Tính toán mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ

trêng ®¹I häc n«ng nghiÖp Hµ Néi
Khoa c¬ ®iÖn
---------------------------

LÊ KIM TRUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

Tính toán mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực
cho bộ phận di động máy kéo nhỏ

Hµ NéI – 2011
trêng ®¹I häc n«ng nghiÖp Hµ Néi
Khoa c¬ ®iÖn
---------------------------

LÊ KIM TRUNG


ỏn tt nghip

Lờ Kim Trung CKL51

N TT NGHIP
TI:

Tớnh toỏn mụ phng h thng truyn ng thy lc cho b
phn di ng mỏy kộo nh

Chuyên ngành

Giáo viên hớng dẫn

: Cơ khí động lực
: TS. Bùi Việt Đức

Hà NộI 2011

2

2
22


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51
LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian hoàn thành các môn học, sinh viên bước sang thời gian
thực tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp. Trong thời gian nghiên cứu thực hiện
và hoàn thành đề tài tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được
rất nhiều sự giúp đỡ của rất nhiều bạn bè, thầy cô trong và ngoài trường.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo, cô giáo
trong bộ môn Cơ Khí động lực - Khoa Cơ Điện Trường Đại Học Nông
Nghiệp - Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài tốt
nghiệp này. Đặc biệt tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS. Bùi
Việt Đức người đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài “Tính toán mô
phỏng hệ thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ ”
và cũng là người đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành đồ án
tốt nghiệp. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn

bè đã khích lệ tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp.
Mặc dù đã rất cố gắng song do kinh nghiệm và kiến thức có hạn nên đề
tài khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn. Tôi rất mong các thầy cô
cùng bạn bè chỉ bảo thêm để đề tài được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2011
Người thực hiện
SV. Lê Kim Trung

3

3


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51
MỤC LỤC

4

4


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề

Như chúng ta đã biết, trước đây Việt Nam chúng ta là một nước có nền
kinh tế chậm phát triển, các sản xuất trong nước chủ yếu dựa vào sản xuất
nông lâm nghiệp, số lượng lao động tham gia sản xuất nông nghiệp chiếm
trên 80% tổng số lao động trong cả nước. Hoạt động sản xuất nông lâm
nghiệp mang tính thời vụ nên hiệu suất sử dụng thời gian lao động rất thấp,
thông thường chỉ tập trung vào khoảng 3 đến 4 tháng trong một năm nên thời
gian nhàn rỗi khá nhiều, thu nhập bình quân tính theo đầu người rất thấp. Hơn
nữa sản xuất nông lâm nghiệp chiếm tỷ trọng thấp trong nền kinh tế, không
tương ứng với tỷ lệ lao động. Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta
đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Nhà nước ta đã tập trung hơn vào đầu
tư phát triển các lĩnh vực: Công nghiệp, du lịch, thương mại và dịch vụ. Nên
kinh tế nước ta đã có những bước phát triển vượt bậc. Các nhà máy, các khu
công nghiệp được xây dựng và thu hút được rất nhiều lao động nhàn rỗi từ
nông thôn, làm giảm đáng kể số lao động phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp,
làm tăng thu nhập, thúc đẩy kinh tế phát triển.
Tuy nhiên, sản xuất nông lâm nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân. Nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất nông
nghiệp, điều kiện tự nhiên và sức lao động dồi dào nên đã thu được những kết
quả vượt bậc.
Sản xuất trong lĩnh vực nông lâm nghiệp là một quá trình sản xuất đặc
thù, nó mang tính độc lập cao, điều kiện sản xuất phức tạp, tiêu tốn nhiều sức
lao động. Để nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao động cho các khâu sản
xuất trong sản xuất nông lâm nghiệp cần thiết phải áp dụng cơ giới hoá tổng
hợp và sử dụng các phương tiện hữu ích, áp dụng các hệ thống máy móc phù
5

5


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

hợp với từng loại sản xuất, từng mục đích công việc.
Hiện nay nhu cầu phát triển các loại máy phức hợp tự hành cho sản
xuất nông nghiệp là rất lớn. Xu hướng thiết kế chủ yếu là bố trí các bộ phận
làm việc, dẫn động cho các bộ phận làm việc chủ động trên một máy kéo vạn
năng cỡ nhỏ hoặc là thiết kế các máy phức hợp chuyên biệt cho các công việc
nông lâm nghiệp như gieo trồng, chăm sóc và thu hoạch…
Trên đa số các mẫu máy đã được công bố: Các máy làm đất, máy thu
hoạch….,việc truyền động trích công suất được thực hiện bằng cơ học như
truyền động xích, truyền động đai, truyền động các đăng hoặc truyền động
bánh răng… Nhược điểm của truyền động cơ học là việc thay đổi tỷ số truyền
vô cấp chỉ có thể thực hiện trong khoảng giới hạn và yêu cầu một không gian
lắp đặt cố định giữa động cơ truyền lực và bộ phận làm việc cần dẫn động.
Các nhược điểm này có thể được cải thiện đáng kể nếu thay thế truyền
động cơ học bằng một hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực. Các hệ
thống truyền động thủy lực ngày nay có mật độ công suất và độ tin cậy cao,
cấu trúc hệ thống đơn giản, đặc biệt là có khả năng thiết lập một hệ thống
truyền động và điều khiển bất kỳ, linh động trong không gian với các phần tử
cấu trúc tiêu chuẩn….
Với mục đích là tăng tính cơ động, điều khiển máy kéo dễ dàng hơn và
có kết cấu nhỏ gọn hơn, tính năng động lực cao hơn, giảm cường độ lao động
lại thích nghi với đồng đất nhỏ, hẹp cho máy kéo nhỏ. Vì vậy, để giải quyết
vấn đề khó khăn trên chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Tính toán mô phỏng hệ
thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ.”

6

6

Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

PHẦN I TỔNG QUAN
1. Tình hình sử dụng máy kéo nhỏ truyền động thủy lực trong sản xuất
nông nghiệp
Máy kéo nhỏ được sử dụng trong các môi trường làm việc nhỏ và năng
suất lạo động không yêu cầu quá lớn. Chính vì thế nó được sử dụng khá phổ
biến, đặc biệt là trong vấn đề sản xuất nông nghiệp. Đi tiên phong cho cuộc
Cách mạng cơ giới hóa nông nghiệp là các nước Âu – Mỹ. Từ những năm 30
– 40 của thế kỷ XX, đến nay đã đạt đến mức đồng bộ và tự động hóa một số
khâu công việc.
Do đất rộng người thưa (bình quân diện tích rất lớn: Mỹ 61 ha/1người,
Canada 97ha/1người, các nước Anh, Pháp, Đức bình quân 6 – 12 ha/1người),
do đó cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp là biện pháp hàng đầu. Tuy
nhiên, vì đất rộng người thưa nên các máy được trang bị sử dụng là những
máy có công suất lớn, làm việc năng suất cao. Bình quân mã lực cho 1 ha đất
canh tác tại Mỹ là 25ml/ha, các mước Tây Âu là 18ml/ha, các nước Đông Âu
cũ là 5 – 8ml/ha (số liệu năm 1990).
Trái lại, ở Việt Nam do đặc tính đồng ruộng có diện tích nhỏ, đông
nhân công lao động nên xu thế sử dụng máy kéo nhỏ chiếm tỉ lệ khá cao. Tính
đến tháng 6/2002, cả nước có 241.995 máy kéo (tăng 2, 3 lần so với năm
1994) với tổng công suất 3.508.977 mã lực (tăng gần 1,67 lần so với năm
1994). Trong đó máy kéo 2 bánh dưới 12 mã lực chiếm 67%, máy kéo trên 12
mã lực đến 35 mã lực chiếm 27%, máy kéo trên 35 mã lực chiếm 6%. Mức độ
trang bị công suất máy trên toàn quốc đạt 1,16 mã lực/ha canh tác, trong đó
vùng đồng bằng sông Cửu Long 1,85 mã lực/ha là nơi có trang bị máy kéo

cao nhất toàn quốc, đồng bằng Sông Hồng là 0,85 mã lực/ha; thấp nhất là

7

7


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

vùng núi phía Bắc chỉ có 0,39 mã lực/ha. Máy kéo 4 bánh sử dụng ở Việt
Nam có nhiều chủng loại, nhiều cỡ, gam máy và do nhiều quốc gia sản xuất,
chủ yếu nguồn gốc từ các nước Đông Âu, Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Nhật
Bản và một số các cơ sở tư nhân tự đóng các mẫu này mang tính chắp vá,
chưa áp dụng được nhiều sử dụng vì tính ổn định và độ bền thấp.
Hệ thống truyền động thuỷ lực có công suất truyền động cao, truyền
động êm dịu, có thể truyền động giữa các chi tiết có khoảng cách thay đổi
trong qúa trình làm việc, phần chủ động và phần bị động của hệ thống truyền
lực được nối với nhau bằng các ống mềm dẫn dầu, các ống dẫn dầu thường
được chế tạo bằng cao su và các chất phụ gia để tăng khả năng chịu lực. Vì
vậy chúng có thể được lắp đặt ở bất kì một vị trí nào trên máy mà không đòi
hỏi phải có khoảng không gian rộng lớn và hướng truyền động thẳng giữa các
bộ phận.
Hiện nay, truyền động thuỷ lực đang được sử dụng rất phổ biến trên các
loại ô tô máy kéo sử dụng trong nông lâm nghiệp:
-

Hệ thống lái cơ học trợ lực thuỷ lực: Trong hệ thống này, lực đòi hỏi ở

người điều khiển khi tác dụng vào vô lăng là đủ cho lực bánh lái mở các van
thuỷ lực để điều khiển các mạch thuỷ lực hoạt động tác động vào cơ cấu chấp
hành giúp xe chuyển hưóng một cách nhẹ nhàng.
-

Hệ thống lái bằng bơm điều tiết mạch tốc độ nhanh. Trong hệ thống

này, người vận hành cần tác động vào vô lăng để tác động trực tiếp vào bơm
điều tiết mạch tốc độ nhanh từ đó điều tiết lượng dầu vào phân phối và điều
tiết đến bộ phận chấp hành và tác động vào hình thang lái.
-

Hệ thống phanh trợ lực thuỷ lực: Bàn đạp phanh được liên kết với

Piston của tổng phanh. Khi tác động vào bàn đạp phanh, qua cơ cấu dẫn động,
Piston dịch chuyển, nén và đẩy dầu vào các đường ống dẫn đến các Xylanh

8

8


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

phanh bánh, áp suất của dầu sẽ tác động làm cho các Piston của Xylanh phanh
bánh dịch chuyển và tác động vào guốc phanh, tạo ra mômen phanh ở các
bánh xe.
-

Hệ thống nâng hạ trên các loại máy kéo hiện đại: Thông thường đi sau

máy kéo là các loại máy công tác như máy cày, máy phay, máy bừa…. Trong
quá trình làm việc chúng được nâng lên khi di chuyển, khi quay vòng hoặc hạ
xuống khi làm việc. Để thực hiện công việc này, trên các máy kéo hiện đại có
trang bị hệ thống thuỷ lực nâng hạ có cấu tạo khá đơn giản gồm: Bơm dầu,
xylanh thuỷ lực, van điều khiển…. Muốn điều khiển thiết bị này ta chỉ cần tác
động vào tay điều khiển để hạ xuống hoặc nâng lên. Ở các loại máy hiện đại,
thiết bị này có thể được điều khiển bằng cả hai phương tiện là: Cần điều khiển
và thiết bị cảm ứng tự động. Thiết bị này sẽ cảm ứng tải trọng của máy kéo
qua lực cản của máy công tác.
-

Trên một số liên hợp máy cày hiện đại có lắp đặt trục lắc cảm ứng thuỷ

lực. Khi lưỡi cày chạm vào đất cứng lực cản tăng lên, qua các cầu trục tác
động vào xylanh cảm ứng, kéo piston và van cảm ứng về phía sau, dầu sẽ
chảy vào xylanh cảm ứng nhiều hơn qua giclơ biến thiên làm cho áp suất cảm
ứng trước và van điều khiển tải gia tăng. Sự gia tăng áp suất cảm ứng dầu dẫn
đến sự chuyển động về phía sau của van điều khiển tải, bộ phận cam bị dẫn và
khung nối vận hành van làm cho cam vận hành van xoay theo chiều kim đồng
hồ. Cam xoay đi làm cho van áp lực mở ra và hướng dẫn dầu áp suất qua van
tiết lưu đi vào phía cuối của piston ở vị trí trục lắc. Van tiết lưu điều khiển
lượng dầu chảy vào và đi ra piston trục lắc, piston dịch chuyển về phía trước
làm trục lắc xoay đi nâng các khớp nối trục và lưỡi cày lên làm giảm lực cản
của cày.
-

Hệ thống cân bằng thuỷ lực (thường được sử dụng với các liên hợp

máy làm việc trên sườn đồi). Hệ thống này đặc biệt gồm ba phần: Hệ thống

9

9


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

thăng bằng chất lỏng, hệ thống điện và hệ thống thuỷ lực. Khi liên hợp máy đi
vào đoạn đường dốc ngang trên các sườn đồi, giả sử khi bánh xe bên trái thấp
hơn bánh xe bên phải khi làm việc, khi đó thiết bị cảm ứng chất lỏng khởi
động hệ thống điện, sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây Solenoid tạo ra từ trường
làm dịch chuyển ống van thăng bằng và hướng dẫn dầu tới xylanh thăng bằng
tác dụng hai chiều trên mỗi bánh xe, hai xylanh bên trái duỗi thẳng còn hai
xylanh bên phải thụt vào giúp cho liên hợp máy giữ được trạng thái thăng
bằng khi ở độ dốc nhất định.
Ngoài ra, hệ thống thuỷ lực còn được sử dụng trên các loại xe – máy
chuyên dụng trong các lĩnh vực khác:
-

Hệ thống thuỷ lực trên xe nâng - chuyển: Máy nâng được điều khiển,

nâng và chất đống sản phẩm và nguyên liệu. Nhiều loại, máy nâng được bố trí
nằm phía sau máy kéo chuyên dụng, máy kéo vận hành ngược lại, người vận
hành đối mặt với máy nâng. Hệ thống nâng thường gồm các xylanh thủy lực,
tùy thuộc vào chuyển động của bộ phận chấp hành mà số xylanh là khác nhau.

Khung thẳng đứng gọi là cột và thiết bị nâng được gọi là cái nĩa. Máy nâng có
thể có hệ thống thủy lực riêng, các van điều khiển loại ống và các xylanh tác
động một chiều hoặc hai chiều. Các máy nâng thường gồm ba chuyển động:
nâng và hạ nĩa, nghiêng cột, chuyển cột từ bên này sang bên kia. Để nâng một
vật nặng, người điều khiển tác động vào cần điều khiển các van để đưa dầu có
áp suất tới xylanh nâng.
-

Hệ thống thuỷ lực trên máy ủi đất: Đây là hệ thống có cấu tạo tương

đối phức tạp, và gầu của máy xúc có chiều chuyển động trong quá trình làm
việc. Khi người điều khiển được gầu có chứa hàng, ống di chuyển cần điều
khiển đưa tới cả hai xylanh của gầu. Các xy lanh được cung cấp dầu vào và
duỗi thẳng đỡ gầu xuống, trong khi đó dầu được giữ trong các xylanh nâng
cần để giữ cho máy ở vị trí làm việc đã được xác lập. Các xylanh của cần và

10

10


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

của gầu đều là xylanh tác động hai chiều để vừa có thể nâng vừa có thể hạ,
vừa xúc vừa đổ tải.
-

Đối với mạch thuỷ lực của máy ủi đất, thông thường có ba điều chỉnh

trong quá trình làm việc: Nâng và hạ lưỡi, xoay phải, xoay trái và nghiêng qua
lại. Ở một số loại máy cả ba điều khiển trên đều được điều khiển bằng thuỷ
lực, một số máy thì chỉ có hai trong ba chuyển động trên được điều khiển
bằng thuỷ lực.
-

Hệ thống thủy lực trên xe đào đất: Nó thường bố trí phía sau một máy

kéo công nghiệp như xe chuyên chở hoặc xe ủi đất. Dầu thuỷ lực cho máy
công tác được cung cấp từ hệ thống thủy lực của máy kéo. Người vận hành
điều khiển máy đào đất bằng các tay điều khiển đống mở các van được đặt
trên cabin. Điều khiển dòng dầu tới các xylanh thích hợp để vận hành cần,
gầu hoặc thiết lập các chức năng khác. Các xylanh tác động hai chiều để cung
cấp đủ lực theo cả hai hướng. Các đường ống dẫn trong hệ thống đề sử dụng
là các loại ống dẻo nên cho phép máy đào chuyển động tự do mà không làm
ảnh hưởng đến hệ thống thuỷ lực.
-

Hệ thống thuỷ lực trên các máy ép thuỷ lực: Dựa vào tính chất không bị

nén của chất lỏng, người ta chế tạo hệ thống thủy lực trên các máy ép tĩnh với
lực ép rất lớn nhờ vào áp suất lớn của chất lỏng do bơm tạo ra và kích thước
lớn của xylanh thủy lực. Ưu điểm của máy ép thủy lực là lực ép tăng từ từ cho
tới khi đạt được lực ép cần thiết. Khi lực ép tăng dần nó sẽ giảm được tải trọng
động, ứng suất phân bố tương đối đều trên toàn bộ chi tiết làm cho các chi tiết
biến dạng từ từ theo ý muốn, nó được vận dụng để uốn nguội các chi tiết.
Tóm lại, với những ưu điểm của mình, truyền động thủy lực ngày càng
được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phục vụ cho mọi lĩnh vực sản
xuất. Có nhiều vị trí truyền động phức tạp mà các hề thống truyền động cơ

học không thể đáp ứng được như: Truyền động trên các máy xúc, ủi và các

11

11


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

máy công trình khác…. Truyền động thủy lực đã mang lại nguồn lợi rất lớn
cho các hoạt động sản xuất của con người.
2. Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về máy kéo nhỏ truyền động
thủy lực
Để đáp ứng các nhu cầu trong cuộc sống, đặc biệt là các yêu cầu đặt ra
trong quá trình hoạt động sản xuất hàng ngày, con người đã và đang không
ngừng nghiên cứu, không ngừng chế tạo ra các loại máy móc tiên tiến đáp
ứng được các loại công việc và dần dần tự động hóa, thay thế hoàn toàn sức
lực con người. Đó là tiền đề cho các cuộc Cách mạng khoa học công nghệ từ
trước đến nay. Tất cả các nước trên thế giới hiện nay đã chú trọng đầu tư rất
nhiều cho nghiên cứu khoa học, vì thế các sản phẩm rất đa dạng. Tuy nhiên,
nói về chất lượng sản phẩm cơ khí đặc biệt là máy kéo truyền động thủy lực
thì phải kể đến các nước như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Đan Mạch...là những
nước có nền khoa học tiên tiến nhất đã đi tiên phong áp dụng sự truyền động
thủy lực cho các loại ô tô-máy kéo. Hệ thống thủy lực có thể được lắp đặt cho
hệ thống di động, hệ thống nâng hạ, hệ thống điều khiển....

Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo một máy kéo nhỏ
12

12


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

Hình 1.2. Sơ đồ một mạch điều khiển bằng thủy lực
Hệ thống truyền động thủy lực này được thiết kế rất hiện đại với hệ
thống điều khiển và kiểm soát điện tử toàn bộ. So với các hệ thống hiện tại, xe
xúc lật loại này có một số thay đổi như sau:
- Tay điều khiển các chức năng trên cabine là loại dùng tín hiệu điện
chứ không phải thủy lực.
- Sử dụng bơm piston mạch hở với load-sensing và cụm valve phân
phối điện tỷ lệ cho các cơ cấu hoạt động xúc và lái.
- Hệ thống lái kết hợp thủy lực và điện tử.
- Cơ cấu di chuyển sử dụng hệ bơm - motor thay đổi lưu lượng, mạch
kín với nhiều chế độ tải cài đặt sẵn và tự động thay đổi.
- Các thông số làm việc của hệ thống đều được hiện thỉ rõ ràng trên

13

13


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

bảng điều khiển gắn trên cabine. Hệ thống có các thiết bị đo báo lỗi điện tử rất
dễ dàng tìm hiểu và truy xuất khi cần sửa chữa, thay thế.

Hình 1.3. Một số ứng dụng của máy kéo nông nghiệp

Hình 1.4: Sơ đồ thủy lực của máy kéo đa năng
Sơ đồ trên bao gồm một bơm thuỷ lực, truyền động cho 2 động cơ. Hệ
thống này có khả năng truyền tải công suất và tốc độ tối đa trong các điều
kiện làm việc thay đổi.

14

14


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

Hình 1.5. Hệ thống thủy lực của máy khi ở trạng thái làm việc
Bơm và động cơ sử dụng trong hệ thống là loại piton, có thể điều chỉnh
được lưu lượng. Hệ thống truyền động này có kết cấu đơn giản, dễ điều khiển
nhưng giá thành chế tạo rất cao.
3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài:
Tính toán thông số, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền động
thủy lực, làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy kéo công suất nhỏ có bộ
phận di động dẫn động thủy lực.
Nội dung nghiên cứu của đề tài :
* Nội dung 1: Tính toán các thông số hệ thống truyền động thủy lực của

máy kéo nhỏ:
- Bơm thủy lực.
- Van phân phối.

15

15


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

- Động cơ thủy lực.
- Ỗng dẫn, thùng chứa, két làm mát.
* Nội dung 2: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống:
- Sơ đồ truyền động.
- Xây dựng mô hình hệ thống truyền động thủy lực cho bộ phận di động
máy kéo nhỏ.
* Nội dung 3: Khảo sát hệ thống truyền dộng thủy lực của máy kéo nhỏ.
* Nội dung 4: Kết luận và đề nghị

16

16


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

PHẦN II
PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU TỔNG THỂ HỆ
THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY KÉO NHỎ
2.1. Yêu cầu của đề tài:


Phân tích, lựa chọn phần tử, xây dựng kết cấu tổng thể hệ thống
truyền động thủy lực cho bộ phận di động máy kéo nhỏ với sơ đồ hai
động cơ thủy lực truyền động trực tiếp cho 2 bánh xe chủ động của



máy kéo.
Máy có thể di chuyển và làm việc trên những loại địa hình khác nhau.



Khả năng làm việc ổn định cao, có thể chịu được quá tải lớn.
Hệ thống thuỷ lực trên máy kéo có kết cấu đơn giản: các cơ cấu phụ
trợ ít, hệ thống dễ lắp đặt, vận hành và sửa chữa.

2.2. Điều khiển truyền động hai nhánh hai động cơ
2.2.1. Mạch một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải

Hình 2.1. Mạch điều khiển một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải
1- Bơm dầu; 2- Van giới hạn áp suất; 3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng
4- Van phân phối 4/3; 5,6- Động cơ thủy lực
Sơ đồ mạch như hình vẽ 2.1 bao gồm một bơm thủy lực 1 cung cấp dầu
17

17


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

cho 2 động cơ thủy lực làm việc cùng lúc. Hai động cơ thủy lực mắc song
song, tốc độ quay của động cơ được điều khiển bởi van tiết lưu mắc trên mạch
rẽ nhánh dẫn dầu về thùng. Có thể xuất hiện ảnh hưởng lẫn nhau giữa hai
động cơ.
Trong trường hợp này, máy chỉ làm việc được bình thường khi điều
kiện làm việc của cả hai động cơ thủy lực là như nhau. Do thể tích dầu cung
cấp từ bơm lên cho hai động cơ luôn đảm bảo lượng dầu mà 2 động cơ yêu
cầu nhờ có van tiết lưu điều khiển được lưu lượng 3. Khi ta điều khiển lưu
lượng qua van tiết lưu thay đổi, trong khi đó lưu lượng dầu Q b của bơm không
thay đổi thì sẽ thay đổi được lưu lượng dầu cung cấp cho hai động cơ.
Mặt khác, nhược điểm lớn nhất của mạch điều khiển thủy lực như hình
2.1 là khi một trong hai động cơ thủy lực bị quá tải (chẳng hạn động cơ 5 bị
quá tải), Khi đó toàn bộ lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ cung cấp hoàn
toàn cho động cơ còn lại (toàn bộ lưu lương Qb – QDr sẽ cung cấp cho động cơ
6). Lúc đó, số vòng quay của bơm sẽ tăng lên gấp đôi do đó nố sẽ thay đổi
hoàn toàn điều kiện làm việc của động cơ va gây mất an toàn khi làm việc bị
quá tải.
Một trường hợp ngoài ý muốn khác khi hệ thống làm việc là khi cả hai
động cơ thủy lực 5 và 6 đều bị quá tải. Khi đó, áp suất trong toàn bộ hệ thống
sẽ tăng lên rất cao và có thể cao hơn giới hạn áp suất có thể chịu được của các
thiết bị thủy lực như hệ thống đường ống dẫn, van phân phối….Do đó, nhờ có
van an toàn gới hạn áp suất 2 sẽ đảm bảo cho hệ thống làm đảm bảo được an

toàn khi bị quá tải. Van gới hạn áp suất 2 sẽ đảm bảo một gới hạn áp suất làm
việc ở trong hệ thống. Khi áp suất ở trong hệ thống lớn hơn giới hạn áp suất
cho phép của van giới hạn áp suất, lúc đó van sẽ được mở ra và cho dòng dầu
được cung cấp từ bơm 1 đi qua van giới hạn áp suất 2 và chảy trực tiếp về
thùng dầu.
Tuy nhiên, với sơ đồ mạch như hình 2.1 cũng có ưu điểm như sử dụng
18

18


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

ít các thiết bị thủy lực hơn, sơ đồ mạch đơn giản hơn và do đó hao tổn áp suất
và hao tổn thể tích qua các thiết bị thủy lực cũng sẽ ít hơn.
2.2.2. Mạch hai bơm cung cấp cho hai động cơ phụ tải
Trong phương án này, mỗi động cơ nhận lưu lượng từ một bơm riêng
rẽ. Tốc độ quay của mỗi động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay trục bơm và tỷ lệ
thể tích làm việc ii = VDi/VPi giữa bơm và động cơ tương ứng. Hai bộ truyền
hoạt động độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau.

Hình 2.2 Mạch điều khiển hai bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải
1,2- Bơm dầu; 3,4- Van giới hạn áp suất
5- Van phân phối 5/2; 6,7- Động cơ thủy lực
Với hệ thống thủy lực được bố trí như hình 2.2 thì sự làm việc của hai động
cơ thủy lực 6 và 7 sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự làm việc của 2 bơm tương
ứng 2 và 1. Toàn bộ thể tích dầu do bơm làm việc sẽ được cung cấp hoàn toàn
cho động cơ thủy lực tương ứng (bỏ qua hao tổn thể tích khi hệ thống làm

việc). Hệ thống làm việc được coi như hai hệ thống làm việc độc lập nhau
gồm bơm, động cơ, van giới hạn áp suất và van phân phối. Do đó, với hệ
19

19


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

thống làm việc như thế này có ưu điểm so với hệ thống làm việc như hình 2.1
là khi một trong hai bơm làm việc ở chế độ quá tải thì van giới hạn áp suất
tương ứng sẽ tự động đóng mở để đảm bảo nhánh làm việc an toàn. Lúc đó,
khi một trong hai động cơ bị quá tải thì động cơ còn lại vẫn có thể làm việc
bình thường.
Tuy nhiên, với hệ thống làm việc như hình 2.2 chỉ cho động cơ quay một
chiều mà không có chiều quay ngược lại. Đây là một hạn chế khi máy kéo
cần lùi ở một số trường hợp khi di động và khi làm việc. Ngoài ra ta thấy với
hệ thống được bố trí như vậy sẽ có nhiều thiết bị thủy lực và bộ phận đi kèm
hơn, Lúc bố trí lắp đặt bơm lên hệ thống sẽ khó khăn và phức tạp hơn. Nhưng
ngược lại, ta lại chọn được loại bơm có công suất và thể tích làm việc nhỏ hơn
khi mỗi bơm chỉ cung cấp cho một động cơ tương ứng.
2.3. Điều khiển truyền động hai nhánh chia dòng xác định
Về cơ bản thì hệ thống thủy lực được bố trí như hình 2.3 gần giống với
hệ thống thủy lực được bố trí như hình 2.1. Trong đó sơ đồ hệ thống thủy lực
như ở hình 2.3 chỉ khác mỗi chỗ là ở đầu mỗi bơm được bố trí thêm một van
tiết lưu để điều chỉnh ổn định lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ nhằm mục
đích ổn định số vòng quay ở động cơ cũng như ở bánh xe.

20

20


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

Hình 2.3. Mạch điểu khiển một bơm cho 2 động cơ phụ tải
1- Bơm dầu, 2- Van giới hạn áp suất ,3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng
4- Van phân phối 4/3; 5- Van chia dòng; 6,7- Động cơ thủy lực
Hình vẽ 2.3 trên mô tả sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lực
một bơm cung cấp dầu cho hai động cơ.
Với mạch điều khiển thủy lực được bố trí như sơ đồ hình 2.3 sẽ giải
quyết được hạn chế trên mạch điều khiển trên hình 2.2. Do lưu lượng của
bơm 1 ta vẫn cùng cấp lưu lượng thừa và lớn hơn tổng lưu lượng của hai động
cơ. Do đó tốc độ quay của hai động cơ vẫn phụ thuộc vào và được điều khiển
bởi van tiết lưu 3.
Tuy nhiên với việc bố trí van chia dòng 5 như được bố trí trên hình 2.3
thì tốc độ quay của hai động cơ được xác định và được giữ ổn định bởi van
chia dòng 5 này. Do đó, hai động cơ cũng sẽ làm việc độc lập với nhau và
không gây ảnh hưởng tới nhau tuy cùng được nhận công suất truyền từ một
bơm 1. Khi một trong hai động cơ làm việc gặp sự cố thì động cơ còn lại vẫn
làm việc bình thường và ổn định số vòng quay nhờ van chia dòng 5.
21

21

Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

2.4. Điều khiển chuyển động hai nhánh cần ổn định vận tốc quay

Hình 2.4. Mạch điều khiển một bơm cung cấp cho 2 động cơ phụ tải bằng
van điều chỉnh dòng 3 ngả
1- Bơm dầu; 2- Van giới hạn áp suất; 3- Van phân phối 4/3
4,5- Van tiết lưu dòng; 6,7- Động cơ thủy lực
Mỗi động cơ được điều tốc ở một giá trị cho trước nhờ van điều chỉnh
dòng 3 ngả. Nguồn lưu lượng có thể sử dụng là một bơm hoặc nhiều bơm dầu.
Trên đây là một số phương án mạch điều khiển thủy lực truyền động
cho hai hay nhiều phụ tải chuyển động quay tương thích với một số bộ phận
làm việc chủ động trên máy nông lâm nghiệp tự hành. Nguồn năng lượng
thủy lực được ứng dụng là dạng mạch nguồn lưu lượng không đổi với các
phần tử cấu trúc mạch đơn giản nhất, giá cả hợp lý. Tuỳ theo yêu cầu về độ
chính xác điều khiển cũng như mức độ tự động hoá có thể lựa chọn các
phương án mạch cao hơn và cũng đắt tiền hơn. Thí dụ mạch nhạy tải (Load
sending system) với các van điều khiển liên tục tác động điện như van tỷ lệ.

22

22


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

2.3 Lựa chọn mạch thuỷ lực phù hợp
Trong phạm vi của bài báo cáo tốt nghiệp em chọn mạch thuỷ lực: Điều
khiển chuyển động cho hai động cơ vì đảm bảo một số những yêu cầu sau:



Tính ổn định của hệ thống làm việc cao
Mạch thuỷ lực của hệ thống đơn giản, các chi tiết phụ trợ ít, vận
hành đơn giản, bảo quản và sửa chữa thuận lợi.

Hình 2.5. Mạch điểu khiển một bơm cho 2 động cơ phụ tải
1- Bơm dầu, 2- Van giới hạn áp suất ,3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng
4- Van phân phối 4/3; 5- Van chia dòng; 6,7- Động cơ thủy lực

23

23


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

PHẦN III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ
LỰC CHO BỘ PHẬN DI ĐỘNG MÁY KÉO NHỎ
3.1 Tính toán thông số của động cơ
Sơ đồ mạch được lựa chọn trong hệ thống truyền động thuỷ lực cho bộ
phận di động máy kéo nhỏ như sau:

Hình 3.1. Mạch điểu khiển một bơm cho 2 động cơ phụ tải
1- Bơm dầu, 2- Van giới hạn áp suất ,3- Van tiết lưu điều khiển lưu lượng
4- Van phân phối 4/3; 5- Van chia dòng; 6,7- Động cơ thủy lực
Theo yêu cầu của đề tài có :
+ Vận tốc máy : 1,5 ÷ 22,5 km/h
+ Lực kéo : Pk = 2 kN
24

24


Đồ án tốt nghiệp

Lê Kim Trung CKĐL51

+ Đường kính bánh xe : d = 1,00 m
Từ đó ta có :

+ Mô men kéo của một bánh xe :

Mbx =

= 1000.0,5 = 500 (Nm)

Trong đó : Pk – Lực kéo bánh xe chủ động.
r – Bán kính bánh xe chủ động.

+ Số vòng quay bánh xe :

= 7,96 (vòng/phút)

= 119,37 (vòng/phút)
Giả thiết hai bánh xe làm việc như nhau,với vận tốc và lực kéo như nhau, trên
mặt đường như nhau. Bánh xe được truyền mô men và vận tốc trực tiếp từ
động cơ thủy lực vì thế tỉ số truyền của cơ cấu truyền động động cơ thủy lực
và bánh xe là i=1. Như vậy mô men quay và số vòng quay của động cơ thủy
lực và bánh xe là như nhau:
+ Mô men quay của động cơ là : M’ = M = 500 (Nm)
+ Số vòng quay trên trục động cơ là :
ω’max = ωmax = 119,37 (vòng/phút)
ω’min = ωmin = 7,96 (vòng/phút)
+ Công suất trên trục động cơ :
P’= ω’.M’= 7,96 . 500 = 3980 W ≈ 4kW
Từ số vòng quay của động cơ ω’ = 7,96 vòng/phút, mô men quay của động cơ
M’= 500Nm, công suất của động cơ P’= 4kW khi làm việc và yêu cầu phạm
25

25