TÍNH TOÁN hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY lực của máy xúc một gầu TRUYỀN ĐỘNG THỦY lực DI CHUYỂN BÁNH XÍCH

Em được giao nhiệm vụ là: “Tính toán hệ thống truyền độngthủy lực của máy xúc một gầu truyền động di chuyển bánh xích với áp suất dầulàm việc 32MPa và dung tích gầu 0,4m3” Bước vào thế k

Bộ môn Cơ Kỹ Thuật

Dung tích của gầu: V = 0,4 m3

Áp suất làm việc của dầu: p = 32 MPa

Nội dung:

- Xác định nhiệm vụ đồ án môn học theo công việc của máy

- Xây dựng sơ đồ truyền động thủy lực

- Tính chọn các thông số cơ bản của máy

- Tính chọn các phần tử bơm, động cơ thủy lực, chất lỏng, đường ống

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án học phần Truyền động thủy khí động lực là một đồ án rất quantrọng sau đối với sinh viên nghành động lực nói riêng và sinh viên nghành kĩthuật nói chung Em được giao nhiệm vụ là: “Tính toán hệ thống truyền độngthủy lực của máy xúc một gầu truyền động di chuyển bánh xích với áp suất dầulàm việc 32MPa và dung tích gầu 0,4m3”

Bước vào thế kỉ XXI, đất nước ta đang trong giai đoạn đẩy mạnh côngnghiệp hóa, hiện đại hóa việc xây dựng ngày càng được đẩy manh, nhu cầu đào

và vận chuyện đất đá với khối lượng lớn là vô cùng bức thiết Bên cạnh đó, việckhai thác tài nguyên thiên nhiên phát triển mạnh cũng là lý do làm cho máy xúcđất được sử dụng rộng rãi hiện nay Vì máy xúc làm việc có năng suất cao, làmviệc trong nhiều điều kiện khó khăn, tiết kiệm được nhân công, công suất lớnnên nâng cao được hiệu quả lao động Trong máy xúc, hệ thống thủy lực làquan trọng nhất vì nó đảm nhiệm công tác chính Vì vậy việc tính toán hệ thốngthủy lực của máy xúc là vô cùng quan trọng

Trong quá trình làm đồ án, do trình độ hạn chế, tài liệu chưa đầy đủ nênkhông thể tránh khỏi sai sót Em rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô.Cuối cùng, em xinh chân thành gửi lời cám ơn đến thầy Lê Minh Đức đã tậntình hướng dẫn em trong quá trình hoàn thành đồ quá Em xin cảm ơn

PHẦN MỘT: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY XÚC

I Công dụng của máy xúc

Máy xúc một gầu là một trong những loại máy chủ đạo trong công tác làmđất nói riêng và trong công tác xây dựng nói chung Máy xúc thường làm nhiệm

vụ khai thác đất và đổ đất vào phương tiện vận chuyển, hoặc chúng tự đào vàvận chuyển đất trong phạm vi cự ly ngắn như đào trên kênh mương Nó đảmnhiệm 50-70% khối lượng công tác đào xúc đất Trong các công trình xây dựngđường, đê đập, thủy điện, khai thác mỏ… máy xúc một gầu là loại máy quantrọng nhất

Máy xúc một gầu là loại máy làm việc theo chu kỳ gồm các nguyên côngđào tích đất và nâng gầu lên và đổ vào phương tiện vận chuyển hoặc đổ thànhđống

Bên cạnh đó, máy xúc còn thể thực hiện nhiều thiết bị công tác khác đểthực nhiều tính năng khác như búa đống cọc, phá đá, cầu, nhổ cây, đầm mặt…

II Cấu tạo chung của máy xúc.

Máy xúc một gầu truyền động di chuyển bánh xích có các bộ phận chínhsau:

Hình a: Sơ đồ kết cấu của máy xúc 1-Gầu; 2-Tay gầu; 3- Xylanh gầu; 4- Xylanh tay cần; 5- Cần; 6- Xy lanh cần; 7- Ca-bin; 8-Động cơ; 9- Dải xích; 10- Mô tơ di chuyển; 11- Sắt xi;

III Nguyên lý hoạt động chung

Khi động cơ (8) làm việc Công suất được truyền qua bánh đà đến bơmthuỷ lực Bơm thuỷ lực làm việc, hút dầu từ thùng dầu và đẩy đến cụm van phânphối chính Trên ca bin (7) người vận hành sẽ tác động đến các cần điều khiểnthiết bị công tác, quay toa, di chuyển Khi có sự tác động của người vận hànhmột dòng dầu điều khiển sẽ được mở đi đến cụm van phân phối chính

Dòng dầu điều khiển này sẽ có tác dụng đóng/mở cụm van phân phối tương ứngcho thiết bị công tác, quay toa, di chuyển Đường dầu chính đến xi lanh cần (6),

xi lanh tay gầu (4) hoặc xi lanh gầu (3) Như vậy thiết bị công tác có thể làmviệc theo ý muốn của người vận hành Đường dầu đi đến mô tơ quay toa hoặc

76

54

mô tơ di chuyển (10) làm cho các mô tơ này quay Mô tơ sẽ kéo cho toa quayhoặc kéo xích (9) thông qua truyền động cuối và bánh sao làm cho xe di chuyển

được Đường dầu trước khi về thùng được làm mát ở két mát và được lọc bẩn ởlọc dầu thuỷ lực Áp lực của hệ thống thuỷ lực được giới hạn bởi van an toàn,thông thường được lắp ở cụm van phân phối chính Khi áp lực hệ thống đạt đếngiới hạn của van thì van sẽ mở ra và cho dầu chảy về thùng

PHẦN HAI:

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

I Các thông số cơ bản.

1 Các thông số cơ bản của máy tham khảo, máy xúc Kobelco - SK 100 [5]

2 Thông số cho trước.

4 2 1

Các phần tử trong sơ đồ mạch thủy lực trên:

b Van phân phối.

Cơ cấu phân phối được dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút ở lưới đườngống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định Nhờvậy, ta có thể đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiển nótheo một quy luật nhất định

Chất lỏng từ bơm trước khi đến động cơ thủy lực qua cơ cấu phân phối Cơ cấu

là nơi tập trung các đầu mối lưu thông của chất lỏng Ở đây, chất lỏng từ bơmđến được phân phối vào các nhánh khác nhau của đường lưới ống

Van phân phối ta dùng trong hệ thống là van phân phối điều khiển bằng thủylực

Ký hiệu:

c Van an tòan

Công dụng của van an toàn là dùng để khống chế áp suất chất lỏng trong hệthống thủy lực không vượt quá trị số quy định đề phòng quá tải Nguyên tắc làmviệc của van là khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức điều chỉnh, van an toàn

tự động mở ra để đưa dầu về bể Van được thiết kế dựa trên cân bằng của áp suấtdầu tác dụng lên con trượt và ngược chiều với lực của lò xo Khi áp suất vượtqúa mức quy định, áp suất này sẽ thắng được lực lò xo và hình thành khe hở

thông dầu để đưa dầu về thùng chứa Khi chất lỏng chảy về thùng chứa làm cho

áp suất trong hệ thống giảm xuống như mức quy định đã được diều chỉnh trước

Hình: a Kết cấu của van an toàn b Ký hiệu

d Van một chiều.

Van một chiều dùng để điều khiển đi theo một chiều nhất định và chặn theo

chiều ngược lại

Ứng dụng của van một chiều: đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu về bể); đặt ởcửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm); khi sử dụng hai bơm dầu dùng chungcho một hệ thống (nhằm giảm tiêu hao công suất)

Hình: a Kết cấu của van một chiều b Ký hiệu

e Bộ ổn tốc.

Trong nhưng cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì hệ thống điều đơn giản như trên không đảm bảo được, vì nó không khắc phục được

nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyên động, như tải trọng thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu củng như sự thay đổi nhiệt độ Ngoài những nguyên

nhân trên hệ thống dầu ép làm việc còn ảnh hưởng những thiếu sót về kết cấu như: các cơ cấu điều khiển không chính xác, vv…

Do đó, muốn cho vận tốc được ổn định, duy trì trị số được đã điều chỉnh, trong các hệ thống điều chỉnh vận tốc kể trên, cần lắp thêm một số bộ phận, để loại trừcác nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc

Để cho vận tốc không thay đổi khi tải trọng thay đổi, người ta sử dụng bộ ổn tốc gồm: van tiết lưu và van giảm áp Bộ ổn tốc có nhiệm vụ giữ áp suất ∆ p qua vantiết lưu không thay đổi

Trong hệ thống ta lắp bộ ổn tốc ở trên đường về:

- Van tràn làm việc liên tục

Hình: a Kết cấu của bộ ổn tốc b Ký hiệu

f Thùng chứa dầu.

Thùng dầu có nhiệm vụ chính sau:

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầuchảy về)

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc

- Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc

- Tách nước

Cách chọn kích thước bể dầu:

Đối với các loại bể dầu di chuyển, ví dụ bể dầu trên các xe vận chuyển thì

có thể tích bể dầu được chọn như sau:

V = 1,5.Qv

Hình: Kết cấu của bể dầu

1-Động cơ điện; 2- ống nén ; 3- bộ lọc ; 4- phía hút; 5- vách ngăn ; 6- Phía xả ;

7- mắt dầu ; 8- đổ dầu ; 9- ống hồi dầu từ hệ thống

Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc (5) Khi mở động cơ (1),bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển,dầu xả về được cho vào một ngăn khác Dầu thường đổ vào bể qua một cửa (8)

bố trí trên nắp bể lọc và ống xả (9) được đặt vào gần sát bể chứa Có thể kiểmtra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7) Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cungcấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch Sau một thời gian làm việc định kỳthì bộ lọc phải được tháo ra rữa sạch hoặc thay mới Trên đường ống cấp dầu(sau khi qua bơm) người ta gắn vào một van tràn điều chỉnh áp suất dầu cungcấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu

g Bầu lọc dầu.

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chấtbẩn từ bên ngoài vào, hoặc do bản thân dầu tạo nên Những chất bẩn ấy sẽ làmkẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong các cơ cấu dầu ép, gâynên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt động của hệ thống Do đó trong các

hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bêntrong các cơ cấu, phần tử dầu ép Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm.Trường hợp dầu cần sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một bộ

ở ống xả của hệ thống dầu ép

Kết cấu và ký hiệu:

Hình: Kết cấu và ký hiệu của bầu lọc dầu

3.Tính toán xilanh cần

a Chiều dày phoi cắt lớn nhất và lực cản đào:

Quá trình xúc đất và tích đất vào gầu là tứ dưới lên ( vị trí I đến vị trí II) Giả sửgóc nghiên cần không đổi và khớp O có độ cao nang mặt bằng đứng của máy.Chiều dày phoi cắt lớn nhất theo công thức 2.III.44, trang 100, tài liệu [1]:

Hình: Sơ đồ phân bố lực dung để tính toán cần và tay cần

Xác định lực cản đào theo công thức Dombrovski trang 30, tài liệu [1]:

Lực lớn nhất trong xilanh cần xuất hiện khi gầu chưa đầy đất ở vị trí xa khớp quay O1 nhất và xilanh cần thực hiện việc nâng cần.

Lực Pc được xác định bằng cách lập phương trình cân bằng mômen của tất cáccác lực tác dụng lên hệ cần - tay cần - gầu xúc đối với khớp chân cần với bànquay O1:

Pc = G g +đ r ' g +đ+G tc r ' ' tc+G c. r ' c

r c

Trong đó:

r ' g+đ : khoảng cách từ trọng tâm gầu đến O1, r ' g+đ = 5,31 m

r ' ' tc : khoảng cách từ trọng tâm tay cần đến O1, r ' ' tc= 4,86 m

p1 : áp suất ở cửa vào xilanh, p1 = 32.106 N/ m2

A p: diện tích piston ở buồng công tác, A p= π D

2

4

p2 : áp suất ở cửa ra xilanh, chọn p2 = 6.105 N/ m2

A r : diện tích piston ở buồng trả, A r = π4 ( D2 – d2 )

d : đường kính của cần piston, d = 0,7D

Ft : tải trọng công tác, Ft = P c

2

Fms: Lực ma sát

Fqt :Lực quá tính

: Hiệu suất của xylanh, chọn = 0.93

Giả sử bỏ qua lực quán tính trong hệ thống, piston chuyển động tịnh tiến và

Tra bảng tiêu chuẩn, dựa vào trang 7, tài liệu [7], chọn loại xilanh có khớp cầu

tự lựa AMP5-RP, có các thông số: D = 80 mm và d = 56 mm

III.Tính chọn bơm thủy lực.

1.Tính lưu lượng trong xylanh cần.

Chọn vận tốc chuyển động của xylanh: v = 0,15 m/s (tiêu chuẩn bơm)

Diện tích phần làm việc Ap của xylanh gầu:

2.Tính toán các thông số của bơm.

Lưu lượng cần thiết của bơm đưa vào xilanh cần, với hiệu suất thủy lực củaxilanh là Hxl = 0.95

Q b = 2 Q1

❑= 2 7,54.1 0

−4

0.95 = 1,6 10−3m3/s (Vì máy xúc dùng 2 xylanh cần)

Hiệu suất lưu lượng của bơm: ❑Q= 0,96

Hiệu suất cơ khí của bơm: ck=0,94

Lưu lượng lý thuyết của bơm:

Áp suất làm việc lớn nhất : p = 320 bar

Chọn các thông số cơ bản của bơm theo trang 154 và trang 170, tài liệu [2] :

Góc nghiêng lớn nhất của đĩa : γmax = 20o

Số xilanh : z = 7

Tỉ số giữa đường kính vòng chia đi qua các xilanh và đường kính xilanh :

m = D r

d

Tra bảng trang 256, tài liệu [4], ta lấy m = 3,1

Ta tính được đường kính của xilanh từ công thức tính lưu lượng riêng

Đường kính vòng chia đi qua các xilanh Dr = 3.1.d = 65,1 mm

Đường kính làm việc của đĩa nghiêng:

IV.Tính chọn các phần tử thủy lực.

1 Tính toán van phân phối.

a Nguyên lý làm việc

phối 4/3 điều khiển bằng thủy lực

Tại vị trí ban đầu làm việc tất cả các ống nối với A, B, P, T đều bị khóa Khiphần tử điều khiển bị đẩy sang nhánh trái, P và A được nối với nhau, B và Tđược nối với nhau, dòng dầu cao áp từ bơm qua cổng P và A đến cơ cấu chấphành, dòng dầu hồi từ cơ cấu chấp hành qua B và T trở về thùng chứa Khi phần

tử điều khiển đẩy sang nhánh phải, A và T được nối với nhau, P và B sẽ thôngvới nhau, dòng dầu cao áp qua cổng P và B đến cơ cấu chấp hành, dòng dầu hồi

từ cơ cấu chấp hành qua cổng A và T trở về thùng chứa

b.Tính toán các thông số của van phân phối.

P – Cửa nối với nguồn áp suất.

T – Cửa nối về bể dầu

Z, Y – Các tín hiệu điều khiển bằng thủy lực

Lưu lượng qua van được tính theo công thức sau (theo trang 103, tài liệu [8]):

Q = μ f √2 ∆ p ρ

Trong đó :

Q: Lưu lượng chất lỏng qua van, Q = Qb = 1,6.1 0−3 m3/s

ρ: khối lượng riêng của dầu, chọn dầu công nghiệp 50 có ρ 870 kg/m3

μ : hệ số lưu lượng , μ = 0,6 ÷ 0,62, chọn μ = 0.6 (theo trang 106, tài liệu [8])

Δp: Độ chênh lệch áp suất trong van

Tổn thất áp suất của van phân phối với:

- Vận tốc dòng chảy qua van v = 5 m/s

- Hệ số tổn thất cục bộ trên van phân phối ξ = 2 ÷ 4, chọn ξ =3 (trang 492, tài liệu [9])

Tra bảng 6.1 trang 109, tài liệu [8]

Ta có các thông số cơ bản của van phân phối:

d - Đường kính trong của ống, [m];

Q - Lưu lượng chảy qua ống, [m3/s];

 s = 2.[σ ] p d [m]

Trong đó:

s – Chiều dày thành ống, [m];

p – Áp suất làm việc của ống, [N/m2];

d – Đường kính trong của ống, [m];

[σ] - Ứng suất cho phép đối với vật liệu ống dẫn,

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “Máy làm đất”, Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngủ, Lưu Bá Thuận Nhà

xuất bản Xây Dựng, 2004

[2] “Máy thủy lực thể tích”, Hoàng Thị Bích Ngọc, Nhà xuất bản Khoa học

và kỹ thuật, 2000

[3] “Hệ thống truyền động thuỷ lực và khí nén”, Trần Ngọc Hải, Trần Xuân

Tùy, Nhà xuất bản Xây Dựng, 2011

[4] “Bài tập thủy lực và máy thủy lực”, Nguyễn Phước Hoàng, Nhà xuất bản

Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1976

[5] Catalogue của máy xúc Kobelco, “SK60-220 MARK 3 HAND BOOK”,

1990

[6] Hydraulic Pump and Power Systems Division.

[7] Cylinder Catalogue

[8] “Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo”, Trần Doãn Đinh và các tác giả, Nhà

xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2002

[9] “Thủy lực và Máy thủy lực”, Nguyễn Phước Hoàng và các tác giả, Nhà

xuất bản giáo dục

[10] “Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực” – Bản dịch, tác giả: Полякова

Л.Е, Ямпилов С, С Блекус В.Г

MỤC LỤCLời mở đầu 2

Phần I: Giới thiệu chung về máy xúc 3

I Công dụng của máy xúc 3

II Cấu tạo của máy xúc 3

III Nguyên lý hoạt dộng chung 4

Phần II: Tính toán hệ thống truyền động thủy lực 6

I Các thông số cơ bản 6

1 Các thông số cơ bản của máy tham khảo, máy xúc Kobelco - SK 100 6

2 Thông số cho trước 6

2 Tính toán các thông số của bơm bơm 16

3 Công suất của bơm 17