MỤC LỤC
Lời nói đầu
Mục lục
Chương 1. Khảo sát tổng quan về máy được giao thiết kế
I. Giới thiệu tổng quan về xe và công dụng
1. Cần trục là gì
2. Công dụng của cần trục
II. Cấu tạo chung của xe
III. Nguyên lí làm việc của cần trục.
IV. Bảng thông số kĩ thuật chi tiết xe cần trục.
Chương 2. Hệ thống truyền động thuỷ lực trên cần trục
I. Thiết kế sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực trên cần trục
II. Nguyên lí làm việc của mạch thuỷ lực
III. Cấu tạo và nguyên lí của các thành phần thuỷ lực vừa thiết kế.
Chương 3. Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực
I. Xác định lực tác dụng lên cần và các động cơ thuỷ lực.
1.Tính toán xy lanh nâng hạ cần
2.Tính toán xy lanh ống lồng
3.Tính chọn động cơ thuỷ lực.
II. Tính chọn bơm
Chương 3. Kết luận
Tài liệu tham khảo
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển mạnh mẽ, công việc vận chuyển, sắp xếp lắp đặt càng nhiều, vì vậy cần 1 công cụ có tính linh hoạt, cơ động cao đó là cần trục.
Quá trình làm việc của cần trục thường được dẫn động bởi hệ thống thủy lực. Vì vậy, việc tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của hệ thống thủy lực trên cần trục, để từ đó có phương án sữa chửa, bảo dưỡng được dễ dàng.
Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án môn học không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn: T.S……………., Thầy (cô) giáo trong bộ môn và các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà nẵng, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………
Chương 1. KHẢO SÁT TỔNG QUAN VỀ XE ĐƯỢC GIAO THIẾT KẾ
I. Giới thiệu tổng quan về xe.
1. Cần trục là gì
Cần trục là loại thiét bị dùng để nâng hạ và di chuyển những sản phẩm,hàng hoá có khối lượng lớn nhờ áp suất thuỷ lực kết hợp với liên kết cơ khí.Đặc điểm chung của cần trục là hệ máy móc kết hợp sử dụng dây cáp cùng hệ palang và thường dụng cơ cấu tây cần hoặc dầm cần để cẩu các vật nặng.
2. Công dụng của cần cẩu.
Mục đích chính của việc sản xuất ra xe cẩu là nhằm đẻ nâng hạ,di chuyển,cẩu các vật nặng từ vài tấn cho tới vài trăm tấn,những vật mà không thể dùng cách thủ công của con người để di chuyển.
II. Cấu tạo chung của cần trục.
Cần trục ôtô KATO NK250E-Vgồm những cơ cấu và kết cấu chịu tải của nó được đặt trên khung của ôtô tải.
Cần trục ôtô được dùng rộng rãi trong công tác cơ giới hoá xếp dỡ và xây lắp. Hầu hết các ngành vận tải có hàng hoá vật tư đều sử dụng.
III. Nguyên lí làm việc của xe
Trên khung 10 của ôtô có gắn một bàn quay 9, đây là phần cơ bản của cơ cấu quay. Để trong quá trình làm việc cần trục ôtô được ổn định, ở khung của ôtô được trang bị các chân chống: 2 chân chống bên phải, 2 chân chống bên trái, 1 chân chống phụ phía trước và phía sau có thêm đối trọng 7. Tuỳ theo vị trí và chiều dài cần, mà việc điều khiển chân chống cho phù hợp với chế độ nâng tải và góc quay cần.
Cần trục ôtô KATO NK250E-V, việc dẫn động các thiết bị công tác được truyền từ động cơ chính lắp trên ôtô, qua hộp thu công suất, hộp giảm tốc trung giam để truyền cơ năng cho các thiết bị.
IV. Bảng các thông số làm việc cơ bản của xe.
Thông số kĩ thuật phần xe:
1. Tốc độ di chuyển lớn nhất : 65 km/h.
2. Khả năng leo dốc : 150
3. Bán kính quay vòng nhỏ nhất : 9,5 m.
4. Kích thước tổng thể :
- Chiều dài toàn bộ : 11930 mm.
- Chiều rộng rộng toàn bộ: 2500 mm.
- Chiều cao toàn bộ : 3300 mm.
5. Khoảng cách trục : 4700 mm.
10. Công suất lớn nhất : 165 KW.
Số vòng quay ứng với công suất cực đại : 2200 V/ph.
11. Mô men xoắn lớn nhất : 764 N.m.
Số vòng quay ứng với mô men xoắn cực đại : 1400 V/ph.
12. Hộp số.
Loại 5 số tiến, 1 số lùi với bộ đồng tốc.
13. Trục. :
- Trục trước : Kiểu đảo chiều.
- Trục sau : Kiểu chủ động toàn phần.
IV.2.Thông số kĩ thuật phần cần trục.
1. Tải trọng nâng lớn nhất : 25 tấn x 3 m.
2. Chiều dài cần chính : (10 ÷ 31) m.
3. Chiều dài cần phụ : 8 m.
4. Góc nâng cần trục : 30 ÷ 800.
5. Thời gian nâng cần chính : 44 giây ( từ 30 ÷ 800).
Chương 2. HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN CẦN TRỤC
I. Thiết kế sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực trên cần trục.
Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực như hình 2.1.
II. Nguyên lí làm việc của mạch thuỷ lực
Cơ cấu chấp hành là xy lanh nâng cần:
Khi làm việc dầu thủy lực được đưa lên nhờ bơm, sau đó qua van phân phối, qua van khóa lẫn để nâng cần theo 1 góc theo yêu cầu sử dụng, nhờ có van khóa lẫn mà cần được giữ lại không bị tụt, khi cần thu vào thì dầu được đưa qua van khóa lẫn, qua van an toàn và về bể
Cơ cấu quay tời:
Động cơ thủy lực thực hiện nâng hàng, được điều kiển bởi van phân phối dưới sự tác động của người lái qua bàn đạp. Khi làm việc ở chế độ nâng hàng, dầu dược hút lên nhờ bơm cung cấp dầu làm việc áp suất cao đi qua cơ cấu van phân phối đến động cơ thủy lực kéo tời thực hiện nâng hàng.
Cơ cấu xoay toa :
Động cơ thủy lực thực hiện xoay, được điều kiển bởi van phân phối dưới sự tác động của người lái qua bàn đạp. Khi làm việc ở chế độ xoay từ trái qua phải, dầu dược hút lên nhờ bơm cung cấp dầu làm việc áp suất cao đi qua cơ cấu van phân phối đến động cơ thủy lực thực hiện xoay toa từ trái qua phải. Sau đó dầu qua cơ cấu van phân phối, qua bộ ổn định tốc độ tiết lưu về lại thùng chứa.
III. Cấu tạo và nguyên lí làm việc của các phần tử thuỷ lực trong mạch
a. Thùng dầu:
Chức năng : Chứa lượng dầu cần thiết để cung cấp cho sự hoạt động của hệ thống thủy lực, đồng thời giải phóng một lượng nhiệt sinh ra trong quá trình làm việc của hệ thống truyền lượng, thùng dầu cũng là nơi lắng đọng các chất cặn bã như mạt kim loại, bụi bẩn.
b. Bộ làm mát dầu:
Gồm có thiết bị làm mát mắc song song với một khóa. Thiết bị làm mát dùng để làm mát dầu của hệ thống, tránh trường hợp dầu quá nóng dẫn đến thay đổi tính chất của dầu hoặc dầu bị sôi => làm suất hiện bọt khí trong dầu => hệ thống làm việc không ổn định (có thể gây rung, giật…). Khóa có tác dụng cho dầu đi qua khi không cần làm mát, tránh tổn thất trên thiết bị làm mát.
d. Bơm thủy lực: Cung cấp áp suất và lưu lượng cho toàn bộ hệ thống thủy lực.
f. Bộ ổn định vận tốc :
Cấu tạo gồm một van tiết lưu và một van giảm áp lắp song song với nhau. Cụm van này có tác dụng là: khi nâng tải cho dòng dầu đi qua van một chiều để đảm bảo tốc độ nâng tính toán, còn khi hạ tại thì lại cho dòng dầu đi qua van tiết lưu để giảm tốc độ tránh hiện tượng va đập.
h. Van tác động khóa lẫn :
Dầu chảy từ cửa A1 qua cửa B1 và từ cửa A2 qua cửa B2 theo nguyên lý van 1 chiều. Nhưng dầu chảy được từ cửa B1 qua cửa A1 cần tín hiệu vào tác động vào cửa A2. Và để dầu chảy được từ cửa B2 qua cửa A2 cần tín hiệu tác động vào cửa A1.Giúp hệ thống nâng tải có thể nâng hạ cần theo ý muốn mà không bị tuột.
Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
I. Xác định lực tác dụng lên cần và các động cơ thuỷ lực.
Xét trường hợp khi cần đang làm việc và góc xy lanh nâng cần chọn α=300
Fnc + F*cos(600)-Pc-Ph = 0 (1)
Giải hệ phương trình (1) và (2), ta được:
Fnc = 250000 N
F = 130000 N
1. Tính toán xy lanh nâng hạ cần
Lực tác dụng lên mỗi xy lanh nâng cần: Fnc = 250000/2 = 125000 N
Phương trình cân bằng lực của cụm piston-xylanh đang xét:
p1*A1 - p2*A2 - Fmsp -Fmsc -Ft - G = 0 (*) ct 4.1[1]
Fms = 10%*138888.88= 13888.888N
Từ (*)
p1.A1 - p2A2= Ft+ Fms =152777.76 N
Lưu lượng cung cấp cho một xi lanh cơ cấu nâng cần (xem như làm kín bằng đệm hay cao su, khe hở rất nhỏ nên bỏ qua rò rỉ nghĩa là ŋQxl = 1):
Q1 = (vmax*A1)/ ŋQxl = 0,1*0.0122= 0.00122m3/s
Công suất của xi lanh cơ cấu tay cần:
N1 = p1*Q1 = 16*106*0.00122= 19520 W
2. Tính toán xy lanh ống lồng
Phương trình cân bằng lực của cụm piston-xylanh đang xét:
p1*A1 - p2*A2 - Fmsp -Fmsc -Ft - G = 0
Tra bảng đường kính xylanh TCVN 2010-1977
Chọn xylanh thuỷ lực tác dụng 2 chiều:
Ở tầng thứ nhất:
Đường kính xylanh D1 = 110 mm
Đường kính cần piston d1 = 80 mm
Lưu lượng cung cấp cho một xi lanh cơ cấu nâng cần (xem như làm kín bằng đệm hay cao su, khe hở rất nhỏ nên bỏ qua rò rỉ nghĩa là ŋQxl = 1):
Q1 = (vmax*A1)/ ŋQxl = 0,1*9.5*10-3 = 9.5*10-4 m3/s = 0.95 l/s
Công suất của xi lanh cơ cấu tay cần:
N1 = p1*Q1 = 16*106*9.5*10-4 = 15200 W
3. Tính chọn động cơ thuỷ lực.
Trên xe cần trục thì động cơ thủy lực kéo tời và động cơ thủy lực quay toa làm việc với áp suất dầu rất cao (16 MPa). Vì công suất máy lớn và làm việc với momen cao và áp suất cao.
a. Tính toán động cơ quay tời.
- Lực P thông qua đầu piston tác dụng lên đĩa nghiêng và phân thành 2 lực:
+ N = P.cosg: thẳng góc với mặt phẳng đĩa bán kính R
+ Q = P.sing: nằm trong mặt phẳng đĩa, song song trục x.
- Lực Q gồm 2 thành phần:
+ Lực tiếp tuyến T = Q.sinj tạo momen quay
+ Lực hướng tâm Qn = Q.cosj
- Momen do lực T tạo ra trên trục (tính cho 1 piston) :
M = T.R = Q.sinj.R = R.P.sing.sinj
=> M = Rr.P.tgg.sinj
- Lưu lượng lí thuyết của động cơ :
Qltdc = qltdc.n = 1,33.10-3 .1689,6 = 2.24 m3/phút
- Lưu lượng thực của động cơ :
Qdc = Qltdc.ηQ =2.24. 0,98 = 2.2 m3/phút = 0.03 m3/s
- Công suất thủy lực :
Ntl = p.Qdc = 16.106.0.03 = 480000 (W)
Kết luận:
Vậy ta chọn động cơ piston roto hướng trục có các thông số :
+ Momen động cơ Mđc ³ 3389,91 N.m
+ Số vòng quay của động cơ n ³ 1689,6 vòng/phút
+ Lưu lượng của động cơ Qdc ³ 0,03m3/s
+ Lưu lượng riêng của động cơ q ≥ 1,33.10^3 m3/vòng
Tra thông số ta chọn được động cơ loại Danfoss OMP 400
b. Tính chọn động cơ quay toa.
Tính momen cản quay :
Trong quá trình mở máy khởi động, momen được truyền từ động cơ phải thắng momen cản tĩnh và momen cản động:
Suy ra:
Q= 45000*9,81+20000*9.81+7848= 645498 N
R=0,9 (m) chọn theo máy
Suy ra Mms= 4066,64 N.m
Lấy Mgio=Mms (vì lực cản gió sẽ luôn nhỏ hơn lực ma sát nên xét tương đối)
Vậy tổng Momen tác dụng lên toa : Mtoa = Mgio+Mms=2Mms= 8133,28 (N.m)
Momen tác dụng vào động cơ : Mđc = Mtoai=Mtoai=406,66 (N.m) (i=20)
Lưu lượng của động cơ:
Q = qmđc .n= 8,44.10-3 (m3/ph)
II. Tính chọn bơm.
a. Tính đường ống.
Chọn dầu: Bảng 2-2 [4]
Dựa vào tính năng làm việc của hệ thống và theo nguyên tắc lựa chọn dầu, ta chọn loại dầu công nghiệp 50 (TOCT 1707-51)
Khối lượng riêng: γ = 930 kg/m3
Giới hạn nhiệt độ làm việc: T = 10 - 70 °C
Độ nhớt ở 50°C: ν = 58 x 10-6 m2 /s
* Ống nén
Xác định trạng thái trong dòng chảy:
+ Số Reynold : Re = 2069 < 2320
Dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng
+ Chiều dày thành ống: S = 0.525 (cm)
Tổng tổn thất trên đường ống nén:
P = 22617.6 + 119040 = 141657.6 N/m2
* Ống xả
=> D = 0.025 m = 25 mm, chọn D= 25 mm
b. Tính đường ống của mạch thủy lực xy lanh ống lồng
Lưu lượng trong ống Q = 0.95 l/s = 0.95*10-3 m3/s
Xác định trạng thái trong dòng chảy:
+ Số Reynold :
Re = 1931 < 2320
Dòng chảy trong ống là dòng chảy tầng
* Ống xả
=> D = 0.024 m = 24 mm, chọn D= 25 mm
c. Tính bơm
Áp suất làm việc của dầu: p = 16 MPa ta chọn bơm piston rotor hướng trục có trục nghiêng, ưu điểm là:
- Áp suất làm việc lớn.
- Kết cấu tương đối nhỏ gọn.
- Có hiệu suất cao hiệu suất hầu như không phụ huộc vào tải trọng và số vòng quay, lưu lượng có thể điều chỉnh được.
Lưu lượng thực để bơm cung cấp cho 2 xi lanh nâng cần, 1 xi lanh cần
QBtt = 2*0.503 + 0.95 = 1.956 l/s
Lưu lượng lý thuyết của bơm:
QBlt = 2.04 l/s = 122.4 l/ph
Với ŋQB là hiệu suất lưu lượng của bơm: ŋQB = 0,96
Lưu lượng riêng lý thuyết của bơm:
qBlt = 0.068 l/vg = 68 cm3/vg
Chọn bơm piston roto hướng trục: A70-FR01-C-K-32
Công suất làm việc của bơm: 2,1.10-3 .16.106=33.6 kw
Chương 4. KẾT LUẬN
Đối với hệ thống truyền động thủy lực cần trục di chuyển bánh lốp như đã thiết kế, để dẫn động điều khiển cho cơ cấu nâng hạ cần trục, nâng hạ hàng, cơ cấu quay toa với tải trọng lớn (25tấn) chỉ cần áp suất làm việc của chất lỏng cao (16 MPa) thì sẽ tạo momen truyền cho cơ cấu chấp hành lớn. Vì vậy nên kích thước của các phần tử trong hệ thống thủy lực được nhỏ gọn hơn so với sử dụng hệ thống dẫn động khác như bằng điện, bằng cơ khí, vì đối với các hệ thống này muốn đảm bảo truyền momen và công suất lớn thì kích thước của các loại này phải lớn hơn nhiều. Việc dẫn động điều khiển các cơ cấu chấp hành đối với hệ thống này là rất chính xác có độ nhạy cao, chuyển động của các cơ cấu chấp hành rất êm dịu. Các cơ cấu chấp hành đảm bảo được an toàn khi có sự cố hỏng đột ngột bơm. Các cơ cấu chấp hành có thể làm việc tạm thời khi một trong hai bơm gặp sự cố không hoạt động được.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Giáo trình truyền động thủy khí -PGS TS Trần Xuân Tùy
[2]. Bài tập thủy lực và máy thủy lực - Nguyễn Phước Hoàng
[3]. Thủy lực và máy thủy lực - Nguyễn Phước Hoàng
[4]. Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy - Trần Doãn Đỉnh
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"