Bài giảng Hệ thống điện thủy lực và xe máy chuyên dùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: HỆ THỐNG ĐIỆN THỦY LỰC VÀ XE MÁY CHUYÊN DÙNG SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên - 2015 1 Bài giảng môn: Hệ thống điện-thủy lực của xe và máy chuyên dụng Chương 1: Giới thiệu chung 1.1. Các dạng truyền động trên xe chuyên dùng 1.1.1. Khái niệm truyền động Hệ thống truyền động (gọi tắt là truyền động) dùng để truyền chuyển động (công suất) từ động cơ tới các cơ cấu và các bộ phận công tác. Trong quá trình truyền chuyển động cho phép biến đổi tốc độ, lực, mô men, đôi khi biến đổi cả dạng và quy luật chuyển động. Trong xe chuyên dụng phải có bộ truyền động bởi vì tốc độ cần thiết của các bộ phận công tác nói chung là khác tốc độ hợp lý của các động cơ tiêu chuẩn (thường thấp hơn tốc độ động cơ, nếu chế tạo động cơ có tốc độ thấp, mô men xoắn lớn thì kích thước lớn và giá rất đắt); đôi khi cần truyền chuyển động từ một động cơ đến nhiều cơ cấu làm việc với các tốc độ khác nhau; động cơ thực hiện chuyển động quay đều nhưng bộ phận công tác cần chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động với tốc độ thay đổi theo một quy luật nào đó và vì điều kiện sử dụng, an toàn lao động hoặc vì kích thước của máy. Các thông số đặc trưng của bộ truyền: Một bộ truyền chung thường có các thông số đặc trưng như: + Công suất trục dẫn N1 và trục bị dẫn N2, KW. (Công suất là công thực hiện được trên một đơn vị thời gian). + Hiệu suất: η = N 2/ N1 ( hiệu suất được xác định bằng tỉ số giữa công suất ở trục đầu ra với công suất ở trục đầu vào của bộ truyền, đây chính là công có ích trên công toàn phần, nó nói lên mức độ hao tổn năng lượng trong bộ truyền). + Tỉ số truyền: i =n1/n2 Đây là thông số đặc trưng nhất của bộ truyền nói chung và bộ truyền cơ khí nói riêng. Tỉ số truyền được xác định bằng tỉ số giữa tốc độ (số vòng quay) ở trục đầu vào với tốc độ (số vòng quay) ở trục đầu ra. Thông số này nói lên khả năng giảm tốc hoặc tăng tốc của bộ truyền. Trong xe chuyên dụng thường cần phải giảm tốc độ quay so với tốc độ quay của động cơ nên bộ truyền đóng vai trò của một bộ giảm tốc. + Mô men xoắn trên trục dẫn. Khi đã biết được công suất trên trục vào và số vòng quay của trục đó thì mô men xoắn trên trục được xác định theo công thức: M1= 9550 N/n (N.m) (1.1) trong đó: N- công suất trên trục vào, KW; n- số vòng quay trên trục, v/phút. + Mô men xoắn trên trục bị dẫn. Mô men xoắn trên trục bị dẫn (trục ra) có thể xác định tương tự như công thức trên hoặc có thể xác định theo mô men trên trục đầu 2 ra theo công thức sau: M2= M1. i.η 9550 N./n (N.m) Từ công thức này nhận thấy khi công suất không đổi, mà muốn có mô men xoắn lớn (ví dụ khi cần khắc phục lực cản lớn) thì tốc độ quay phải nhỏ (ví dụ khi xe lên dốc lực cản lớn thì phải về số bé để có mô men xoắn lớn). 1.1.2. Các dạng truyền động trên xe chuyên dùng Truyền động trên xe chuyên dụng có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau và kết cấu cũng rất đa dạng. Theo phương pháp truyền năng lượng, truyền động được chia thành: - Truyền động cơ khí. - Truyền động điện - Truyền động thuỷ lực. - Truyền động khí ép. - Truyền động hỗn hợp 1.2. Truyền động điện trên xe chuyên dùng Hệ thống truyền động điện (gọi tắt là truyền động điện) là hệ thống các thiết bị được dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng phục vụ các cơ cấu và thiết bị công tác đồng thời dùng để điều khiển các cơ cấu đó. Truyền động điện có ưu điểm nổi bật đó là truyền động được rất xa nhưng kích thước vẫn nhỏ gọn, có khả năng tự động hoá cao, truyền động nhanh, chính xác, đảm bảo vệ sinh môi trường tốt, hoạt động tương đối êm dịu, không gây tiếng ồn, chăm sóc kỹ thuật dễ dàng. Bên cạnh các ưu điểm trên, truyền động điện cũng có một số nhược điểm đó là luôn đòi hỏi chặt chẽ các biện pháp và thiết bị bảo vệ an toàn cho người và thiết bị. Yêu cầu người sử dụng phải có trình độ cao, phải phối hợp với các hệ truyền động khác như các bộ truyền cơ khí, công suất truyền động thường không quá 100 kW, khi công suất lớn các động cơ thường hiếm và giá thành cao. Truyền động điện rất đa dạng song có thể phân chia thành các dạng theo những nguyên tắc sau: - Căn cứ theo dòng điện phân thành truyền động điện dòng xoay chiều với tần số công nghiệp và tần số cao, truyền động điện dòng một chiều và truyền động điện dòng xoay chiều- một chiều. - Theo số lượng động cơ dẫn động phân thành truyền động điện một động cơ đơn chiếc, truyền động điện một động cơ theo nhóm (một động cơ điện dẫn động cho nhiều cơ cấu máy), truyền động điện nhiều động cơ (nhiều động cơ điện dẫn động cho một cơ cấu). - Theo cấu tạo của động cơ điện phân thành truyền động điện dòng một chiều (kích thích song song, kích thích nối tiếp, kích thích hỗn hợp), truyền động điện dòng 3 xoay chiều (loại một pha, loại ba pha, loại đồng bộ, loại không đồng bộ rôto lồng sóc, loại không đồng bộ rôto dây cuốn). Truyền động điện thường bao gồm động cơ điện, bộ phận truyền động trung gian (ví dụ hộp giảm tốc), dây dẫn và các thiết bị điều khiển (Đôi khi có cả những bộ phận đặc biệt như bộ nắn điện, bộ biến đổi tần số.v.v). 1.3. Truyền động thủy lực trên xe chuyên dùng Truyền động thuỷ lực là một tiến bộ khoa học kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong khoảng 30 năm trở lại đây trong nhiều ngành chế tạo máy. Việc áp dụng truyền động thuỷ lực đã góp phần nâng cao khả năng tự động hoá cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các máy xây dựng. Truyền động thuỷ lực được phân thành hai loại, đó là truyền động thuỷ tĩnh và truyền động thuỷ động. Truyền động thuỷ lực có rất nhiều ưu điểm như: - Có khả năng truyền được lực lớn và đi xa; - Trọng lượng và kích thước nhỏ so với các bộ truyền khác; - Có khả năng tạo ra bộ truyền với tỉ số truyền lớn (tới 2000 và thậm chí lớn hơn); - Quán tính của truyền động nhỏ; - Truyền động êm dịu không gây ra tiếng ồn; - Điều khiển dễ, nhẹ nhàng không phụ thuộc vào công suất truyền động; - Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ bộ công tác; - Có khả năng tự bôi trơn nên tuổi thọ của các chi tiết cao; có khả năng tự bảo vệ được máy khi bị quá tải; có khả năng bố trí được bộ truyền theo ý muốn và tạo dáng tổng thể đẹp; dễ dàng biến đổi dạng chuyển động từ chuyển động quay sang chuyển độnga tịnh tiến và ngược lại; cho phép sử dụng các cụm máy tiêu chuẩn hoá và thống nhất hoá tiện lợi cho việc sửa chữa thay thế cụm; giảm thời gian và giá thành sửa chữa. Bên cạnh những ưu điểm, truyền động thuỷ lực cũng có một số nhược điểm như: - Khó làm kín các bộ phận làm việc; - Chất lỏng công tác dễ bị rò rỉ; - Khí bên ngoài dễ lọt vào làm giảm hiệu suất, làm giảm tính làm việc ổn định của hệ thống; - Áp lực dầu khá cao. Do đó, đòi hỏi bộ truyền động phải được làm từ các vật liệu đặc biệt và công nghệ chế tạo phải rất chính xác nên giá thành cao. Truyền động thuỷ tĩnh là dạng truyền động mà năng lượng truyền động được thể hiện ở dầu có áp suất cao và chuyển động với vận tốc nhỏ. 4 Chương 2: Hệ thống truyền động thủy lực trên xe chuyên dụng 2.1. Đặc điểm hệ thống truyền động thủy lực Truyền động thủy lực có tác dụng truyền chuyển động hay công suất từ động cơ đến các bộ phận làm việc của máy hoặc từ trục này đến trục khác, nhờ chất lỏng hay động năng của chất lỏng. * Ưu điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực: + Cấu tạo hệ thống gọn nhẹ, bố trí được theo ý muốn + Khai thác năng suất cao, độ tin cậy cao + Truyền lực lớn và đi xa, tỷ số truyền lớn, quán tính nhỏ, dễ dàng thay đổi được hình thức chuyển động, điều chỉnh vô cấp tốc độ cơ cấu, tự bảo vệ máy khi quá tải, tự bôi trơn, truyền động êm không ồn. * Nhược điểm của hệ thống: + Khó làm kín khít các bộ phận công tác vì chất lỏng có khả năng bị dò rỉ, làm không khí bị lọt vào, dẫn đến hiệu suất làm việc có thể bị giảm, vì vậy phải thường xuyên chăm sóc. + Áp suất làm việc cao, đòi hỏi bộ truyền phải được chế tạo từ các vật liệu đặc biệt với độ chính xác cao. + Giá thành đắt. Phân loại: Theo nguyên lý làm việc, truyền động thuỷ lực được chia làm hai loại: Truyền động thuỷ lực thuỷ tĩnh: Chất lỏng có áp suất cao và vận tốc nhỏ. Truyền động thuỷ động: Chất lỏng có áp suất thấp và vận tốc cao. 2.2. Các phần tử của hệ thống truyền động thủy lực 2.2.1. Bơm và động cơ thủy lực 5 6 Cụm bơm kép trên máy xúc PC Hình ảnh thực tế 7 1. Shaft (Front) 2. Cradle 3. Case (Front) 4. Rocker cam 5. Shoe 6. Piston 7. Cylinder block 8. Valve plate 9. End cap 10. Shaft (Rear) 11. Case (Rear) 12. Servo piston. 8 Function • The rotation and torque transmitted to the pump shaft are converted into hydraulic energy, and pressurized oil is discharged according to the load. • It is possible to change the discharge amount by changing the swash plate angle. Structure • Cylinder block (7) is supported to shaft (1) by a spline, and shaft (1) is supported by the front and rear bearings. • The tip of piston (6) is a concave ball, and shoe (5) is caulked to it to form one unit. Piston (6) and shoe (5) form a spherical bearing. Rocker cam (4) has flat surface A, and shoe (5) is always pressed against this surface while sliding in a circular movement. Rocker cam (4) brings high pressure oil at cylinder surface Bwith cradle (2), which is secured to the case, and forms a static pressure bearing when it slides. • Piston (6) carries out relative movement in the axial direction inside each cylinder chamber of cylinder block (7). • The cylinder block seals the pressure oil to valve plate (8) and carries out relative rotation. This surface is designed so that the oil pressure balance is maintained at a suitable level. The oil inside each cylinder chamber of cylinder block (7) is sucked in and discharged through valve plate (8). Các hình ảnh bơm thủy lực: Bơm bánh răng Hình 2.1 Bơm bánh răng 9 Bơm piston hướng trục- thẳng Hình 2.2 Bơm piston hướng trục- thẳng Mô tơ piston hướng trục – nghiêng Hình 2.3 Mô tơ piston hướng trục – nghiêng 10 Hình ảnh cụm bơm máy đào Komatsu Hình 2.4 Cụm bơm kép trên máy đào thủy lực của KOMASTU 11 2.2.2. Van điều khiển Kí hiệu cơ cấu điều khiển van con trượt 12 Các hình ảnh van thủy lực Hình 2.5 Cấu tạo van điều khiển 2/4 Hình 2.6 Cấu tạo van điều khiển 3/4 13 Hình 2.7 Cấu tạo van điều khiển 2/5 Van thủy lực điều khiển điện-từ Hình 2.8 Cấu tạo van điều khiển bằng điện từ 14 Hình 2.9 Hình ảnh một số van điều khiển Van điều khiển bằng tay Hình 2.10 Hình ảnh một số van điều khiển bằng tay 15 Cụm van điều khiển chính trên máy đào PC Hình 2.11 Hình ảnh van điều khiển trên máy đào PC Van điều khiển trên máy đào PW 16 Hình 2.10 Cụm van điều khiển trên máy đào PW 2.2.3. Van điều khiển áp suất – Van an toàn 17 18 2.2.4. Cơ cấu điều khiển lưu lượng và van một chiều 2.2.5. Kí hiệu các phần tử khác 19 Hình ảnh xi lanh thủy lực 20 Xi lanh lồng – nhiều lớp 21 Bình tích năng Thùng chứa dầu trên máy đào bánh xích komat’su 1. Oil filler cap; 2. Bypass valve; 3. Strainer; 4. Filter element; 5. Sight gauge; 6. Hydraulic tank. 22 2.3. Các thông số của hệ thống truyền động thủy lực và quan hệ các thông số - Áp suất thủy lực P (Pa), bar Áp suất tác dụng lên piston, P=F/A - Lưu lượng Q (l/ph) - Công suất bơm: Nb=P.Qb - D: đường kinh xi lanh - d: đường kính cán piston - nb: Số vòng quay của bơm thủy lực - nd: Số vòng quay của mô tô thủy lực - qb,qd: Lưu lượng riêng của bơm, mô tơ thủy lực - Q=A/v - Các thông số lí thuyết (chưa kể đến tổn hao công suất do mát sát hoặc do rò rỉ dầu) của hệ thống truyền động thuỷ tĩnh có chuyển động quay được xác định như sau: + Lưu lượng bơm QB=qB.nB (l/ph) Trong đó : qB – lưu lượng riêng của bơm (l/vg) nB - Số vòng quay của bơm trong một đơn vị thời gian (vg/ph). + Lưu lượng tiêu thụ của động cơ thuỷ lực QD=qD.nD (l/ph) Trong đó : qD -lưu lượng riêng của động cơ (l/vg) nD - Số vòng quay của động cơ thuỷ lực trong một đơn vị thời gian (vg/ph). Quan hệ giữa số vòng quay của bơm thuỷ lực và động cơ thuỷ lực thông qua biểu thức: nD=nB.qB /qD + Công suất của bơm: NB=P.QB P: áp suất công tác của dầu + Công suất tiêu thụ của động cơ thuỷ lực : ND=P.QD=P.nD.qD + Mô men quay do rôto của động cơ thuỷ lực tạo ra: MD=ND/(2.nD) = P.qD/(2.) 2.4. Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản trên xe chuyên dụng 2.4.1. Hệ thống thủy lực cơ cấu di chuyển 2.4.1.1. Phương án di chuyển dùng truyền động thủy lực - ly hợp Trong bộ truyền động đơn (hình 3.14 a) cơ cấu di chuyển chỉ được trang bị một bộ truyền lực duy nhất. Từ mô tơ thuỷ lực 6 thông qua ly hợp nguồn động lực sẽ được truyền qua bộ chuyển hướng sô 7 để tới các bánh sao chủ động làm dịch chuyển dải 23 xích. Trong trường hợp muốn lái lượn vòng chỉ cần mở ly hợp bên 8 hoặc 9. Loại thiết bị di chuyển thuỷ lực này thường thích hợp với các máy làm đất cỡ nhỏ. Trong loại truyền động kép (hình 3.14 b) thiết bị di chuyển được trang bị hai bộ truyền động thuỷ lực đồng thời với từng bơm thuỷ lực riêng rẽ. ở loại này máy lượn vòng bằng hai cách, cách thứ nhất dùng như loại truyền động đơn, cách thứ hai thay đổi số vòng quay của hai bánh sao chủ động bằnh cách điều khiển tốc độ vòng quay của cặp môtơ thuỷ lực số 6. Hình 3.14. Sơ đồ truyền động thuỷ lực cho cơ cấu di chuyển bánh xích: a) kiểu đơn;b) kiểu kép. 1: Dải xích; 3:Động cơ điêzel; 4,7,9:Ly hợp; 5: Bơm thuỷ lực; 6:Mô tơ thuỷ lực 2.4.1.2. Hệ thống truyền động thủy lực trên xe bánh xích a - Sơ đồ tổng thể Sơ đồ bố trí hệ thống di chuyển máy đào bánh xích: 1- Bánh dẫn hướng , 2-Cụm nối xoay, 3-Cụm van chính, 4-Hộp cơ cấu hành tinh, 5-Mô tơ thủy lực, 6- Cụm bơm thủy lực, 7-Động cơ diêsel, 8-Van điều khiển tốc độ di chuyển, 9-van điều khiển toa quay, 10- cụm mô tơ toa quay 24 OPERATION OF MOTOR (hoạt động của mô tơ di chuyển) 1) At low speed (motor swash plate angle at maximum) Hoạt động của mô tơ khi di chuyển ở vận tốc thấp: 3 - Đĩa nghiêng, 5-Xy lanh, 7 – nắp phía cuối, 8-van hồi chậm, 21- van điều chỉnh, 22 – lò xo, 13 – Piston điều chỉnh. Cuộn hút van hoạt động ở chế độ ngừng dòng chảy, vì vậy dòng dầu từ bơm sẽ không tới cửa P, đây là lý do van 21 dịch chuyển sang phải bởi lực đẩy của lò xo 22, vì lý do này dầu thủy lực từ van chính không qua được van 21 để đến khoang đẩy của piston 13 , piston 13 không hoạt động, khi đó đĩa nghiêng nằm ở góc nghiêng lớn, lưu lượng chảy qua mô tơ lớn (Qm), vì thế tốc độ mô tơ di chuyển chậm (nm=Qb.nb/Qm) 2) At high speed (motor swash plate angle at minimum ) Hoạt động của mô tơ khi di chuyển ở vận tốc cao: 25 Khi van điề khiển hoạt động ở chế độ thông dòng, dầu thủy lực từ bơm qua van, đến cụm van 21, áp lực dầu thắng lực đẩy của lò xo và đẩy piston 21 dịch chuyển sang trái, dẫn đến dầu thủy lực từ van di chuyển qua của d đến xi lanh 13, áp lực dầu làm dịch chuyển piston 13 sang phải, làm xoay đĩa nghiêng, dẫn đến góc nghiêng của đĩa nghiêng nhỏ, lưu lượng qua mô tơ nhỏ, dẫn đến tốc độ mô tơ tăng. OPERATION OF PARKING BRAKE Hoạt động của cơ cấu phanh trên mô tơ 1) When starting to travel (khi di chuyển) 17- Lưỡng van, 8-Van hồi chậm, 9- lò xo, 10 piston ép, 11 tấm ma sát, 12- đĩa ép, Khi cho mô tơ di chuyển hoạt động, thì đồng thời dầu thủy lực áp cao sẽ chảy qua lưỡng van 17, dầu thủy lực áp lực sẽ qua van hồi 8, vào cửa a, dầu áp cao làm dịch chuyển piston 10 sang đẫn đến mở các đĩa phanh đĩa ép 12 khỏi tấm ma sát 11. 26 2) When stopping travel (khi dừng di chuyển) Khi mô tơ di chuyển không làm việc, lưỡng van 17 ở vị trí trung gian, dầu áp cao không qua được van 17, van 8 nằm ở vị trí trên, dầu thủy lực từ khoang xi lanh chảy qua cửa a chảy về thùng dầu qua van 8, Để tránh trường hợp khi dừng đột ngột khi mô tơ hoạt động, van 8 được thiết kế dạng van hồi từ từ, dẫn đến áp lực dầu khoang xi lanh giảm từ từ, tránh đột ngột gây xung lực hệ thống. 2.4.1.3. Hệ thống thủy lực trên xe lu a - Sơ đồ tổng thể Cấu tạo gồm: B1-Bơm di chuyển, B2-Bơm phụ, C,F,H-Van an toàn, D-Van 1 chiều, V1-Van điều khiển 2/2, V2-Van 4/3, V3-Van 3/2, M-Mô tơ di chuyển, Ph- Xi lanh phanh, T – Thùng chứa dầu. b- Nguyên lý làm việc: - Động cơ diesele E hoạt động, bơm B1, B2 hoạt động, V2 có nhiệm vụ điều khiển để thay đổi lưu lượng bơm B1, V3 có nhiệm vụ làm đóng mở phanh Ph trên trục của motor di chuyển. - Khi mô tơ B1 hoạt động, cùng với mạch R, L và mô tơ thủy lực M tạo nên 27 vòng khép kín, dòng dầu thủy lực sẽ chuyển động theo vòng khép kín tùy theo chiều hoạt động của bơm B1 dẫn đến chiều quay của mô tơ M. - Khi hoạt động đồng thời dầu thủy lực được làm mát nhờ bơm thủy lực B2, dầu từ thùng chứa T qua bơm B2, chảy qua D1 hoặc D2 (tùy theo mạch dầu R hay L có áp thấp ), để hòa vào hệ thống, nếu mạch R là áp cao van G làm việc ở chế độ a, dầu thủy lực từ mạch L sẽ chảy qua G về thùng chứa và dầu được làm mát. - Khi V1 để ở chế độ b hệ thống di chuyển sẽ ở chế động mạch kín R-M-L-V1, xe có thể hoạt động ở chế độ trôi tự do mà bơm B1, để Q=O. - Van V3 có 2 chế độ a phanh Ph, chế độ b mở phanh PH (khi bơm B2 hoạt động). 2.4.2. Hệ thống thủy lực cơ cấu quay toa Hệ thống thủy lực trên xe trộn bê tông – mix truck Sơ đồ hệ thống thủy lực trên xe vận chuyển bê tông Sơ đồ hệ thống thủy lực trên xe vận chuyển bê tông 28 2.4.3. Hệ thống thủy lực cơ cấu nâng hạ 1- Hệ thống nâng hạ trên xe Heavy Machine (sử dụng van 6/4) Hệ thống thủy lực có 4 chế độ: Nâng, hạ, chế độ giữ, chế độ tự do. Cấu tạo hệ thống bao gồm: 1- Thùng chứa dầu, 2-Bơm chính, 3-Bơm điều khiển, 4-cụm bầu lọc và van tràn, 5 – van an toàn, 6- Van shut up, 7 – van 2/2, 8- cần điều khiển, 9-van an toàn, 10-van 6/4, 11-Xi lanh thủy lực, 12-Bầu lọc dầu.. 29 1. Hoist valve HOLD Position Hoạt động ở chế độ giữ (Hold): Oil from the demand valve flows into chamber C. Since the hoist spool (2) blocks the path to the hoist cylinder, oil flows through chamber D to the tank. Since both the bottom side port and the head side port of the hoist cylinder are blocked, the hoist cylinder is locked where it is. 30 2. Hoist valve at LIFT Position • When the hoist lever in the cab is set to the LIFT position, the solenoid valve moves the hoist spool (2) to the left. • Therefore, oil from chamber C opens the check valve (11) and flows into chamber A. 31 • Oil flows out of chamber A, flows in the bottom side of the hoist cylinder, extends the hoist cylinder and lifts the body. • On the other hand, the return oil from the head side flows out of chamber B, flows into chamber D and to the tank circuit. 3. Hoist valve at FLOAT Position • When the hoist lever in the cab is set to the FLOAT Position, the solenoid valve moves the hoist spool (2) to the right. Then, chambers C,D, B, Hand Dare all connected. • Oil from the demand valve flows from chamber C through chamber Bto the host cylinder and from chamber Cthrough chamber Dto the oil cooler circuit. • Since the bottom side and the head side of the hoist cylinder are connected through the hoist valve, the hoist cylinder is in a free state. 32 4. Hoist valve at LOWER Position • When the hoist lever in the cab is set from the FLOAT Position to the LOWERposition, the solenoid valve pushes the hoist spool (2) to the right further from the FLOATPosition. Therefore, oil from chamber Cpushes to open the check valve (11) and flows into chamber B. • Then, oil flows into the head side of the hoist cylinder through chamber B, retracts the hoist cylinder and lowers the body. • On the other hand, the return oil from the head side of the hoist cylinder flows out of chamber A and flows into chamber H. • At the time of lowering, the output pressure of the solenoid valve rises over the cracking pressure of the pilot check valve, and therefore, the return oil from chamber Hreturns through chamber D to the tank. 33 2- Hệ thống nâng sử dụng van 4/3: Sơ đồ hệ thống nâng sử dụng van 4/3 2.4.4. Hệ thống thủy lực hệ thống phanh 2.4.4.1. Hệ thống phanh xe Dump truck – Komat su 34 2.4.4.1. Hệ thống phanh trên xe xúc lật 1-HYDRAULIC CIRCUIT Sơ đồ hệ thống thủy lực 2 Fan & brake pump; 15 Cut-off valve; 16 Accumulator; 17 Accumulator; 18 Pressure sensor; 19 Brake valve; 20 Pressure switch; 21 Hydraulic tank; 22 Air breather; 23 Return filter; 24 Bypass valve; 25 Strainer; 26 Oil cooler; 27 Pressure filter; 39 Axle; 40 Parking brake at T/M. 2-SERVICE BRAKE RELEASED: When the pedal of brake valve (19) is released, the operating force is eliminated by the force of the spring, and the spool is returned. When the spool removes up, the drain port is opened and the hydraulic oil in the piston of axles return to the tank (21). Therefore, the service brake is kept released. 35 3-SERVICE BRAKE OPERATED When the pedal of brake valve (19) is depressed, the operating force overcomes the force of the spring, and is transmitted to the spool. When the spool moves down, the inlet port is opened, and at the same time the hydraulic oil controlled the pressure level by the cut-off valve (15) enters the piston in the front and rear axles. Therefore, the service brake is applied. 36 4.PARKING BRAKE RELEASED When the parking brake switch is pressed A position, the solenoid valve is energized 37 and the hydraulic oil controlled the pressure level by the cut-off valve enters the parking brake. It overcomes the force of the spring and pushes the piston rod. This releases the brake. Therefore, the hydraulic oil pressure is applied to the parking brake piston through the solenoid valve and the parking brake is kept released. 5-PARKING BRAKE OPERATED When the parking brake switch is pressed B position, the solenoid valve is deenergized and the valve open the drain port. At the same time, the hydraulic oil in the parking brake return to the tank through the solenoid valve. When the piston rod is returned by the force of the spring, the parking brake is applied. 38 6. BRAKE VALVE 2.4.5. Hệ thống thủy lực hệ thống lái 2.4.5.1. Hệ thống lái hai bánh phía trước 39 04 02 01 M 0705 06 03 08 Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống lái 2 bánh trước trên xe công trình khung cứng 01-Thùng chứa dầu thủy lực; 02-Bơm thủy lực; 03- van xoắn; 04,06-xi lanh thủy lực;05,07-bánh dẫn hướng;08-vô lăng. Hình 2.12 giới thiệu sơ đồ hệ thống lái của máy xúc bánh lốp điều khiển bằng thủy lực gồm có các bộ phận chính sau đây: trục lái 1, bơm 5 (thường là bơm bánh răng), van áp lực 6, bơm phân lượng 2, van trượt điều khiển 3, xylanh thuỷ lực - dẫn hướng bánh xe 4, hệ thống đòn, thanh kéo và các ống dẫn. Hệ thống lái làm việc như sau: khi máy xúc chuyển động thẳng thì píttông của van trượt điều khiển ở vào vị trí trung gian, dòng chảy của dầu từ bơm qua van trượt điều khiển về bình chứa, các khoang xylanh của bộ phận dẫn hướng bánh xe được đóng lại và bơm phân lượng cũng được đóng lại. Khi cần thiết phải quay lái tức là khi quay vô lăng lái, thì trục vô lăng lái nối với trục dẫn động của bơm phân lượng bằng khớp nối bản lề kép, lúc này trong đường đẩy của bơm và trong bình chứa xuất hiện sự chênh lệch áp lực (mức áp lực ở trong mỗi ống dẫn thuỷ lực được xác định bằng chiều quay của vô lăng lái). Do vậy mà píttông của van trượt được điều khiển dịch chuyển về phía tương ứng. Lúc này rãnh của van trượt nối đường dầu có áp của bơm với khoang chứa của bơm phân lượng, còn khoang của bơm phân lượng thì nối với một trong các khoang của xylanh thuỷ lực, một khoang khác của xylanh thuỷ lực của bộ phận dẫn hướng bánh xe thì nối với đường xă về thùng. Quá trình trên sẽ tiếp tục cho đến khi ngừng quay vô lăng lái. Lúc này sự chênh lệch áp lực không còn nữa, dưới tác dụng của lò xo píttông dịch chuyển về vị trí trung gian và quá trình trên lại được tiếp tục. Khi quay vô lăng lái theo chiều ngược lại cũng diễn ra quá trình tương tự. 40 Hình 2.12. Sơ đồ thuỷ lực của hệ thống lái máy xúc bánh lốp 1- Trục lái; 2- Bơm phân lượng; 3- Van trượt điều khiển; 4- Xylanh thuỷ lực dẫn hướng bánh xe; 5- Bơm bánh răng; 6- Van thuỷ lực áp lực. Như vậy, công dụng của bơm là làm tăng tín hiệu đi vào, nói cách khác là lực tác dụng lên vô lăng lái được xác định bằng giá trị chênh lệch áp lực cần thiết để làm dịch chuyển píttông của van trượt điều khiển. Hệ thống lái cho phép điều khiển máy xúc ngay cả khi bơm không làm việc, chẳng hạn khi dùng máy xúc để kéo hoặc khi bị hỏng bơm. Trong những trường hợp đó, bơm phân lượng làm việc như một bơm dẫn động bằng tay. Đồng thời lực tác dụng lên vô lăng lái rất nhanh và áp lực lớn nhất trong hệ thống thì được điều chỉnh bằng van áp lực thuỷ lực. áp lực tối đa là 3,5 MPa. 41 Hệ thống lái trên xe Heavy Machine Operation (1.When steering is at neutral) When steering valve is at neutral • The oil from the pump passes through the demand valve and enters port A of the steering valve. When this happens, the steering is at neutral, so valve spool (3) does not move. As a result, all ports to the steering cylinders are closed, and no oil flows to the cylinders. Ports H and J, and port Iare open, so the oil from the pump all flows to the hoist control valve. 2. Steering to right (When steering wheel is turned to the right) • When the machine is steered to the right (when the steering wheel is turned to the right), valve spool (3) moves down. When this happens, the oil from the pump flows from port Athrough port Band enters the metering positions (6, 12). Here the flow of oil to the steering cylinders is measured, and it then passes through the steering valve. From here it flows from hole a of valve spool (3) through port G and goes to the steering cylinders. As a result, the two steering cylinders are actuated, and the wheels turn to the right. 42 • The return oil from the steering cylinder flows from port Cthrough port Dand port E, and return to the tank. • The oil remaining in the steering circuit enters port Ifrom port Jand flows to the hoist control valve. Operation 3. Steering to left (When the steering wheel is turned to the left.) • When the machine is steered to the left (when the steering wheel is turned to the left), valve spool (3) moves up. When this happens, the oil from the pump flows from port H through hole a, passes through the steering valve and enters the metering portions. Here the flow of oil to the steering cylinder is measured, and it then flows from port B to port C and flows to the steering cylinder. As a result, the two steering cylinders are actuated, and the wheels turned to the left. • The return oil from the steering cylinder flows from port G through port Fand port E, and return to the tank. • The oil remaining in the steering circuit enters port Ifrom port Hand flows to the hoist control valve. 43 2.4.5.2. Hệ thống lái hỗn hợp Description • Two Wheel Steering: Energize Solenoid S1 • Four Wheel Steering: Energize Solenoid S2 + S3 • Crab Steering: Energize Solenoid S2 + S4 Các trường hợp hoạt động: - Đóng van S1, hệ thống lái hoạt động bằng lái hai bánh phía trước: Khi quay vông lăng dầu thủy thực đi theo đường từ P đến R (hoặc L nếu quay vô lăng theo chiều ngược lại) đến cổng F, sang E vào các khoanh xi lanh cầu trước (khoang xi lanh đẩy bên trái, khoang xi lanh kéo bên phải) làm bánh xe quay thuận chiều kim đồng hồ, xe rẽ phải. - Đóng van S2+S3, hệ thống lái bốn bánh lái ngược chiều: Khi quay vông lăng dầu thủy thực đi theo đường từ P-> R->F->A làm đẩy xi lanh làm các bánh xe phía sau 44 quay ngược chiều kim đồng hồ, dầu từ B - >E đến xi lanh bánh trước làm bánh xe quay thuận chiều kim đồng hồ (bánh xe trước và sau quay ngược chiều nhau). - Đóng van S2+S4, hệ thống lái bốn bánh lái cùng chiều: Khi quay vông lăng dầu thủy thực đi theo đường từ P-> R->F->B làm đẩy xi lanh làm các bánh xe phía sau quay theo chiều kim đồng hồ, dầu từ A - > E đến xi lanh bánh trước làm bánh xe phía trước quay thuận chiều kim đồng hồ. Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống lái hai bánh phía trước và lái bốn bánh kết hợp 2.4.5.3. Hệ thống lái xe xúc lật: 1-Hệ thống lái trên xe xúc lật The steering system of this machine consists of a fixed-displacement pump supplying a load sensing steering system and an open center loader system. The components of the steering system are : - Steering pump(2nd pump) - Steering unit - Priority valve - Steering cylinders The steering pump, the second pump of main pump, draws hydraulic oil from the hydraulic tank. Outlet flow from the pump flows to the priority valve. The priority valve preferentially supplies flow, on demand, to the steering unit. When the machine is steered, the steering unit routes flow to the steering cylinders to articulate the machine. 45 When the machine is not being steered, or if pump flow is greater than steering flow, the priority valve supplies flow to the loader system. That is, output flow from the steering pump enters into the first pump of main pump for the operation of the attachment. Sơ đồ cấu tạo hệ thống thủy lực hệ thống lái gồm: 1 Main pump; 4 Priority valve; 5 Steering unit; 7 Steering cylinder; 14 Pressure switch(Option); 18 Air breather; 19 Hydraulic tank; 20 Return filter; 21 By pass valve; 22 Emergency pump(Option); 23 Check valve(Option); 24 Check valve(Option); 25 Pressure switch(Option). 46 NEUTRAL – Trường hợp hoạt động trung gian: - The steering wheel is not being operated so control spool(G) does not move. - The oil from the steering pump(B) enters port P of the priority valve and the inlet pressure oil moves the spool(D) to the right. - Oil flow into LS port to the hydraulic tank (19) through orifice and return filter. - So, the pump flow is routed to the loader system (Main control valve) through the EF port. 47 LEFT TURN – Trường hợp rẽ trái - When the steering wheel(E) is turned to the left, the spool(G) within the steering unit(5) connected with steering column turns in left hand direction. - At this time, the oil discharged from the steering pump flows into the spool(G) of the steering unit(5) through the spool(D) of priority valve and flows into the gerotor(H). - Oil flow from the gerotor flows back into the spool(G) where it is directed out the left work port(L) to the respective chamber of the steering cylinders(7). 48 - Oil returned from left and right cylinder returns to hydraulic tank through the spool of the steering unit. - When the above operation is completed, the machine turns to the left. RIGHT TURN – Trường hợp rẽ phải - When the steering wheel(E) is turned to the right, the spool(G) within the steering unit(5) connected with steering column turns in right hand direction. - At this time, the oil discharged from the steering pump flows into the spool(G) of the steering unit(5) through the spool(D) of priority valve and flows into the gerotor(H). 49 - Oil flow from the gerotor flows back into the spool(G) where it is directed out the right workport to the respective chamber of the steering cylinders(7). - Oil returned from left and right cylinder returns to hydraulic tank through the spool of the steering unit. - When the above operation is completed, the machine turns to the right. OPERATION OF STEERING UNIT The steering unit consists of a spool(I) inside a sleeve(H) within a housing. When steering wheel is not moving, the valve is in the neutral (A) position. In neutral, the spool and sleeve are aligned so that oil flow through the valve is blocked. The steering cylinder (B) are held stationary by trapped oil in the left and right workports. When the steering unit is turned to the right, the spool rotates relative to the sleeve, and opens passages which allow pump flow through the spool and sleeve assembly. Oil flows to the gerotor (E) causing the gerotor gear to rotate. Oil flow from the gerotor flows back into the valve where it is directed out the right workport to the respective ends of the steering cylinders. A bypass orifice is machined into the spool and sleeve assembly. It is a variable orifice that introduces a small leak into the pressure side of the steering unit. Its purpose is to dampen the initial pressure surge when the steering wheel is partially turned. When the steering wheel is fully turned, the leak is closed off. Return oil flows back in through the left workport through the spool and sleeve assembly to return. The load sensing orifice is located between the sleeve and the gerotor. This orifice feeds the load sensing circuit between the steering unit and the priority valve through the LS port. When the rotation of the steering wheel stops, the gerotor gear continues to move, turning the sleeve, until the sleeve stops the flow to the gerotor. At this point, the valve is back in the neutral position and will remain there until the steering wheel is moved again. The valve has a variable steering which is proportional to the speed the steering wheel is rotated. A variable orifice bypasses oil around the gerotor. Turning the steering wheel slowly takes approximately seven turn(Variable orifice small) lock to lock versus four turns(Variable orifice large) when turning the steering wheel quickly. 50 2. Hệ thống lái trên xe xúc lật đa năng: A.HYDRAULIC CIRCUIT 1 Main pump; 4 Steering unit; 17 Return check valve; 18 By-pass check valve; 19 Air breather; 31 Oil cooler;32 Suction strainer;33 Return filter ;38 Hydraulic tank. 51 B-NEUTRAL The steering wheel is not being operated so control spool (G) does not move. The oil from the main pump (1) enters port P of steering unit (4) and the inlet pressure oil moves the priority valve spool (D). Almost all of pump flow goes to the main control valve through the EF port and partly flows into the hydraulic tank (38) through the spool (G). 52 C - LEFT TURN When the steering wheel is turned to the left, the spool (G) within the steering unit (4) connected with steering column turns in left hand direction. At this time, the oil discharged from the main pump (1) flows into the spool (G) of the steering unit through the spool (D) of priority valve built in main pump (1) and flows the gerotor (H). Oil flow from the gerotor (H) flows back into the spool (G) where it is directed out the left work port (L). Oil returned from cylinder returns to hydraulic tank (38). When the above operation is completed, the machine turns to the left. 53 D-RIGHT TURN  When the steering wheel is turned to the right, the spool (G) within the steering unit (4) connected with steering column turns in right hand direction.  At this time, the oil discharged from the main pump (1) flows into the spool (G) of the steering unit through the spool (D) of priority valve built in main pump (1) and flows the gerotor (H).  Oil flow from the gerotor (H) flows back into the spool (G) where it is directed out the right work port (R).  Oil returned from cylinder returns to hydraulic tank (38).  When the above operation is completed, the machine turns to the right. 54 Chương 3: Hệ thống truyền động điện trên xe chuyên dụng 3.1. Đặc điểm hệ thống truyền động điện - Khái niệm: Hệ thống truyền động điện thực chất là một hệ thống gồm các thiết bị dùng biến đổi điện năng thành cơ năng và các thiết bị để điều khiển các bộ phận công tác đó - Ưu điểm của truyền động điện là: + Truyền được xa và rất xa nhưng kích thước vẫn nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ; + Có khả năng tự động hoá cao, truyền động nhanh và chính xác; + Đảm bảo vệ sinh môi trường; + Hoạt động tương đối êm, không gây tiếng ồn lớn; + Chăm sóc kỹ thuật dễ dàng. - Nhược điểm: + Đòi hỏi chặt chẽ các biện pháp và thiết bị bảo vệ an toàn cho người và thiết bị; + Yêu cầu trình độ sử dụng cao; + Trong hầu hết các xe chuyên dụng, truyền động điện phải phối hợp với các hệ thống truyền động khác, ít khi làm việc độc lập. Mặt khác công suất truyền thường không quá 100KW. Với công suất lớn hơn, các động cơ thường rất hiếm và giá thành rất cao; Do đặc thù công việc, đa số các xe chuyên dụng được trang bị hệ thống truyền động điện phối hợp. - Phân loại hệ thống truyền động điện: Truyền động điện rất đa dạng số ta có thể phân ra thành các dạng theo nguyên tắc sau: + Căn cứ theo dòng điện phân thành truyền động điện dòng xoay chiều vớ i tần số công nghiệp và tần số cao, truyền động điện dòng một chiều và truyền động điện dòng xoay chiều-một chiều. + Theo số lượng động cơ dẫn động phân thành truyền động điện một động cơ đơn chiếc, truyền động điện một động cơ theo nhóm (một động cơ điện dẫn động cho nhiều cơ cấu máy), truyền động điện nhiều động cơ (nhiều động cơ điện dẫn động cho một cơ cấu). + Theo cấu tạo của động cơ điện phân thành truyền động điện dòng một chiều (kích thích song song, kích thích nối tiếp, kích thích hỗn hợp). Truyền động điện dòng xoay chiều (loại một pha, loại ba pha, loại đồng bộ, loại không đồng bộ rôto lồng sóc, loại không đồng bộ rôto dây quấn). - Phạm vi ứng dụng: Truyền động điện thường được dùng trên các máy xây dựng làm việc tĩnh tại 55 hoặc theo tuyến, thường được áp dụng ở các cơ cấu của máy trục – vận chuyển, máy xếp dỡ ở các nhà ga bến cảng, các cần trục, cổng trục, trạm trộn bê tông át phan, các máy sản xuất vật liệu xây dựng,... 3.2. Cấu tạo chung hệ thống truyền động điện. Mạch điện là tập hợp các thiết bị và linh kiện điện nối với nhau bằng các dây dẫn (phần tử dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua. Trong phạm vi truyền động điện trên máy, chúng ta lại xét sâu hơn về hai khái niệm: mạch động lực và mạch điều khiển, - Mạch động lực là sơ đồ điện trên đó biểu thị sự ghép nối các thiết bị động lực với nguồn điện thông qua hệ dây dẫn và các linh kiện phụ trợ, - Mạch điều khiển là sơ đồ điện biểu thị sự ghép nối giữa mạch điện động lực với các thiết bị và linh kiện. Nó có chức năng điều hành sự hoạt động hoặc điều chỉnh chế độ làm việc của các thiết bị động lực trong quá trình máy làm việc. Như vậy truyền động điện trên máy bao giờ cũng bao gồm mạch động lực và mạch điều khiển. 3.3. Các phần tử của hệ thống truyền động động điện 3.3.1. Rơ le điện từ Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định . Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực . + Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu) Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian. + Cơ cấu trung gian (khối trung gian) Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. + Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển . Kí hiệu rơ le: Kí hiệu rơ le battery trên máy của hãng KOMAT’SU 56 Kí hiệu rơ le 5 chân trên máy của hãng KOMAT’SU Kí hiệu rơ le 4 chân trên Xe nâng KOMAT’SU Kí hiệu rơ le của hãng Huyndai 3.3.2. Công tắc, cầu trì Công tắc là tên của một thiết bị (xét trong mạch điện), hoặc một linh kiện (xét trong một thiết bị điện, sử dụng với mục đích để đóng/bật - ngắt/mở/tắt dòng điện hoặc chuyển hướng trạng thái đóng-ngắt trong tổ hợp mạch điện có sử dụng chung một công tắc. Các kí hiệu công tắc trên xe máy công trình 57 Bảng trạng thái và kí hiệu công tắc Kí hiệu công tắc tròn - Kí hiệu công tắc áp suất Bảng công tắc trên xe xúc lật của hãng huyndai 58 Hộp cầu trì trên máy công trình xe xúc lật HL760-9 của hãng huyndai 3.3.3. Cảm biến và van tín hiệu - Cảm biến mức nhiên liệu - Kí hiệu cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ nước trên xe nâng Cảm biến nhiệt độ của hãng huyndai - Kí hiệu cảm biến áp suất Kí hiệu cảm biến áp suất dầu thủy lực trên máy đào Komat’su 59 Kí hiệu cảm biến áp suất dầu thủy lực trên máy đào Komat’su - Kí hiệu cảm biến tốc độ Kí hiệu cảm biến tốc độ trên máy xúc lật hãng Huyndai - Kí hiệu cảm biến quang 3.3.4. Các phụ tải Kí hiệu bóng đèn của hãng Komat’su Kí hiệu bóng đèn của hãng huyndai 60 Kí hiệu các cuộn hút Kí hiệu châm thuốc lá của hãng huyndai Kí hiệu bu gi sấy của hãng huyndai Kí hiệu loa của hãng huyndai Kí hiệu điện trở của hãng huyndai Cuộn hút điều khiển van Mô tơ bơm nước rửa kính 61 Mô tơ cần gạt kính Máy khởi động Quạt gió 3.3.5. Đầu nối - Kí hiệu đầu nối 3.4. Hệ thống truyền động điện trên xe chuyên dụng 3.4.1. Hệ thống chiếu sáng 62 Sơ đồ hệ thống chiếu sáng máy xúc lật HL760-9 63 Sơ đồ đèn pha Nguyên lý hoạt động 64 Sơ đồ mạch điện đèn làm việc Nguyên lý làm việc 65 Sơ đồ mạch hệ thống nạp điện Hoạt động của hệ thống 66 Sơ đồ đèn báo hiệu đỗ Nguyên lý hoạt động của hệ thống 67 3.4.2. Hệ thống điều khiển cơ cấu công tác xe chuyên dụng 3.4.2.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển toa quay Sơ đồ điều khiển khóa hoặc mở toa quay của máy đào bánh xích 68 69 OPERATION OF SWING LOCK PROLIX SWITCH Các chế độ làm việc của hệ thống điều khiển toa quay 3.4.2.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển di chuyển Hình: Cấu tạo chung bộ phận di chuyển máy bánh xích 70 Sơ đồ nguyên lý điều khiển di chuyển Cấu tạo chung của van điều khiển điện từ