Khảo sát máy đào Volvo Ew210c và tính toán mô phỏng động học

a bộ công tác. _ Nó có thể lắp lẫn khi thay thế các dạng gầu xúc khác nhau hoặc chỉ dùng riêng cho từng loại. vd: Có thể lắp gầu ngoạm vào thay cho gầu xúc nghịch. Thông số kỹ thuật: Chiều dài L 2900 [mm] Chiều dài L1 2250 [mm] Chiều cao H 600 [mm] Chiều rộng B 420 [mm] Trọng lượng W 630 [kg] c) Kết cấu gầu xúc của máy đào. Hình 2-11 Gầu xúc của máy đào Volvo Ew210c. 1-Răng gầu và mép lưỡi cắt; 2- Mái đua; 3-Chắn bên;4 -Tấm chắn bên; 5- Tai lắp với tay gầu; Thành bên và thành sau gầu; 6_ 7_Tai lắp với tay đòn điều khiển quay gầu; 8_ Thành sau; 9_ Chốt răng gầu; 10_Đinh tán; 11_Lưỡi cắt. Đặc điểm cấu tạo. _ Có thể chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc hàn ( trừ răng gầu vì nó được chế tạo riêng biệt). _Giữa đáy gầu và thành gầu được liên kết với nhau liền một khối ( khác với gầu xúc của máy xúc gầu thuận đã học ở bài trên). _ Số răng gầu lắp trên miệng gầu của gầu xúc được lắp phụ thuộc vào chiều rộng của gầu và đối tượng làm việc của máy Thông số kỹ thuật: Dung tích gàu V 0,83 m3 Chiều cao Lg 1500 mm Chiều rộng b 1200 mm Trọng lượng G 716 kg Số răng gầu 5 chiếc c) Kết cấu xilanh bộ công tác Xi lanh thuỷ lực là một động cơ thuỷ lực đơn giản, khâu đi ra của nó thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại. Để dẫn động các thiết bị công tác như: cần, tay gầu, gầu,.v.v... thì người ta thường dùng xi lanh thuỷ lực hai chiều có cần một phía. Hình 2-12 Kết cấu xi lanh thuỷ lực hai chiều của bộ công tác. 1-Ổ bi đở; 2- Tai của cần đẩy; 3-Thiết bị khử bẩn; 4,5,8,13-Vòng bít; 6-Vòng phớt của cần đẩy; 7,12- Vòng giử phớt; 9- Nắp trước; 10- Đai ốc hãm; 11-Cơ cấu giảm chấn; 14- Vòng phớt pittông; 15- pittông; 16-Đai ốc pittông; 17- chốt hãm; 18- Cần đẩy; 19- Ống xilanh có nắp sau; 20- mép biên nắp; 21- Bạc nắp trước; 22- Đai ốc của thiết bị khử bẩn. Tuỳ theo từng loại thiết bị công tác được dẫn động mà ta có những xi lanh với kích thước: D1 _đường kính trong xi lanh d_ đường kính piston S_hành trình piston R1,R2_ Đường kính lỗ lắp ghép của xilanh với thiết bị công tác L_khoảng cách giửa hai chốt lắp ghép Trong máy đào Volvo Ew210c sử dụng hai xi lanh nâng hạ cần, một xi lanh làm nhiệm vụ quay tay gầu, và một xi lanh dùng để quay gầu. Các loại xi lanh này về cấu tạo và nguyên lý làm việc giống nhau nhưng sử dụng cho từng mục đích khác nhau nên các thông số như : Đường kính xi lanh, đường kính piston, hành trình công tác và áp lực của từng xi lanh cũng khác nhau. Tùy theo thời gian làm việc của máy mà ta có giới hạn kích thước hư hỏng cần phải thay thế các thiết bị công tác. Ta phải tuân theo qui định của nhà sản xuất. Để xác định các thông số kỹ thuật của các xilanh ta tham khảo kết cấu của máy đào Komatsu PC200-7 có thông số về bộ công tác tương đương nhau. Xi lanh nâng, hạ cần. Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật của xi lanh nâng, hạ cần. Thông số Giá trị Đơn vị Khối lượng 172 kg Số lượng xi lanh 2 Đường kính piston :d 85 mm Đường kính trong xi lanh :D1 120 mm Đường kính lỗ gắn piston với tay gầu: R2 70 mm Đường kính lỗ gắn xi lanh cần với bàn quay: R1 80 mm Hành trình làm việc có ích của piston: S 1334,5 mm Khoảng cách Lmax 3204,5 mm Khoảng cách Lmin 1870 mm Xi lanh điều khiển tay gầu Bảng 2-2 Các thông số kỹ thuật của xi lanh điều khiển tay gầu. Thông số Giá trị Đơn vị Khối lượng 226 kg Số lượng xi lanh 1 Đường kính piston :d 95 mm Đường kính trong xi lanh :D1 135 mm Đường kính lỗ gắn piston với tay gầu: R2 80 mm Đường kính lỗ gắn xi lanh cần với bàn quay: R1 70 mm Hành trình làm việc có ích của piston: S 1490 mm Khoảng cách Lmax 3565 mm Khoảng cách Lmin 2075 mm -Xi lanh điều khiển gầu. Bảng 2-3 Các thông số kỹ thuật của xi lanh điều khiển gầu Thông số Giá trị Đơn vị Khối lượng 136 kg Số lượng xi lanh 1 Đường kính piston :d 80 mm Đường kính trong xi lanh :D1 115 mm Đường kính lỗ gắn piston với tay gầu: R2 70 mm Đường kính lỗ gắn xi lanh cần với bàn quay: R1 70 mm Hành trình làm việc có ích của piston: S 1120 mm Khoảng cách Lmax 2800 mm Khoảng cách Lmin 1680 mm 2.2.2.3. Khảo sát hệ thống điều khiển công tác máy đào Volvo Ew210c Hệ thống điều khiển công tác máy đào Volvo Ew210c được thể hiện trên hình 2-13. Hình 2-13 sơ đồ thủy lực bộ công tác chính của máy đào Volvo Ew210c. 1-Thùng dầu thủy lực; 2-Dộng cơ; 3,4-Bơm thủy lực chính; 5-Bơm thủy lực điều khiển; 6-Cụm bơm tổng; 7,8-Van an toàn; 9- Van khóa an toàn; 10,11-Van giảm áp; 12-Vọc dầu;13-Van giảm áp; 14-Cụm van điều khiển phải; 15-Van điều khiển; 16-Cụm van phân phối phụ; 17-Van phân phối phụ; 18-Cụm van phân phối chính; 19-Dồng hồ đo áp; 20-Xilanh tay gầu; 21,23-Van cân bằng;22-Xilanh quay gầu; 24-ống xả dầu; 25-Van xã dầu; 26,27- Xilanh quay cần; 28-Bộ điều chỉnh tải trọng của cần; 29- Mô tơ quay toa; 30-Van chống xâm thực; 31-Van ổn định áp suất; 32-Van phân phối; 33-Thùng dầu hồi; 34-Van giảm áp; 35-Cụm van điều khiển phải; 36-Hệ thống lọc. Nguyên lý làm việc: Bộ công tác chính của máy đào được điều khiển bởi 2 tay điều khiển, gồm có hai xi lanh cần 26,27, một xi lanh tay gầu 20, một xi lanh gầu 22 và động cơ quay toa 29. Hệ thống thủy lực gồm: Thùng dầu thủy lực 1, bơm thủy lực 3,4,5 có bộ truyền động từ động cơ diezen 2 (có số vòng quay lớn nhất 1900 v/ph). Nguồn năng lượng ở trong hệ thống thủy lực của bộ công tác là cụm bơm tổng gồm có 2 bơm chính 3 và 4, là loại bơm piston rô to hướng trục, điều khiển lưu lượng bằng đĩa nghiêng. Một bộ phận công tác được điều khiển bởi tay điều khiển trái gồm có hai xi lanh cần 26,27 và động cơ quay toa 29, Bộ phận công tác này được cấp dầu cao áp nhờ bơm thủy lực 3, dòng dầu được phân phối nhờ cụm van phân phối chính 18 ( van 4 cửa 3 vị trí). Các van phân phối trong cụm van phân phối chính này được điều khiển đóng mở nhờ có hệ thống điều khiển phụ, dòng dầu điều khiển được cấp bởi 1 bơm điều khiển 5 qua cụm van điều khiển 35, đến cụm van phân phối chính thực hiện quá trình đóng mở van đưa dòng dầu cao áp đến các bộ phận công tác. Van điều khiển 35 được thực hiện bởi tay người điều khiển, và được tiêu chuẩn hóa: Hình 2-14 Sơ đồ tay điều khiển hệ thống cho máy đào gầu nghịch tiêu chuẩn. 1- vị trí hạ cần, 2- vị trí quay toa sang phải; 3- vị trí nâng cần; 4- vị trí quay toa sang trái; 9 –vị trí dừng (vị trí HOLD). Khi tay điều khiển trái ở vị trí 2 ( hình 2-14 ), van điều khiển mở ra dẫn dòng dầu điều khiển đẩy van phân phôí chính 32 sang phải, thực hiện quá trình mở van. Dòng dầu cao áp qua van đến khoang bên phải của mô tơ quay toa 29, thực hiện quá trình thực hiện quá trình quay toa sang phải. Vị trí 1 là vị trí hạ cần, 3 là nâng cần, 4 quay toa sang trái. Vị trí 9 dòng dầu điều khiển được cụm van phân phối phụ 16 khóa, vì vậy quá trình điều khiển được tạm dừng. Tương tự đối với tay điều điều khiển phải: Bộ phận công tác được điều khiển bởi tay điều khiển phải gồm có một xi lanh tay gầu 20 và một xi lanh gầu 22, Bộ phận công tác này được cấp dầu cao áp nhờ bơm thủy lực 4, dòng dầu được phân phối nhờ cụm van phân phối chính 18 ( van 4 cửa 3 vị trí) trong đó van phân phối chính 38 có tác dụng điều khiển xilanh quay gầu, van phân phối chính 39 có tác dụng điều khiển xilanh quay tay gầu. Các van phân phối trong cụm van phân phối chính này được điều khiển đóng mở nhờ có hệ thống điều khiển phụ, dòng dầu điều khiển được cấp bởi 1 bơm điều khiển 5 qua cụm van điều khiển 14, đến cụm van phân phối chính thực hiện quá trình đóng mở van đưa dòng dầu cao áp đến các bộ phận công tác. Van điều khiển 14 được thực hiện bởi tay người điều khiển, và được tiêu chuẩn hóa: Hình 2-15 Sơ đồ tay điều khiển hệ thống cho máy đào gầu nghịch tiêu chuẩn. 5- vị trí đưa tay gầu ra xa, 6- vị trí đổ gầu; 7- vị trí Đưa tay gầu vào; 8- vị trí quặp gầu; 9 –vị trí dừng. (vị trí HOLD). Khi tay điều khiển phải ở vị trí 7( hình 2-15 ), van điều khiển mở ra dẫn dòng dầu điều khiển đẩy van phân phối chính điều khiển tay gầu sang phải, thực hiện quá trình mở van. Dòng dầu cao áp qua van đến khoang dưới của xi lanh tay gầu 22 thực hiện quá trình đưa tay gầu vào. Vị trí 9 dòng dầu điều khiển được cụm van phân phối phụ 16 khóa, vì vậy quá trình điều khiển được tam dừng. Các van giảm áp 10, 11, 13, 34 có tác dụng điều áp vào trong đường dầu công tác và đường dầu điều khiển. Các van cân bằng 21, 23 có tác dụng cân bằng áp suất của 2 khoang của xi lanh khi van phân phối ở vị trí trung gian. Bộ điều chỉnh tại trọng của cần 28 có tác dụng điều chỉnh tải trọng cho xi lanh cần khi hạ cần. Trên mỗi đường ống dẫn của bơm thủy lực có lắp van an toàn 7,8 để bảo vệ cho hệ thống và bơm khỏi bị quá tải. Van khóa an toàn 9 có tác dụng khóa dòng dầu điều khiển vì thế quá trình điều khiển không thực hiện được. Van này đảm bảo an toàn cho máy và người khi không thực hiện quá trình điều khiển máy. Van này thường được bố trí ngang đường lên, xuống của ca bin điều khiển máy, giúp cho người sử dụng khi xuống ca bin điều phải đóng van an toàn này. Hệ thống lọc 12, 36 có tác dụng làm sạch dầu trước và sau khi dầu về thùng. 2.3 Hệ thống lái của máy đào Volvo Ew210c 2.3.1.Giới thiệu về hệ thống lái trên máy đào Volvo Ew210c Hệ thống lái trên máy đào dùng để: Giử cho máy đào chuyển động theo một hướng xác định nào đó. Thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe. Yêu cầu của hệ thống lái: - Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định - Đảm bảo tính cơ động cao tức là xe có thể quay vòng thật ngoặt trong thời gian rất ngắn trên một diện tích bé. - Đảm bảo động lực học quay vòng đúng - Giảm được các va đạp từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp chướng ngại vật. - Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện. - Đảm bảo sự tỉ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mômen quay các bánh xe dẫn hướng. Hệ thống lái trên máy đào Volvo EW210C là hệ thống lái dẫn động thủy lực bao gồm: Cơ cấu điều khiển gồm có vô lăng, trục lái dùng dùng để điều khiển các van thủy lực. Hệ thống thủy lực gồm bơm, các van điều khiển, xilanh lái, đường ống thủy lực dùng để dẫn động xilanh lái qua đó truyền đến dẫn động lái để điều khiển quay các bánh xe. Dẫn động lái gồm các đòn, cơ cấu đảm bảo động học quay vòng đúng (hình thang lái). Dùng để truyền chuyển động từ xilanh đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo động học quay vòng đúng của chúng. 2.3.2. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái Hệ thống lái của máy đào trình bày như hình 2-16 Hình 2-16 Sơ đồ truyền động hệ thống lái máy đào Volvo Ew210c. 1-Trục lái; 2-Bơm phân lượng; 3-Van trượt điều khiển;4-Cụm van an toàn; 5-Cụm van một chiều; 6- Xilanh thủy lực dẫn hướng bánh xe; 7- Bơm bánh răng; 8-Van an toàn; 9-Van một chiều. Thông số kỹ thuật cơ bản: TT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 2 3 4 Chiều dài cơ sở Chiều rộng cơ sở Bán kính quay vòng nhỏ nhất Tải trọng phân bố lên cầu trước L Br Rmin W 2750 2510 8,15 115000 mm mm m N Bơm phân lượng là một loại bơm bánh răng ăn khớp trong với răng cưa có biên dạng tròn. Vòng ngoài 1 có 7 răng và vòng trong 2 có 6 răng. Phần lõm giữa các răng được nối thông với các ống dẫn thủy lực vào và ra của Bơm phân lượng bằng bộ phân phối thủy lực kiểu quay 5. Khi quay trục dẫn động 3 của Bơm phân lượng thì bánh xe trong được lăn theo vòng ngoài, lúc này tâm của bánh xe trong vạch thành một quỷ đạo tròn, tức là sau mổi vòng quay của trục dẫn động thì chúng thực hiện được 6 chu kỳ. Do đó sau một vòng quay của trục dẫn động thì mỗi răng của bánh xe trong cũng thực hiện được 1 chu trình hút-bơm. Hình 2-17 Bơm phân lượng trong hệ thống thủy lực của hệ thống lái. 1-vòng ngoài; 2-vòng trong; 3,4-trục dẫn động của bơm và vòng trong; 5-bộ phân phối thủy lực. - Van trượt điều khiển. Van trượt điều khiển là loại van trượt 4 hành trình và 3 vị trí có sự điều khiển tùy động và các vị trí giới hạn không cố định. Sự hoạt động của van được điều khiển bởi Bơm phân lượng, khi Bơm phân lượng ở vị trí trung gian thì van trượt cũng ở vị trí trung gian lúc đó van trượt sẽ đóng tất cả các đường dầu lưu thông trong van. Khi Bơm phân lượng quay sang trái hoặc sang phải sẽ tạo ra dòng dầu đẩy van trượt sang trái hoặc phải và thông dòng dẫn động Hình 2-18 Van trượt điều khiển trong hệ thống thủy lực của hệ thống lái. 1-Đầu nối ống ; 2-Lò xo; 3-Đầu nối ống dẫn dầu từ bơm; 4-Thân bơm; 5-Nắp; 6-Thanh trượt. 2.3.3. Sơ đồ thủy lực hệ thống lái máy đào Volvo Ew210c Hình 2-19 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực hệ thống lái của máy đào Volvo Ew210c 1- Xi lanh lái; 2- Cụm van an toàn; 3- Van trượt điều khiển; 4-Van một chiều; 5-Bơm thủy lực; 6- Thùng dầu thủy lực; 7-Lọc dầu; 8- Van an toàn; 9-Bơm phân lượng; 10-Cụm van một chiều. Nguyên lý làm việc: Xi lanh lái 1 là loại xi lanh hai cần piston tác dụng 2 chiều, xilanh thủy lực và van trượt liên hệ với nhau thông qua hệ thống van như sau. - Cụm van một chiều chống xâm thực 10 có tác dụng bảo vệ mach thủy lực hệ thống lái khỏi các điều kiện xâm thực. - Cụm van an toàn 2 bảo vệ mạch khỏi sự tăng áp suất đột biến do tác dụng của lực từ mặt đất. - Van trượt điều khiển 3 có 6 cửa và 3 chế độ làm việc chính -Van an toàn 8 có tác dụng an toàn cho mạch khi quá tải giử cho áp suất trong hệ thống lái không vượt quá giá trị cho phép -Van một chiều 4 ngăn cản dầu trong hệ thống không quay ngược trở lại đi qua Bơm phân lượng khi áp suất trong thành xillanh lớn hơn áp suất tại cửa nạp. Hệ thống lái làm việc như sau: khi máy xúc chuyển động thẳng thì pittông của van trượt điều khiển ở vị trí trung gian, dòng chảy của dầu từ bơm đi qua van trượt về bình chứa và Bơm phân lượng được đóng lại. Khi cần thiết phải chuyển hướng tức là phải quay vô lăng lái, thì trục lái được nối với Bơm phân lượng sẽ quay tạo ra sự chênh lệch áp lực giửa hai đầu pitông của van trượt. Do vậy mà pittông của van trượt được điều khiển dịch chuyển về phía tương ứng. Lúc này rãnh của van trượt nối bơm bánh răng với khoang chứa của Bơm phân lượng còn khoang của bơm thì nối với một trong các khoang của xilanh thủy lực, một khoang khác của xilanh thủy lực thì nối với kênh tháo.quá trình sẽ tiếp tục cho đến khi ngừng quay vô lăng lái. Lúc này sự chênh áp lực không còn nữa, dưới tác dụng của lò xo pittông của van trượt dịch chuyển về vị trí trung gian. Khi quay vô lăng lái theo chiều ngược lại thì quá trình cũng diễn ra tương tự. Hệ thống lái cho phép điều khiển máy xúc ngay cả khi bơm không làm việc. Trong trường hợp đó Bơm phân lượng đóng vai trò như một bơm dẫn động bằng tay. 2.4. Hệ thống nâng hạ chân chống, lưỡi ủi 2.4.1.Nhiệm vụ Hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi trong máy đào truyền động thủy lực một gàu nghịch di chuyển bánh lốp có nhiệm vụ chính như sau: Đảm bảo sự làm việc ổn định cho máy và giúp cho lốp không phải chịu áp suất quá lớn khi máy đào làm việc. Hệ thống lưỡi ủi còn có tác dụng đảm bảo cho bề mặt làm việc của máy đào được bằng phẳng. Nhiều khi ở vị trí lưỡi ủi có thể lắp chân chống. Khi máy đào làm việc thì hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi sẽ phải chịu toàn bộ trọng lượng của máy đào và các lực tương tác giửa đất với máy đào. 2.4.2. sơ đồ hệ thống Trên máy đào Volvo Ew210c lưỡi ủi lắp phía trước để thuận tiện cho việc điều khiển lưởi ủi còn chân chống được lắp phía sau đặc điểm bố trí các cơ cấu của nó được trình bày như hình 2-20. Hình 2-20 Hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi của máy đào Volvo Ew210c. 1-Lưỡi ủi -; 3- Chân chống; 2,4-Xilanh nâng hạ chân chống lưỡi ủi 2.4.3. Đăc điểm cấu tạo của thiết bị công tác trong hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi Xilanh thủy lực. Xilanh thủy lực của thiết bị công tác của chân chống ngoài và của lưỡi ủi có kết cấu giống nhau. Nó chỉ khác về giá trị đường kính, hành trình pittông và các ống nối. Cấu tạo của xilanh thủy lực bao gồm xilanh 4 có tai 2 trong đó có lắp một ổ bi hình cầu 1 bằng các vòng chặn; cần đẩy 5 cùng với pittông 3 và tai hàn với ổ bi hình cầu 1; nắp trước có bạc dẫn hướng bằng đồng 6. Bề mặt làm việc của tất cả các xilanh thủy lực đều có độ nhẵn bóng tốt và cần đẩy ống xilanh được chế tạo với độ chính xác cao. Trong pittông người ta dùng các đệm cao su có tiết diện tròn để làm các bộ phận đệm nhằm ngăn ngừa hiện tượng mài mòn. Bộ phận chống bẩn được chế tạo từ vòng phớt 8 có tiết diện hình vuông và vòng bảo vệ bằng đồng 9. Hình 2-21 Xilanh thủy lực của thiết bị nâng hạ chân chống và lưỡi ủi 1-ổ bi; 2-tai; 3-pittông; 4-xilanh; 5-cần đẩy; 6-bạc dẫn hướng; 7-nắp trước; 8,9-vòng phớt và ống đồng 2.4.4. Sơ đồ thủy lực hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi. Qua nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu nâng hạ chân chống, lưỡi ủi, chúng ta xây dựng được sơ đồ thủy lực của cơ cấu trong hình sau: Hình 2-22 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực hệ thống nâng hạ chân chống máy đào Volvo Ew210c 1- Bơm thủy lực; 2- Van an toàn; 3-cụm van điều khiển điện từ; 4-xi lanhnâng hạ chân chống, lưỡi ủi; 5- van chống giảm tụt cho xi lanh; 6- van tiết lưu điều chỉnh được; 7- van một chiều (van kiểm tra); 8 – bộ lọc dầu. Nguyên lý làm việc: Hệ thống thủy lực gồm có: Xilanh công tác 4 là loại xilanh tác dụng hai chiều có một cần đẩy. Các van chống giảm tụt 5 có tác dụng tránh không cho dầu ở trong khoang cần piston xi lanh không rò rỉ ngược về van con trượt phân phối khi van phân phối ở vị trí trung gian. Do đó xi lanh được hoạt động ổn định. Van tiết lưu 6 có tác dụng điều chỉnh lưu lượng và giảm chấn cho xi lanh. Van an toàn 2 có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho hệ thống khi bị quá tải. Cụm van điều khiển điện từ bao gồm van phân phối và van khóa được điều khiển bằng tín hiệu điện từ có tác dụng phân phối dòng dầu đến các xilanh theo yêu cầu hoạt động của máy. Bộ lọc dầu đảm bảo lọc sạch các tạp chất sinh ra trong quá trình công tác của máy. Hệ thống hoạt động như sau: Bơm thủy lực 1 dẫn dầu cao áp từ thùng dầu qua cụm van phân phối 3 (van có 4 cửa và 3 chế độ làm việc). Khi van phân phối ở vị trí trung gian dầu sẽ được đưa trở về bình chứa thông qua bộ lọc 8 để lọc sạch tạp chất. Trong trường hợp van khóa mở và van phân phối bị kéo sang phải lúc này dòng dầu sẽ được đưa đến khoang trên của xi lanh công tác 4 và đẩy cần xialnh xuống, chân chống và lưỡi ủi được hạ xuống, Dầu ở khoang dưới của pittông sẽ được đưa trở lại bình chứa.Trường hợp kéo van phân phối sang phải quá trình theo hướng ngược lại tức là cần pittông 4 được kéo lại. Chân chống, lưỡi ủi được nâng lên. 2.5. Hệ thống phanh 2.5.1. Giới thiệu về hệ thống phanh trên máy đào bánh lốp Hệ thống phanh trên máy đào là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của máy, có công dụng sau: - Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động. - Giữ xe đứng yên trong khoảng thời gian dài trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang mà không cần có sự có mặt của người lái xe. Hệ thống phanh máy đào thường bao gồm một số hệ thống hoạt động độc lập với nhau: Hệ thống phanh chính, hệ thống phanh đỗ, hệ thống phanh dự phòng, hệ thống phanh chậm dần. mỗi hệ thống có một công dụng riêng. Hệ thống phanh chính thường được điều khiển bằng chân được sử dụng để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe trong khi xe chuyển động. Hệ thống phanh đỗ (còn gọi là phanh tay) thường được điều khiển băng tay đòn kéo hoặc bằng bàn đạp, sử dụng để giữ xe ở trạng thái đứng yên (không tự trôi) trong thời gian dài không cần có sự có mặt của người lái xe. Hệ thống phanh dự phòng: là hệ thống phanh dùng để dự phòng, phanh xe khi hệ thống phanh chính bị hư hỏng.Trên các máy đào hiện nay hệ thống phanh đỗ thường (phanh tay) thường được thiết kế để đảm nhiệm luôn nhiệm vụ này. Trên máy đào khảo sát có 2 hệ thống phanh là phanh trên bán trục và phanh trên trục vào của hộp số. Đây là các hệ thống phanh dẫn động thủy lực nhiều đĩa. 2.5.2. Sơ đồ thủy lực hệ thống phanh Qua nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh, chúng ta xây dựng được sơ đồ thủy lực của hệ thống phanh như sau: Hình 2-23 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực hệ thống phanh của máy đào 1- Xi lanh phanh trước (phanh chính); 2- xi lanh phanh sau; 3- Van phanh tay (van phanh đỗ); 4-xi lanh phanh tay (phanh đỗ); 5- cảm biến áp suất; 6- thùng dầu thủy lực; 7- bộ lọc dầu; 8-bơm bánh răng; 9-van phân phối chính (điều khiển điện từ); 10- van an toàn; 11- van một chiều điều chỉnh được; 12- van một chiều không điều chỉnh được; 13- bình tích năng (ác quy thủy lực); 14- Cụm van phanh chân (van phanh chính). Nguyên lý làm việc: Xi lanh phanh 1, 2 là bộ phận công tác chính, có tác dụng ép toàn bộ các đĩa ma sát vào đĩa phanh nhờ áp lực của dầu thủy lực, do đó quá trình phanh được xảy ra. Các xi lanh này được cung cấp dầu cao áp từ bơm bánh răng 8 qua van phân phối điều khiển điện từ 9 đến van phanh chân 14, van này dưới tác dụng bàn đạp phanh người điều khiển tác dụng lực làm đóng, ngắt dòng dầu áp suất cao đến toàn bộ 4 xi lanh phanh chính của máy. Xi lanh phanh đỗ 4 tác dụng khóa dừng máy, chống trôi khi không có người điều khiển, xi lanh này điều khiển khóa cơ khí ở 2 cầu, xi lanh được điều khiển bằng van phanh tay dạng van phân phối có cần gạt cơ khí, xi lanh 4 cũng được cung cấp dầu cao áp từ bơm bánh răng 8. Các thiết bị an toàn cho hệ thống phanh gồm có 3 ác quy thủy lực có tác dụng cung cấp dầu cao áp làm việc khi hệ thống phanh có vấn đề, phanh không còn khả năng làm việc, các thiết bị cảm biến áp suất 5 có tác dụng báo lên màn hình điều khiển làm cho hệ thông phanh được kiển soát dễ dàng hơn, các thiết bị van an toàn, van một chiều, bầu lọc có tác dụng làm an toàn mạch, điều chỉnh lưu lượng, làm sạch dầu thủy lực vì thế hệ thống phanh luôn được đảm bảo. 3. TÍNH TOÁN KIỂM TRA BỘ CÔNG TÁC CỦA MÁY ĐÀO Mỗi quá trình làm việc của máy được ghi nhận bởi các chỉ tiêu khác nhau: Lực tác dụng - vận tốc chuyển động, sự thay đổi về phương, chiều và giá trị của chúng, thời gian của từng giai đoạn. Sự thay đổi của các chỉ tiêu này phụ thuộc nhiều vào điều kiện và đối tượng làm việc của máy. Ta gọi đó là chế độ làm việc của máy. Chế độ làm việc của máy được chia làm 6 nhóm: Chế độ làm việc rất nhẹ, nhẹ, trung bình, trung bình nặng, nặng và rất nặng. Chế độ làm việc rất nhẹ của máy đặc trưng bằng sự không thay đổi về vận tốc, phương chiều chuyển động. Chế độ làm việc rất nhẹ có giá trị tỷ số giữa tải trọng lớn nhất và trung bình không vượt quá 1,2. Số lần đóng mở cơ cấu không vượt quá 20÷50 lần/h. Chế độ làm việc nhẹ đặc trưng bằng sự thay đổi nhỏ về vận tốc của các chuyển động không đảo chiều hay ít dảo chiều, số lần đóng mở trong 1 giờ nằm trong khoảng từ 50 đến 100 lần. ở chế độ làm việc nhẹ của máy, tải trọng có thể tăng lên từng lúc nhưng không vượt quá giá trị trung bình 1,2÷1,5 lần. Chế độ làm việc trung bình có giá trị tỷ số giữa tải trọng lớn nhất và trung bình là khoảng 1,5÷2,5 lần, khi vận tốc thay đổi mà không dừng chuyển động và chiều chuyển động cũng không thay đổi. Số lần đóng, mở có thể đạt 200 lần/h. Chế độ làm việc nặng đặc trưng bằng tỷ số giữa tải trọng lớn nhất với tải trọng trung bình có giá trị trong khoảng 2,6÷3 khi vận tốc biến đổi từ không đến lớn nhất. Số lần đóng mở có thể đạt tới 300 lần/h. Chế độ làm việc nặng của máy còn đặc trưng bằng sự quá tải đột ngột, tỷ số giữa tải trọng lớn nhất và tải trọng trung bình lớn hơn 3. Vận tốc làm việc thay đổi cả về trị số và chiều chuyển động. Số lần đóng mở đạt tới 1200 lần/h trong thời gian dài. Chế độ làm việc rất nặng được đặc trưng chủ yếu bằng tải trọng va đập, có giá trị tỷ số giữa tải trọng lớn nhất và trung bình lớn hơn hoặc bằng 4, số lần đóng mở có thể lên tới 2000 lần/h hoặc lớn hơn. Để cho máy có thể hoạt động tốt trong mọi trường hợp thì ta phải kiểm nghiệm máy với chế độ làm việc nặng nhọc nhất. Tại đó các chỉ tiêu của quá trình làm việc là cực đại. Máy đào Volvo Ew210c là loại máy chuyên dụng được chế tạo với công nghệ tiên tiến và đã được thử nghiệm, làm việc ở mọi chế độ tải nên đã cải tiến công nghệ cho phù hợp nhằm nâng cao tính cơ động và hiệu quả công việc trong mọi điều kiện làm việc vì vậy nó đáp ứng và hoạt động tốt ở mọi chế độ làm việc đem lại hiệu quả kinh tế cao. 3.1. Cơ sở lý thuyết - Dựa vào tính chất cơ lý của từng loại đất. Theo phương pháp thi công bằng cơ giới đất được chia thành 11 cấp. Trong đó, từ cấp (I ÷V) có thể thi công bằng máy làm đất. Các đặc trưng cơ tính của đất từ cấp (I ÷V) được xác định như trong bảng 1.II.1. [1] Bảng 3-1 Phân loại đất, trọng lượng riêng và hệ số tơi xốp Loại đất Tên đất Trọng lượng riêng r [KN/m3 ] Hệ số tơi xốp Kt I Than bùn, đất canh tác, cát, á cát 5.87÷11.7 14.7÷18.7 1.2÷1.3 1.08÷1.2 II Á sét màu vàng, hoàng thổ ẩm và tơi 15.7÷17.1 1.14÷1.28 III Sét, á sét chặt, hoàng thổ ẩm tự nhiên. 17.1÷18.6 1.24÷1.32 IV Sét, khô, chặt, á sét lẫn sỏi, hoàng thổ khô 19÷20 1.33÷1.37 V Đất đồi núi khô cứng 20÷21.5 1.3÷1.45 - Dựa vào công thức N. G. Dombrovski để tính thành phần lực P01 Để xác đinh lực cản đào đất tác dụng lên tác dụng lên dao cắt có nhiều phương pháp khác nhau của cá nhà nghiên cứu như A.N.Zelenin, Ju.A.Vetrov... tuy nhiên phương pháp của nhà bác học N.G.Dombrovski thường được sử dụng hơn cả. Đào đất là tổ hợp hai quá trình: Quá trình cắt đất thuần túy→ Làm cho đất bị tách khỏi nền cơ bản và trượt trên bề mặt của dao cắt; Quá trình tích đất vào trong bộ công tác (gầu xúc, thùng cạp…), hoặc tích đất trước bộ công tác (bàn ủi, bàn san,…) Theo N.G.Dombrovski : P01 = K1.B.h Trong đó: K1 – hệ số lực cản đầo và tích đất, hoặc còn gọi là lực cản đào riêng; tra bảng 1.III.1. - Dựa vào các giả thiết đã cho trước. Các lực trên được xác định dựa vào các đặc điểm của quá trình đào và tích đất, cụ thể là các đặc điểm sau: a. Gầu quay quanh khớp O3 nhờ xilanh quay gầu. Lúc này cho phép xem cần và tay gầu cố định. b. Tay gầu quay quanh khớp O2 nhờ xilanh quay tay gầu. Khi đó xem cần cố định và gầu được coi là liên kết cứng với tay gầu. c. Cần và tay gầu đồng thời cùng làm việc nhờ xilanh nâng hạ cần và xilanh quay tay gầu. Trong trường hợp này cũng xem gầu liên kết cứng với tay gầu. - Dựa vào các lực tác dụng lên bộ phận công tác. - Trọng lượng của cần Gc, của tay gầu Gtc, của gầu và đất Gg+đ - Lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu P01 ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu. - Lực cản đào tại răng gầu do chướng ngại vật gây ra, Pđ. - Lực nâng và hạ cần làm việc Pc, dưới tác dụng của Pc cần sẽ quay quanh khớp O1. - Lực để quay tay gầu quanh khớp O (Ptc) - Lực quay gầu quanh khớp O2 (Pg); - Dựa vào quá trình đào và tích đất tại hai vị trí (I) và (II). 3.2. Mô hình tính toán Ta xét quá trình làm việc của máy đào như hinh vẽ. Hình 3-1 Sơ đồ lực tác dụng lên máy đào gầu nghịch truyền động thuỷ lực. 3.2.1. Xác định chiều dày phoi cắt lớn nhất và lực cản đào và tích đất Giả sử trong thời gian đào đất, gầu chuyển động nhờ tay gầu, chiều dày lớn nhất của phoi đất đạt được khi răng gầu cắt hết tầng đào và ngang với khớp O2. Khớp O2 có độ cao ngang mặt bằng đứng của máy. Trong trường hợp này chiều dày phoi đất lớn nhất được tính theo công thức : q- Dung tích hình học gầu: q= 0,83 m3. b- Chiều rộng gầu. b = 1200 (mm) Hn-Chiều sâu đào đất Ta có : O2 O3 = 2,25 [m] lg : chiều dài của gàu xúc: lg = 1,5 [m] suy ra : Hn = O2O3 +lg= 2,25 + 1,5 = 3,75 [m] Kt Hệ số tơi của đất, ta tính cho đất loại IV do đó ta chọn Kt = 1,37 Vậy chiều dày phoi đất lớn nhất là: Trong trường hợp này, thành phần lực cản đào theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo đào lớn nhất tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu) được xác định theo công thức của N. G. Dombrovski: P1= K1.b.Cmax Trong đó: K1- Hệ số cản đào, theo bảng X với đất cấp IV chọn K1= 3,6 P1- Lực cản đào tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu). b - Chiều rộng gầu, b=120 [cm] Lực cản đào lớn nhất tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu: P1= b.K1.Cmax=120.3,6.13,4= 5816 [N] 3.2.2. Xác định lực trong xilanh quay tay gầu Để xác định lực tác dụng lên cán piston của xi lanh quay tay gầu ta dựa vào đặc điểm thứ hai của quá trình đào và tích đất trong máy đào gầu ngược truyền động thuỷ lực. Theo đặc điểm này, ta có thể xem cần là cố định và gầu được liên kết cứng với tay gầu, chỉ có xi lanh quay tay gầu làm việc. Lực đẩy Pt của xylanh quay tay gầu sẽ đạt giá trị lớn nhất tại hai vị trí: 3.2.2.1. Vị trí thứ nhất * Vị trí thứ nhất với các đặc điểm tính toán như sau: - Tay gầu gần như vuông góc với phương ngang, trục của tay gầu vuông góc với trục dọc của xi lanh quay tay gầu hay cũng chính là phương của lực Pt trong xi lanh quay tay gầu. - Gầu bắt đầu cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật: Hình 3-2 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay tay gầu ở vị trí thứ nhất. Lấy tổng mô men các lực đối với khớp quay O2 ta có: Trong đó: Gt, Gg - trọng lượng của tay gầu và gầu Với Gt = 630.9,81= 6180 [N]; Gg = 716*9,81 =7024 [N] P1- lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu a1, a2, a3, a4 - cánh tay đòn từ các lực đến khớp O2 Xác định các cánh tay đòn: + a1: Khoảng cách từ lực P1 đến khớp quay O2 a1 = O2. O3 + lg = 2,25 + 1,5 = 3,75 [m] + a2: Cánh tay đòn của Gg đối với O2 + a3: Cánh tay đòn của Gt, a3 = 0 + a4: Cánh tay đòn của Pt đối với O2, a4 = 0,65 [m] Từ đó ta xác định được: 3.2.2.2. Vị trí thứ hai. * Vị trí thứ hai với các đặc điểm tính toán như sau: Hình 3-3 Sơ đồ xác định lực trong xy lanh quay tay gầu ở vị trí thứ hai - Gầu vẫn đang cắt đất ở cuối quá trình đào đất và tích đất vào gầu - Răng gầu cắt đất với chiều dày phoi cắt lớn nhất Cmax ; gầu đã được tích đầy đất. - Trong đó, vị trí thứ hai là vị trí tổng quát, luôn luôn xuất hiện trong quá trình đào đất và tích đất của máy đào gầu ngược. Do đó ta tiến hành xác định lực Pt trong xi lanh quay gầu ở vị trí thứ hai. Lực Pt có phương tạo với trục dọc của ray gầu góc a1. Lực Pt được xác định từ phương trình cân bằng mô men do các lực của hệ tay gầu và gầu gây ra với khớp O2 : Trong đó: Gt, Gg+đ - Trọng lượng tay gầu, trọng lượng gầu và đất ở trong gầu a1, a2, a3, a4 – Cánh tay đòn từ các lực đến khớp O2 P1- Lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu. Có Gt = 6180 [N], Gg = 7024 [N] Ta có Kt = và Gd = V. - Khối lượng riêng của đất của đất trong gầu theo bảng 1.II.1 [1] ta chọn - 18000 [N/m3] => Gd = Gg+đ = Gg + Gđ = 7024 + 11066 = 18090 [N] Với P1 = 5816 [N] Xác định các cánh tay đòn: a1 - khoảng cách từ lực P1 đến khớp quay O2 Lúc này, coi tay gầu và gầu nằm nghiêng so với phương ngang một góc 300, lực P1 vuông góc với tay gầu. a1 = (lt – 0,65 + lg)cos300 = (2,9 – 0,65 + 1,5)cos300 = 3,24 [m] a2- khoảng cách từ Gg+đ đến khớp quay O2 Lấy Gg+đ nằm ở giữa gầu, vậy ta có: a2 = (lt – 0,65 + 0,5.lg)cos300 = (2,9 – 0,65 + 0,5.1,5) cos300 = 2,59 [m] a3 - khoảng cách từ Gt đến khớp quay O2 a3= a4 - khoảng cách từ lực Pt đến khớp quay O2 Lấy góc a1 = 450 => a4 = 0,65. sin450 = 0,459[m] Từ đó ta có: Pt= 3.2.3. Xác định lực trong xy lanh nâng cần Lực trong xi lanh nâng cần được xác định tại hai vị trí. Vị trí thứ nhất: Máy làm việc ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay tay gầu và xi lanh quay gầu ngừng làm việc. Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từ để nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần, tay gầu, gầu chứa đầy đất, chuẩn bị quay máy đến vị trí xả. Vị trí thứ hai: Máy đã xả xong đất. Lúc này, toàn bộ thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất, xi lanh nâng cần chuẩn bị thu về đưa thiết bị làm việc trở về chuẩn bị chu kỳ làm việc tiếp theo. 3.2.3.1. Tại vị trí thứ nhất Lực trong xi lanh nâng cần được xác định tại thời điểm kết thúc giai đoạn đào và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay tay gầu và xy lanh quay tay gầu ngừng làm việc. Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từ để nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần, tay gầu và gầu chứa đầy đất lên khỏi tầng đào, chuẩn bị quay máy đến vị trí xả đất. Hình 3-4 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh nâng cần Lực nâng cần Pc được xác định từ phương trình cân bằng mô men do các lực tác dụng lên cân gây ra so với khớp chân cần – khớp O1. åMO1 = 0 Suy ra: Trong đó: Gc, Gt, Gg+đ - trọng lượng của cần, tay gầu và gầu chứa đầy đất; b1, b2, b3, b4 – cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1 Xi lanh nâng cần được dùng hai chiếc. Ta có: Gc = 1450.9,81=14224 [N] ; Gt = 6180[N] ; Gg+đ = 18090 [N] Xác định các cánh tay đòn: +b1 : khoảng cách từ Gg+đ đến khớp quay O1 Khi xi lanh nâng cần bắt đầu vươn ra từ từ, coi tay gầu nghiêng một góc a = 300, cần nằm ngang : b1 = Lc – [(Lt -0,65)cos300 + 0,5.Lg] b1 = 5,6 – [(2,9-0,65)cos300 + 0,5.1,5] = 2,9 [m] +b2 : khoảng cách từ Gt đến khớp quay O1 b2 = Lc – [m] b3 - khoảng cách từ Gc đến khớp O1 b3 = =2,8 [m] b4 - khoảng cách từ Pc đến khớp quay O1, đo tại hình vẽ ta được b4 = 0,6 [m] Từ đó ta có: Pc = (18090. 2,9 + 6180.4,34 + 14224. 2,8 ) = 198610 [N] => lực cần thiết trong mổi xilanh là : Pxl = 3.2.3.2. Vị trí thứ hai: Máy đã xả xong đất. Lúc này toàn bộ thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất, xi lanh nâng cần chuẩn bị thu về đưa thiết bị làm việc trở về chuẩn bị chu kỳ làm việc tiếp theo. Hình 3-5 Sơ đồ tính lực trong xi lanh nâng hạ cần ở trường hợp xả đất. Lực nâng cần Pc được xác định từ phương trình cân bằng mômen do lực tác dụng lên cần gây ra so với khớp chân cần – khớp O1. åMO1 = 0 => Gg.b1 + Gt.b2 + Gc.b3 – Pc.b4 = 0 => Trong đó: Gg, Gt, Gc: Trọng lượng của gầu, tay gầu và cần. b1, b2, b3, b4: Cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1. Có: Gg =716.9,81=7024 [N]; Gc = 1840.9,81=18050 [N] ; Gt = 780.9,81=7651[N] ; - Xác định các cánh tay đòn: Coi lúc này cần nghiêng một góc 450 so với phương ngang, tay gầu nghiêng một góc 300. + Xác định b1:khoảng cách từ trọng tâm gàu đến khớp O1 b1 = Lc.cos450 + (Lt – 0,65 +.lg).cos300 b1 = 5,6.cos450 + (2,9 – 0,65 +.1,50).cos300 =6,55 [m] + Xác định b2:Khoảng cách từ Gt đến khớp O1 b2 = Lc.cos450 + (Lt – 0,65).cos300 b2 = 5,6.cos450 +(2,9 – 0,65).cos300 = 4,9 [m] + Xác định b3: Khoảng cách từ Gc đến khớp O1 b3 = Lc.cos450 = .5,6. cos450 = 1,98 [m] Lấy b4 = 0,6 [m] => Pc =.(7024. 6,55 + 6180. 4,9 + 14224.1,98) = 174532 [N] => lực cần thiết trong mổi xilanh là : Pxl = 3.2. 4. Xác định lực trong xi lanh quay gầu Xác định lực trong xi lanh quay gầu trong trường hợp gầu quay quanh khớp O3 (giữa gầu và tay gầu) để tiến hành xúc đất và tích đất vào gầu xilanh cần và xilanh tay gầu cố định. Như vậy, khớp O3 cố định gàu quay từ vị trí I đến vị trí II tiến hành cắt đất và tích đất vào gầu với chiều cao H1. Khi răng gầu kết thúc quá trình cắt thì đạt độ cao ngang với khớp O3 và chiều dày phoi cắt lớn nhất. Hình 3-6 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay gầu của máy đào. a. Xác định lực trong xi lanh quay gầu: Dựa vào đặc điểm thứ nhất, ta có thể xác định được lực trong xi lanh quay gầu khi răng gầu ở vị trí thứ II bằng cách thiết lập phương trình cân bằng mômen với điểm O3. åMo3 = 0 =>Pg.r3 - P1.r1 - Gg+d.r1 = 0 Suy ra: Trong đó: r1,r2,r3  - cánh tay đòn của các lực đối với điểm O3 ; Gg+đ - trọng lượng gầu và đất trong gầu ; P1 – lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu. Xác định các cánh tay đòn: +r1 : khoảng cách từ lực P1 đến khớp quay O3 r1 = Lg = 1,5 [m] +r2 : khoảng cách từ Gg+đ đến khớp quay O3 r2 = Lg = 1,5 =0,75 [m] +r3 : khoảng cách từ lực Pg đến khớp quay O3, lấy r3 = 0,4 [m] Xác định các lực: + Ta có Gg+đ = 18090 [N] + Xác định P1: Ta tính cho đất loại IV: Chọn Kt= 1,37. Với b = 1,2 m Chiều sâu tầng đào Hn Hn = lg = 1,5 [m]. Vậy chiều dày phoi đất lớn nhất là: Trong trường hợp này, thành phần lực cản đào theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo đào lớn nhất tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu) được xác định theo công thức của N. G. Dombrovski: P1= K1.b.Cmax Trong đó: K1- Hệ số cản đào, theo bảng (1.III.1,[1]) với đất cấp IV Ta chọn K1= 3,6. P1- Lực cản đào tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu). b - Chiều rộng gầu, b=125 (cm) Lực cản đào lớn nhất tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu ở vị trí II trong hình vẽ sẽ là: P1= b.K1.Cmax=120.3,6.40= 17518 [N] Pg = (17518. 1,5 + 18090.0,75) = 132817 [N]. 3.3. Nhận xét Thông qua việc tính toán kiểm tra bộ công tác của máy đào ta tính được lực lớn nhất cần sinh ra trong các xilanh của bộ công tác máy đào. Đây chính là cơ sở cho việc so sánh với lực lớn nhất được sinh ra bởi áp lực dầu trong hệ thống thuỷ lực. Nếu lực tính toán nhỏ hơn hoặc băng vơi lực do áp lực dầu sinh ra thì máy đào có thể làm việc tốt với những chế độ tải nặng. Đối với máy đào Volvo Ew210c là máy đào đã được tính toán làm việc tốt cho những điều kiện khắc nghiệt nhất. Sau khi tính toán lại bộ phận công tác ở chế độ tải nặng. Ta chọn ở cấp đất lớn nhất, chọn các hệ số ở mức độ tải trọng làm việc nặng nhất nhưng lực sinh ra ở các xi lanh như sau Ký hiệu Tải trọng (N) Hành trình (mm) XL cần (1) 99305 1334,5 XL tay gầu (2) 152002 1490 XL gầu (3) 132817 1120 - Để máy đào có thể hoạt động tốt nhất ở mọi điều kiện làm việc thì lực lực đẩy F của các pittông do áp lực chất lỏng trong hệ thống thủy lực sinh ra phải lớn hơn giá trị tính được. Tức là F P 3.3.1. Tính các lực lớn nhất của các xilanh. - Áp suất của chất lỏng làm việc trong hệ thống: Theo [4] ta có Pmax = 36 MPa = 360 bar. (Hay là P = 360.105 N/m2) Khi các xilanh làm việc lực sinh ra ở cần pittông theo áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực được tính như sau: F1 - Lực đẩy cán piston, N P1, P2 - áp lực dầu công tác, bar A1, A2 - Diện tích phần chịu áp lực dầu công tác của các bề mặt piston, m2 D - Đường kính piston, mm d- Đường kính cán piston, mm Ps- áp suất dầu công tác từ bơm, bar Hình 3-6 Sơ đồ xác định lực sinh ra của xilanh công tác. p1A1 - p2A2 = Trong đó: - Hiệu suất cơ khí của xi lanh thủy lực, thường lấy = 0,92 A1,A2 – Diện tích làm việc của pittông ở phía không chứa cần và phía đối diện. A1 = ; A2 = Thông số D(mm) d (mm) Xilanh cần 120 85 Xilanh tay gầu 135 95 Xialnh gầu 115 80 + Xilanh cần: A1 = = A2 = = + Xilanh tay gầu A1 = = A2 = = + Xilanh gầu A1 = = A2 = = p1, p2  - Áp suất chất lỏng trước và sau pittông. - Do tổn áp trên hệ thống qua van phân phối, cụm van một chiều - tiết lưu, van một chiều điều chỉnh được, tổn áp trên đường ống nên giá trị áp suất p1 và p2 phải được nhân với hệ số . Ta chọn = 0,8: p1 = 360.105.0,8 = 288.105 N/m2 (pa), p2 = 6.105 pa. => Lực sinh ra của các xilanh F= (p1A1 - p2A2 ) + Xilanh cần: Fc= (p1A1 - p2A2 ) = 0,92.105 ( 288.11309.10-6- 6.5635.10-6) = 296532 [N] + Xilanh tay gầu: Ftc= (p1A1 - p2A2 )=0,92.105 ( 288.14313.10-6- 6.7225.10-6) = 339355 [N] + Xilanh tay gầu: Ftc= (p1A1 - p2A2 )=0,92.105 ( 288.10386.10-6- 6.5360.10-6) = 272228 [N] Sau khi tính toán ta xác định được lực lớn nhất của các xilanh như sau: Ký hiệu Lực lớn nhất (N) XL1 296532 XL2 339355 XL3 272228 Dựa vào kết quả tính toán ta thấy lực lớn nhất của các xilanh luôn luôn đảm bảo lớn hơn lực cản của bộ công tác đả tính toán ở trên. Do đó có thể khẳng định rằng máy đào Volvo ew21c có khả năng làm việc với những điều kiện làm việc nặng nhọc nhất. 4. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC BỘ CÔNG TÁC CỦA MÁY ĐÀO Việc mô phỏng và tính toán hệ thống thủy lực là một nhu cầu tất yếu, đặc biệt khi các hệ thống ngày càng trở nên phức tạp. Nhu cầu xuất phát từ nhiều yếu tố khác nhau, tuy nhiên có thể đưa ra mấy nguyên nhân chính như sau: Đầu tư cho các hệ thống thực (ngay cả hệ thống thí nghiệm bán công nghiệp) thường rất cao,đặc biệt là các thiết bị dùng trong công nghiệp. Chi phí này bao gồm tiền mua thiết bị, đầu tư cho phòng ốc, chi phí vận hành, sửa chữa. Mô tả các hệ thống thực cho phép thực hiện việc đánh giá, kiểm tra chất lượng hệ thống trước khi áp dụng trong thực tế, nhất là với các hệ thống lớn và phức tạp. Mô tả hệ thống thực cho phép quá trình thế kế, xây dựng và vận hành hệ thống được thực hiện linh hoạt, hiệu quả. Phần mềm Automation Studio được thiết kế bởi tập đoàn công nghệ Famic của Canada, là một phần mềm tính toán thiết kế, mô phỏng hoạt ảnh các sơ đồ mạch của nhiều hệ thống khác nhau, như sơ đồ mạch thủy lực, mạch khí nén, mạch điện điều khiển, mạch điện kỹ thuật số mạch PLC. Được tạo ra cho ngành tự động hóa công nghiệp, đặc biệt phát huy hết cho thiết kế kỹ thuật cơ khí, giáo dục và phục vụ nhu cầu nghiên cứu. Sự mô phỏng trong phần mềm Automation Studio là một công cụ đạt hiệu quả cao, được lập trình tự động trong phần mềm. Trong môi trường phần mềm Automation Studio tất cả các công cụ thiết kế sử dụng một cách dễ dàng. Nòng cốt của hệ thống được thể hiện trong 3 tiện ích: 1. Diagram Editor (Trình biên tập sơ đồ thiết kế) 2. Project Explorer (Trình duyệt dự án). 3. Library Explorer ( Trình duyệt thư viện). - Trong Diagram Editor cho phép bạn thiết lập và mô phỏng những sơ đồ thiết kế và tạo ra các bản báo cáo. - Trong khi đó Project Explorer được sử dụng quản lý file (tập tin) và phân loại tất cả các tài liệu kết hợp với mô phỏng. - Library Explorer cung cấp những thư viên kí hiệu cần thiết để tạo ra những sơ đồ cấu thành lên những dự án của bạn. Phần mềm này cho phép biên soạn tài liệu và dự án. Có thể in và xuất những sơ đồ của với nhiều cách khác nhau kết hợp với những danh sách và các bản báo cáo để sắp xếp hoàn chỉnh công việc trên tập tin. 4.1.Các thông số ban đầu Hệ thống thủy lực ; - Bơm chính Lưu lượng lớn nhất: 399 l/ph Áp suất cực đại: 36 Mpa - Mạch dầu điều khiển Lưu lượng lớn nhất: 46 l/ph Áp suất cực đại 3,5 Mpa Xilanh thủy lực của bộ công tác: Các thông số kỹ thuật của xi lanh nâng, hạ cần : Thông số Giá trị Đơn vị Số lượng xi lanh 2 Đường kính piston :d 85 mm Đường kính trong xi lanh :D1 120 mm Hành trình làm việc có ích của piston: S 1334,5 mm Lực ép lớn nhất tác dụng lên cần pittông 99305 N Các thông số kỹ thuật của Xi lanh điều khiển tay gầu: Thông số Giá trị Đơn vị Số lượng xi lanh 1 Đường kính piston :d 95 mm Đường kính trong xi lanh :D1 135 mm Hành trình làm việc có ích của piston: S 1490 mm Lực ép lớn nhất tác dụng lên cần pittông 152002 N Các thông số kỹ thuật của Xi lanh điều khiển gầu: Thông số Giá trị Đơn vị Số lượng xi lanh 1 Đường kính piston :d 80 mm Đường kính trong xi lanh :D1 115 mm Hành trình làm việc có ích của piston: S 1120 mm Lực ép lớn nhất tác dụng lên cần pittông 132817 N 4.2. Mô phỏng quá trình làm việc hệ thống thuỷ lực bộ công tác chính trên phần mềm Automation Studio 5.0 Trên cơ sở mạch thủy lực thực tế như trên và các thông số của mạch thủy lực, ta xây dựng được sơ đồ mạch thủy lực trong phần mềm Automation Studio như sau: - Quy ước các đường dầu trong sơ đồ mạch: Đường dầu áp suất cao (đường dầu công tác) Đường dầu điều khiển (đường cao áp) Đường dầu thấp áp Đường dầu không có áp suất Hình 4-1 Sơ đồ mạch thủy lực khi bắt đầu mô phỏng Hình 4-2 Mô phỏng quá trình mở van khóa an toàn trước khi thực hiện quá trình điều khiển. Hình 4-3 Mô phỏng quá trình điều khiển bằng 2 tay điều khiển ( Sơ đồ đang thực hiện quá trình nâng cần và đưa tay gầu ra xa) Hình 4-4 Mô phỏng quá trình điều khiển hỗn hợp bằng 2 tay điều khiển ( Sơ đồ đang thực hiện quá trình làm việc của toàn bộ các bộ phận công tác ) Hình 4-5 Khi tay điều khiển ở vị trí dừng (vị trí HOLD) (tất cả các quá trình hoạt động của bộ công tác được tạm dừng) 4.3. Phân tích kết quả Sau khi mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống thì từ phần mềm xuất ra được các đồ thị đặc tính và hình mô phỏng của nhiều phần tử. Sau đây là một vài phần tử minh hoạ thể hiện trong quá trình mô phỏng. Trên các các đồ thị đặc tính này tuỳ theo từng phần tử mà ta thể hiện mối quan hệ với thời gian thông qua các đường như: Lưu lượng, áp suất, gia tốc,… a)Xilanh nâng cần. Khi mô phỏng quá trình làm việc của xilanh, trên đồ thị đặc tính này thể hiện lưu lượng Q(GPM) và áp suất của chất lỏng ở phía dưới pittông P(psi) với thời gian t(s). Hình 4-6 Đồ thị đặc tính của xilanh nâng cần. 1– Đường đặc tính áp suất chất lỏng trong xilanh; 2 – Đường đặc tính lưu lượng chất lỏng đi vào xilanh. Trên đường đặc tính lưu lượng (1) ta thấy; - Trong khoảng thời gian từ 0 đến 5s đầu là lúc hệ thống thuỷ lực đã làm việc nhưng cần điều khiển vẫn ở vị trí dừng (HOLD) thì áp suất và lưu lượng của xilanh vẫn bằng 0. Xilanh chưa làm việc. - Khi ta đóng cần điều khiển vào số 3 (Vị trí nâng cần) lúc này áp suất và lưu lượng đều tăng nhanh và đạt giá trị ổn định trong khoảng thời gian khoảng 5s tương ứng với thời gian pittông nâng cần đi hết hành trình làm việc. Khi pittông đi đến giới hạn trên thì áp suất tăng đột ngột và đạt giá trị lớn nhất tại giá trị là 1400 psi (96,5 bar) còn lưu lượng giảm xuống và bằng 0. - Tiếp tục đóng cần điều khiển để vào số 1 (Vị trí hạ cần) lúc này lưu lượng có giá trị âm chứng tỏ chất lởng chảy theo hướng ngược lại còn áp suất giảm nhưng vẫn không đạt giá trị bằng 0 như lúc mạch mới làm việc do sức cản trên đường ống, các van, lọc dầu… b) Mô tơ quay toa. Hình 4-7 Đồ thị đặc tính của mô tơ quay toa 1- Đặc tính áp suất cửa vào; 2 – Đặc tính lưu lượng vào mô tơ; 3 – Đặc tính tốc độ. Khi mô phỏng quá trình làm việc của mô tơ quay toa trên đồ thị đặc tính này thể hiện lưu lượng Q(GPM) và áp suất của chất lỏng ở phía dưới pittông P(psi), tốc độ của mô tơ (V/ph) với thời gian t(s). Trong khoảng thời gian từ 0 đến 5s đầu là lúc hệ thống thuỷ lực đã làm việc nhưng cần điều khiển vẫn ở vị trí dừng (HOLD) thì áp suất, lưu lượng và tốc độ của mô tơ vẫn bằng 0. Mô tơ chưa làm việc. Khi ta đóng cần điều khiển vào số 4 (vị trí quay cần sang trái) thì các thông số đều tăng nhanh và đạt đến giá trị ổn định. Mô tơ đạt được số vòng quay là 2000( V/ph),lưu lượng qua mô tơ đạt giá trị 80 GPM ( 300 l / ph) và áp suất tại cửa vào đạt giá trị khoảng 900 psi (62 bar) Khi đưa cần điều khiển trở lại vị trí dừng 9 các giá trị lưu lượng và tốc độ trở về 0 tuy nhiên giá trị áp suất vẫn có giá trị dư do có trở lực của hệ thống. Khi đưa cần điều khiển vào số 2 ( vị trí quay toa sang phải ) thì các thông số biến đổi theo chiều ngược lại tuy nhiên có xảy ra sự dao động các thong số do hiện tượng va đập thủy lực. c) Van an toàn. Hình 4-8 Đồ thị đặc tính van an toàn. 1- Đặc tính áp suất tại cửa vào; 2 – Đặc tính lưu lượng qua van; 3 – Đặc tính áp suất tại cửa ra. Quá trình làm việc của van an toàn được mô phỏng bởi 3 đại lượng; lưu lượng qua van Q(GPM) và áp suất của chất lỏng ở cửa vào và cửa ra P(psi) với thời gian t(s). Dựa vào đồ thị ta thấy khi áp suất tại cửa vào tăng vượt qua giá trị làm việc của van là 360 bar thì lưu lượng tăng và đạt giá trị khoảng 200 (l/ph). Lúc này ứng với thời điểm chưa mở van khóa an toàn, hoặc cần điều khiển ở vị trí dừng hoặc pittông đã lên tới điểm trên cùng hoặc dưới cùng. Khi áp suất tại cửa vào giảm và nhỏ hơn giá trị làm việc của van là 360 bar thì lúc này lưu lượng bằng 0 van ngừng hoạt động d) Bơm Khi mô phỏng quá trình làm việc của xilanh, trên đồ thị đặc tính này thể hiện lưu lượng Q(GPM) và áp suất của chất lỏng ở sau bơm P(psi) với thời gian t(s). Hình 4-9 Đồ thị đặc tính bơm. 1- Đặc tính lưu lượng ra của bơm; 2 – Đặc tính áp suất tại cửa ra; 3 – Đặc tính lưu lượng ra của bơm. Dựa vào đồ thị ta thấy trong quá trình làm việc bình thường lưu lượng ra của bơm là 56 GPM (254 l/ph). Áp suất làm việc lớn nhất là 5220 psi (360 bar) và nhỏ nhất là 768 psi (53 bar). 4.4.So sánh kết quả thu được từ mô phỏng với kết quả tính toán trên lý thuyết Theo tính toán kiểm tra bộ công tác như trên ta thu được kết quả về tải trọng lớn nhất cần xinh ra ở các xi lanh như sau: Ký hiệu Tải trọng (N) Hành trình (mm) XL1 99305 1334,5 XL2 152002 1490 XL3 132817 1120 Tuy nhiên quá trình mô phỏng sẽ cho ta giá trị các lực lớn nhất được sinh ra bởi áp lực dầu trong hệ thống thuỷ lực. Hình 4-10 Kết quả tính toán xilanh cần bằng phần mềm Automation Studio 5.0. Hình 4-11 Kết quả tính toán xilanh tay gầu bằng phần mềm Automation Studio 5.0. Hình 4-12 Kết quả tính toán xilanh gầu bằng phần mềm Automation Studio 5.0. Dựa vào kết quả xuất ra màn hình ta thấy rằng như trên ta thu được kết quả về lực lớn nhất sinh ra ở các xi lanh như sau: Ký hiệu Lực lớn nhất (N) XL1 105999 XL2 160504 XL3 145888 Dựa vào kết quả mô phỏng ta thấy lực do áp lực chất lỏng sinh ra trong các xi lanh của bộ công tác luôn lớn hơn lực cần thiết do các xi lanh tao ra để thắng lực cản trong quá trình làm việc của máy đào. Do đó máy đào luôn làm việc tốt ở mọi chế độ. Tuy nhiên kết quả mô phỏng và tính toán kiểm nghiệm có sự sai khác với nhau điều này là do. - Việc tính toán kiểm nghiệm ta chọn các thông số chưa hợp lý, chỉ có tính tương đối. - Các dữ liệu thông số đầu vào của mạch mô phỏng còn thiếu rất nhiều nên dẫn đến có sự sai lệch giữa hai kết quả trên. Vì vậy khi ứng dụng phần mềm này vào quá trình thiết kế hay mô phỏng, để kết quả chính xác cao đòi hỏi phải nhập tất cả các thống số, dữ liệu. 5.KẾT LUẬN Sau một thòi gian làm việc nghiêm túc và được sự hướng dẫn tận tình của quí thầy, đề tài em làm khảo sát gần như toàn bộ kết cấu các hệ thống, bộ phận, cụm chi tiết, chi tiết, và mạch thủy lực trên máy đào VOLVO EW210C. Việc khảo sát mang ý nghĩa nguyên lý chứ chưa thật sự đi sâu, cụ thể từng bộ phận. Đề tài này cho em hiểu rõ hơn cách bố trí từng cụm chi tiết, nguyên lý hoạt động. Nó là cơ sở cho việc tính toán, thiết kế cũng như việc sửa chữa thay thế được dễ dàng. Tính toán kiểm nghiệm bộ phận công tác là bước quan trọng để mô phỏng mạch thủy lực và cơ cấu chấp hành dựa trêm phần mềm Automation studio 5.0. Do thời gian làm việc ngắn, kiến thức chuyên ngành về máy công trình và kinh nghiệm thực tế ít nên trong đồ án còn có nhiều sai sót. Kính mong quí thầy cô giáo chỉ dạy để em được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận. “Máy làm Đất”. Nhà xuất bản xây dựng 2004. [2] I.L.Berkman, A.V.Rannev, A.K.Reis. “Máy xúc xây dựng một gàu vạn năng”. Nhà xuất bản MIR Maxcơva-Liên xô 1984. [3] Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận . “Thuỷ lực và máy thuỷ lực, tập 2”. Nhà xuất bản Đại Học và Trung Học Chuyên Nghiệp, Hà Nội 1972. [4] Trần Xuân Hiển. “Máy xúc thủy lực”. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. [5] Volvo Contruction Equipment. “Volvo wheeled excavator Ew210c”. [6] Famic Technologies Inc. “Hướng dẫn sử dụng phần mềm Automation studio”.