến van đảo chiều 5/2

d

v

Q

6 , 4

 trong đó : Q = 35 l/ph

v = 2 m/s

v

Q

2 , 19 2

35 6 , 4 6

,



d

v

Q

6 , 4

 trong đó : Q = 35 l/ph

v = 5 m/s

v

Q

12 5

35 6 , 4 6

,



 Đường kính ống dẫn từ van đảo chiều 5/2 đến xylanh :

d

v

Q

6 , 4

 trong đó : Q = 48 (l/ph)

v = 2 m/s

v

Q

5 , 22 2

48 6 , 4 6

,



d

v

Q

6 , 4

 trong đó : Q = 48 (l/ph)

v = 5 m/s

v

Q

2 , 14 5

48 6 , 4 6

,



b.Ống nối :

Để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các cơ cấu dầu ép Loại ống nối như hình trên thường dùng để nối các loại ống có đường kính không quá 30 mm Đầu mút của ống làm bằng đồng (1) được tạo thành dang côn và tì lên đầu côn của mối nối (2) Góc côn thông thường là 600±30’ Để xiết chặt hai mặt côn vào nhau ta dung ecu (3) ép ống tì (4) về bên trái Kiểu ống nối này có thể dùng đến áp suất 100÷200bar

5.CHỌN BỂ DẦU :

Để xác định kích thước cần thiết của bể dầu, ta phải tính lượng dầu cần thiết cho hệ thống dầu ép Lượng dầu này được tính toán trên cơ sở cân bằng nhiệt lượng

do các tổn thất trong hệ thống dầu ép sinh ra, phụ thuộc vào sự truyền và tỏa nhiệt của bể dầu

Trang 14

Những tổn thất công suất chủ yếu biến thành nhiệt của các bộ phận trong hệ thống dầu ép là:

Tổn thất công suất của bơm dầu

Tổn thất công suất của bơm dầu làm tăng nhiệt độ của dầu, nếu bơm nhúng vào dầu:





612

o b b p Q

= ) 0 , 142KW

8 , 0

8 , 0 1 ( 612

10

* 35



 Trong đó:



b

Q lưu lượng của bơm dầu [l/ph]



o

p áp suất ở cửa ra của bơm [bar]



 tổng hiệu suất của bơm

Tổn thất công suất của van tràn

Chọn van kiểu

Nếu lưu lượng qua van tràn là Qt thì:

612

o t t

p Q

= 9 , 15KW

612

40

* 140



Tổn thất công suất của các cơ cấu điều chỉnh, trên các ống dẫn và ống nối

N đ  

612



[kW]

= 3 , 9KW

612

5 , 14

* ) 35 200 (





Trong đó:





 p tổn thất áp suất trên các cơ cấu điều khiển, ống dẫn

Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống dầu ép:

N = Nb + Nt + Nđ [kW]

= 0,142 + 9,15 + 3,9 =13,192 (KW)

Ta lấy thể tích dầu cần thiết bằng 3 ÷ 5 phút lưu lượng của bơm

V=4*200=800(lit)=0,8( m3/ph)

Để kiểm tra lượng dầu đã chọn (hoặc để tính chính xác), đảm bảo nhiệt độ T của dầu không vượt quá 55 60o Csau thời gian làm việc t giờ, ta dùng công thức được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt, nếu như nhiệt độ dầu khi khởi động bằng nhiệt độ không khí:

kF

K T

T  o  [ C o ]

Trong đó:

T o - nhiệt độ không khí xung quanh [ C o ]

K = 633N [kcal/giờ] - tổng nhiệt lượng sản ra do tổn thất công suất trong hệ thống dầu ép

k - hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào môi trường làm nguội:

+ Ở bể dầu làm nguội bằng quạt không khí: k = 20

Trang 15

3 2

64 ,

=0,55 (m2)

Thay trị số F vào công thức ta có:

3 2

64 ,

K T

=28 + 86

11

633

 [ C o ]

Từ đây ta có thể xác định thể tích dầu cần thiết:

3 3

064 , 0 064

,





























T k

K T

T k

K V

o

= ) )

8 20 064 , 0

60 / 633

=1,045 (m3)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- GS Nguyễn Ngọc Cẩn, TRUYỀN ĐỘNG DẦU ÉP TRONG MÁY CẮT KIM LOẠI- Nhà xuất bản ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

2- Người Dịch: Hoành Quang- Nguyễn Văn Kính

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP

Nhà Xuất Bản Xây Dựng- Hà Nội- 1984

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	413,5 KB