Đề tài Cải tiến hệ thống xylanh thủy lực trong máy xúc lật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA:XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KỸ THUẬT TÊN ĐỀ TÀI: CẢI TIẾN HỆ THỐNG XYLANH THỦY LỰC TRONG MÁY XÚC LẬT Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PHẠM LÊ KHẢI MSSV: 0810700 NGUYỄN VĂN DƯƠNG MSSV: 08107025 TP_HỒ CHÍ MINH 011/2011 LỜI NÓI ĐẦU Máy xúc lật, là máy xây dựng thuộc loại thiết bị cơ giới, có công dụng chính để bốc xúc đất, đá và vật liệu rời, vận chuyển chúng trong gầu xúc của máy, để đổ lên thiết bị vận chuyển khác (ô tô tải) hay kho chứa với độ cao đổ nhất định cao hơn nền đất. Máy xúc lật hoàn toàn có thể dùng để đào đất đá từ mềm đến cứng vừa (đất cấp I, II), dạng rời hay liền thổ nhưng vị trí đào nằm ngang hoặc cao hơn vị trí máy đứng (cao hơn nền đất máy đứng). Máy xúc lật được sử dụng nhiều trong xây dựng, khai thác mỏ, vận tải (bốc xúc hàng hóa ở kho bãi),... Khả năng vận chuyển của máy được thực hiện nhờ cơ cấu tay máy và hệ thống xy lanh thủy lực. Tuy nhiên việc thiết kế xy lanh thủy lực như thế nào để đạt độ an toàn và năng suất cao nhất là một vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Chính vì lý do trên nhóm đã đưa ra ý tưởng cải tiến hệ thống xy lanh thủy lực. Đề tài “ Cải tiến hệ thống xy lanh thủy lực trong máy xúc lật ” do nhóm thực hiện áp dụng các bước của quá trình thiết kế được trình bày trong môn học Phương pháp thiết kế kỹ thuật để đưa ra một hệ thống xy lanh thủy lực đảm bảo an toàn và đạt năng suất cao hơn so với các sản phẩm trên thị trường. Chúng em chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tạn tình của thầy đã hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài này. PHÂN CHIA NHIỆM VỤ THIẾT KẾ I.1.Thành lập nhóm thiết kế: Dựa trên sản phẩm cần thực hiện, để phù hợp với việc thiết kế, chúng tôi thành lập nhóm. Các thành viên trong nhóm được tuyển chọn cẩn thận phù hợp với mục tiêu đề ra. Sau đây là thành phần của nhóm và đặc điểm tính cách của mỗi người: Nguyễn Văn Dương Sở thích: thể thao, đọc sách, âm nhạc. Tính cách: hòa đồng, biết lắng nghe. Phạm Lê Khải Sở thích: thể thao, phim ảnh, đọc sách. Tính cách: hòa động,ham học hỏi Để nhóm thiết kế làm việc hiệu quả cần có 8 vai trò. Vai trò thứ 1 - Người điều phối: là một người chin chắn, tự tin, có độ tin cậy cao, có tính rộng rãi, không thành kiến, ó óc cầu tiến sẵn sàng tiếp thu cái mới. Có khả năng trí tuệ và khả năng sáng tạo mức trung bình. Có khả năng làm rõ mục tiêu và triển khai các quyết định đưa ra. Vai trò thứ 2 – Người lập kế hoạch: là người năng động, thẳng thắn, quyết đoán. Có tinh thần phấn đấu cao, ghét sự trì tuệ, sự không hiệu quả. Sắp đặt công việc hợp lý, đưa ra các quyết định mang tính khách quan. Vai trò thứ 3 – Người phát kiến (sáng tạo): là người giàu trí tưởng tượng, nóng nảy, thông minh. Tính tình đôi lúc giống trẻ con. Có khả năng giải quyết những bài toán khó. Có xu hướng tự mãn và có thể là một người khó gần không thân thiện. thường không thực tế, không quan tâm đến nghi thức và thường làm việc dựa vào tri thức hơn là thực tế. Vai trò thứ 4 – Người đánh giá: là nggười thông minh, sắc sảo. có tầm nhìn rộng, và khả năng đánh giá kết quả chính xác. Đôi lúc quá khe khắt và tiêu cực, không thích làm lãnh đạo và ít khi đưa ra được ý kiến mới. Vai trò thứ 5 – Người khám phá: là người hướng ngoại, giao tiếp tốt, có khả năng tạo ra các cơ hội, nhiệt tình. Ít quan tâm đến các vấn đề chi tiết . Vai trò thứ 6 – Người làm việc: là người thực hiện các ý tưởng thành công việc cụ thể. Có tính kỷ luật cao, thực tế và hiệu quả. Có khả năng tổ chức và có nhiều hiểu biết trong thực tế. Vai trò thứ 7 - Người chăm sóc nhóm: là nguời xây dựng tình cảm trong nhóm, là cái khung giúp gắn bó cả nhóm lại với nhau. Thường ra các quyết định chủ quan và không thích sự bất đồng trong nhóm. Vai trò thứ 8 - Người kết thúc công việc: là người có tính nguyên tắc, tỉ mỉ. Hay lo lắng về các chi tiết nhỏ. Thường lo lắng về tiến độ công việc và thường bàn giao kết quả đúng thời hạn hạn. Thang điểm cho các vai trò:  Trên trung bình  Mức trung bình  Thấp   Người làm việc  12+  7 - 11  0 - 6   Người điều phối  11+  7 - 11  0 - 6   Người lập kế hoạch  14+  9 - 13  0 - 8   Người phát kiến  9+  5 - 8  0 - 4   Người khám phá  10+  7 - 9  0 - 6   Người đánh giá  10+  7 - 9  0 - 6   Người chăm sóc nhóm  13+  9 - 12  0 - 8   Người kết thúc  7+  4 - 6  0 - 3   Phát biểu bài toán thiết kế: Máy xúc lật, là máy xây dựng thuộc loại thiết bị cơ giới, có công dụng chính để bốc xúc đất, đá và vật liệu rời, vận chuyển chúng trong gầu xúc của máy, để đổ lên thiết bị vận chuyển khác (ô tô tải) hay kho chứa với độ cao đổ nhất định cao hơn nền đất. Máy xúc lật hoàn toàn có thể dùng để đào đất đá từ mềm đến cứng vừa (đất cấp I, II), dạng rời hay liền thổ nhưng vị trí đào nằm ngang hoặc cao hơn vị trí máy đứng (cao hơn nền đất máy đứng). Máy xúc lật được sử dụng nhiều trong xây dựng, khai thác mỏ, vận tải (bốc xúc hàng hóa ở kho bãi),... Khả năng vận chuyển của máy được thực hiện nhờ cơ cấu tay máy và hệ thống xy lanh thủy lực. Tuy nhiên việc thiết kế xy lanh thủy lực như thế nào để đạt độ an toàn và năng suất cao nhất là một vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Chính vì lý do trên nhóm đã đưa ra ý tưởng cải tiến hệ thống xy lanh thủy lực. Đề tài “ Cải tiến hệ thống xy lanh thủy lực trong máy xúc lật ” do nhóm thực hiện áp dụng các bước của quá trình thiết kế được trình bày trong môn học Phương pháp thiết kế kỹ thuật để đưa ra một hệ thống xy lanh thủy lực đảm bảo an toàn và đạt năng suất cao hơn so với các sản phẩm trên thị trường. ( NHIỆM VỤ CỦA TỪNG NGƯỜI Biểu đồ thành lập lịch trình thiết kế của nhóm: Bảng tóm tắt kế hoạch thực hiện Thành viên thứ nhất và thư 2   STT   PT  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10   1  Tìm tài liệu thiết kế máy, các cơ cấu cơ khí thông dụng              2  Thiết lập công thức              3  Xác định yêu cầu kỹ thuật              4  Đưa ra ý tưởng thiết kế              5  Xác định các thông số kỹ thuật              6  Thực hiện tính toán đưa ra công thức.              7  Phát họa mô hình trên máy tính              8  Lắp ráp các chi tiết              9  Mô phỏng hoạt động của cơ cấu              Thành viên thứ ba  PT  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10   1  Phân tích yêu cầu tính toán              2  Khảo sát thực tế              3  Tính toán so sánh lý thuyết với các mô hình              4  Thiết lập qui trình tính toán              5  Tính toán các ví dụ minh họa              6  Kiểm tra tính đúng đắn của mô hình              7  Phân tích yêu cầu mô phỏng sản phẩm              8  Vẽ các chi tiết dùng INVENTOR              9  Hoàn thành báo cáo              10  Đánh giá ưu nhược điểm              KẾ HOẠCH THỰC HIỆN I) Xác định yêu cầu khách hàng Bước 1: xác định các thông tin cần thiết Đối tượng sẽ tiến hành thu thập thông tin: nhà cung cấp máy móc, công nhân trực tiếp vận hành, nhà thiết kế Đối tượng nào sẽ là khách hàng chính sử dụng máy xúc Các thông tin về hệ thống xy lanh thủy lực như: mục đích sử dụng, tính năng, mức độ an toàn,… Bước 2: xác định các phương pháp thu thập dữ liệu được dùng Sử dụng phương pháp thăm dò khảo sát đối tượng Nhà cung cấp: hỏi 10 người Công nhân trực tiếp vận hành: hỏi 10 người Nhà thiết kế công nghiệp: hỏi 15 người Bước 3: Xác định câu hỏi cá nhân Cần đưa ra 10 câu hỏi tập trung vào hệ thống xy lanh thủy lực gồm các nội dung chính sau: Mục đích sử dụng Tính năng Mức độ an toàn tới đâu Bước 4: Thiết kế câu hỏi Câu hỏi dành cho người sử dụng và nhà cung cấp máy móc Về mục đích sử dụng Bạn sử dụng máy xúc với cường độ cao hay thấp? Hoạt động trong môi trường làm việc nào? Khối lượng cần nâng chuyển là bao nhiêu? Về tính năng Theo yêu cầu nơi sản xuất,khối lượng nguyên liệu nâng chuyển trong 1 giờ là bao nhiêu? Bạn nghĩ dùng 1 xy lanh thay cho 2 xy lanh có mang lạ năng suất cao hơn không? Bạn muốn sử dụng xy lanh loại nào? Vật liệu dùng để làm xy lanh phải đảm bảo yêu cầu gì? Xy lanh đòi hỏi những yêu cầu gì về kỹ thuật? Về mức độ an toàn Sự đồng bộ của hệ thống xy lanh khi nâng vật nặng? Mức độ rơi vải vật liệu khi vận chuyển? Câu hỏi cho nhóm chuyên trách - Theo bạn việc thay thế 2 xy lanh bằng 1 xy lanh có ưu nhược điểm gì? - Bạn hãy mô tả 1 hệ thống xy lanh thủy lực như thế nào là hiệu quả nhất - Đối tượng nào là khách hàng quan tâm nhiều nhất đến sản phẩm này? Bước 5: Thu thập dữ liệu Sau khi tìm hiểu lấy ý kiến ta thu được: Khách hàng muốn 1 máy xúc có yêu cầu hệ thống xy lanh: Đối với công nhân Xy lanh 2 chiều Gây ra ồn ào thấp Không gỉ sét Không che khuất tầm nhìn Nâng được tải trọng 500kg Vận chuyển nhanh Dễ sử dụng Dễ bảo trì sửa chữa An toàn, đảm bảo chất lượng Xy lanh có hình dáng đẹp và cứng cáp Tuổi thọ cao, dễ thay thế phụ kiện Giá thành hợp túi tiền Đối với kỹ sư Xy lanh thiết kế không được rỉ dầu Lắp ráp vào máy dễ dàng và chắc chắn Xy lanh chống chịu được sự khắc nghiệt của môi trường làm việc như nhiệt độ, độ ẩm, bụi, cường độ làm việc Cường độ làm việc của xy lanh Sự đồng bộ của xy lanh với các chi tiết khác Đường kính xy lanh phù hợp với trọng lượng vật nâng II) Yêu cầu kỹ thuật 1)Khách hàng là ai? +kỹ sư +công nhân 2)khách hàng muốn gì + dễ sử dụng + năng suất cao + vận chuyển nhanh + kết cấu cứng vững, thẩm mỹ cao + xy lanh có độ bền cao,dễ thay thế phụ kiện + giá thành hợp lý 3) Xác định tính năng quan trọng và các mối quan hệ + tinh an toàn liên quan tới vật liệu làm xylanh Vận chuyển nhanh :liên quan tới công suất động cơ +tiếng ồn ít : liên quan tới cấu tạo,kết cấu + dễ dàng sử dụng :liên quan tới độ phức tạp của kết cấu,lực cần vận hành + dễ dàng lắp ráp bảo trì : liên quan tới các khớp nối,các ổ + tuổi thọ cao :liên quan tới độ bền ,độ maì mòn,nhiệt độ nơi làm việc +giá thành :liên quan tới kiểu dáng xylanh,vật liệu 4) đánh giá mức cạnh tranh Đánh giá theo các mức: Thiết kế hoàn toàn không thỏa mãn nhu cầu. Thiết kế thỏa mãn chút ít nhu cầu. Thiết kế thõa mãn nhu cầu về mặt nào đó Thiết kế hầu như thỏa mãn nhu cầu. Thiết kế hoàn toàn thỏa mãn nhu cầu. Các yêu cầu khách hàng  Mức độ yêu cầu  Các sản phẩm trên thị trường  Chỉ tiêu thiết kế   Dễ sử dụng  4  3  5   Năng suất cao  5  4  5   Sự đồng bộ của xylanh khi ra và về  5  5  5   An toàn dễ sữa chữa.  5  3  5   Kết cấu nhỏ gọn, thẩm mĩ.  4  2  5   Tuổi thọ cao, dễ thay phụ kiện.  4  3  5   Giá thành vừa phải.  5  3  4   5) Biên dịch yêu cầu khách hàng thành các yêu cầu kỹ thuật (bảng dưới). 6)Mối liên hệ giữa yêu cầu khách hàng và yêu cầu kỹ thuật. Đánh giá theo các mức: 9: có quan hệ chặc chẽ. 3: Có mối quan hệ vừa phải. 1: Có một chút quan hệ. Ô trống: không có quan hệ. Yêu cầu khách hàng  Yêu cầu kỹ thuật  Quan hệ   Dễ sử dụng  Kết cấu xylanh  9    Lực cần vận hành  9   Năng suất cao  Tải trọng làm việc(500kg)  3    Di chuyển nhanh  3    Dễ vận hành    Sự đồng bộ của xylanh khi ra và về  Dòng thủy lực  9    Chiều dài xy lanh  3   Kết cấu nhỏ gọn, thẩm mĩ.  Hình dạng thiết bị  1    Kích thước phủ bì  3   Tuổi thọ cao, dễ thay phụ kiện.  Môi trường làm việc  3   Giá thành vừa phải.  Vật liệu  9   7)Ngôi nhà chất lượng: 1: hoàn toàn đáp ứng yêu cầu. 9: quan hệ chặt chẻ 3: quan hệ vừa phải 1: quan hệ kém 2: đáp ứng chút ít yêu cầu. 3: đáp ứng một số mặt 4: đáp ứng yêu cầu. 5: Hoàn thành đáp ứng yêu cầu.  Kích Thước  Động Cơ  năng suất  Vật Liệu  Kết cấu máy  Thời gian làm Việc  Kết Cấu Tự định Vị  Vỏ máy  Chi tiết thay Thế  Giá thành  Mức Yêu Cầu  Mức Hiện Tại  Mức Thiết Kế  Tỉ Lệ Cải Tiến  Tỉ Lệ Tầm Quan trọng  Hệ số cải tiến  Hệ số cải tiến tương đối   + yêu cầu chức năng                    .xúc nhiều  9           4  3  4  1.3  1.4  7.3  0.073   .chịu lực tốt    3   9       4  3  5  1.7  1.5  10.2  0.1   . ít nhiên liệu           3  4  3  3  1  1  4  0.04   . không rĩ sét     9        4  3  4  1.3  1.4  7.3  0.073   +con người                    .sơn chống rĩ           3  5  4  4  1  1.4  7  0.07   . dễ vận hành        9     5  4  5  1.3  1.5  9.4  0.09   . chuyễn động nhanh,chính xác   3  3         4  4  4  1  1.3  5.2  0.05   + đk tự nhiên                    .không vô nước         9    5  5  5  1  1.5  7.5  0.08   . chịu nắng nhiệt độ         9    5  4  5  1.3  1.4  8.8  0.09   + độ tin cậy                    . làm việc lâu       9      5  5  5  1  1.5  7.5  0.08   . ít hư hỏng      3       4  4  4  1  1.3  5.2  0.05   . dễ bão trì sữa chữa      3     3   5  5  5  1  1.4  7  0.07   . an toàn        3     5  4  5  1.5  1.5  6.3  0.064   . vừa túi tiền           9  5  5  3  1  1.2  6  0.06   +tầm quan trọng tuyệt đối  0.66  0.15  0.45  0.66  1.26  0.72  1  1.53  0.21  0.87  7.51   + tầm quan trọng tương đối  0.09  0.01  0.06  0.09  0.17  0.1  0.13  0.2  0.03  0.12    + cạnh tranh kỹ thuật  6863  87         595   +khả năng cạnh tranh       x       + giá trị mục tiêu  7000  95         595   + đơn vị  mm  Kw         Triệu đồng   Xác định mối liên quan giữa các yêu cầu kỹ thuật Bước 8: Thiết lập các tiêu chuẩn kỹ thuật (bảng QFD) Đánh giá theo mức độ: 9: quan hệ chặt chẻ. 3: quan hệ vừa phải. 1: ít quan hệ. Ô trống không có quan hệ. Tải trọng làm việc  Độ bám chặt  9   Tải trọng làm việc  Độ ổn định khi di chuyển  9   Số lượng chi tiết  Nguyên lý làm việc đơn giản  3   III) ĐƯA RA Ý TƯỞNG Phân tích chức năng chung Yêu cầu chung của thiết kế là làm sao để thay thế 2 xylanh nhỏ bằng 1 xylanh lớn. Mô tả kết cấu Với máy xúc như ngoài thị trường ta thấy hầu như việc dùng 2 xylanh ở bộ phận điều kiển gâu là phổ biến nhưng nó chưa mang lại năng suât chưa cao và kết cấu thi cồng kềnh…vì vậy việc thiêt kế thay bằng 1 xylanh cở lớn sẽ mang lại kết cấu nhỏ gọn hơn va việc điều khiển dể dàng hơn nên có thể năng suât sẽ cao hơn Xylanh hoạt động nhờ hệ thống bơm dầu bằng thủy lực,xylanh ra va về bằng việc tác động vào 2 đầu của xylanh bằng ống dẫn dầu chuyên dụng Đưa ra ý tưởng -Cải tiến dùng hai xy lanh ở hai bên tay máy giáp buồng lái kết hợp với cơ cấu cơ khí điều khiển gầu múc -Cải tiến dùng một xy lanh thủy lực ở chính giữa tay máy thay cho hai xy lanh thủy lực hai bên điều khiển gầu múc -Cải tiến dùng hai xy lanh ở hai bên tay máy cách xa buồng lái kết hợp với cơ cấu cơ khí điều khiển gầu múc Đánh giá ý tưởng Sau khi phân tích để thoả mãn những nhu cầu của khách hàng và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật ( nhóm thiết kế quyết định cải tiến dùng một xy lanh thủy lực đặt chính giữa tay máy thay cho xy lanh thủy lực hai bên điều khiển gầu múc ) Cải tiến dung một xy lanh thủy lực cỡ lớn đặt ở chính giữa thay thế cho hai xy lanh thủy lực đặt ở hai bên : Các bộ phận cải tiến : + Gầu múc : cần xác định được - Vật liệu làm gầu - Thể tích gầu múc - Chiều dài gầu - Chiều sâu gầu - Dự trù được lực lớn nhất tác dụng lên gầu khi làm việc - Từ đó ta xác định được số gân cần gia công và chiều dày lớp thép làm gầu để đảm được hệ số an toàn cho phép + Xy lanh thủy lực: cần xác định được - Vật liệu - Ống xy lanh thủy lực - Cần xy lanh thủy lực - Quả piston + Phần cổ xy lanh Áp suất làm việc lớn nhất Áp suất kiểm tra Đường kính trong xy lanh (mm) Đường kính cần xy lanh (mm) Hành trình xy lanh Kiểu lắp xy lanh Bản vẽ thiết kế xy lanh + Ống dẫn dầu Vật liệu làm ống Đường kính ống Áp suất lớn nhất mà ống chịu được Nhiệt độ sinh ra trong ống + Cơ cấu tay máy Vật liệu làm cơ cấu Thông số hình học của cơ cấu tay máy Chiều dài, bề rộng ,bề dày Các kết cấu khác gắn nên cơ cấu tay máy Kiểm nghiệm các tiêu chuẩn có phù hợp với yêu cầu của khách hàng và những yêu cầu kỹ thuật đề ra. So sánh ưu và nhược điỂm của sản phẩm sau khi cải tiến so với những sản phẩm khác trên thị trường.


Một số hình ảnh của máy xuc lật ngoài thị trường dùng 2 xylanh thủy lực

Sơ đồ điều khiển gầu múc
IV) Tính Toán Thiết Kế – Chế Tạo Xi Lanh Thuỷ Lực
Để tính toán các thông số của xy lanh, trước tiên chúng ta phải biết các thông tin “đầu vào” như sau: 1- Lực tác động lên cán (hoặc vỏ) xy lanh – tính bằng kgs, tấn, N…: Xy lanh sẽ phải được cung cấp dầu có áp suất để thắng lại được lực này.2- Khoảng hành trình làm việc của xy lanh (quãng đường di chuyển = S): m hoặc cm3- Thời gian để xy lanh đi hết hành trình này – t: giây (s)4- Ngành ứng dụng, sử dụng: để lựa chọn áp suất làm việc và loại kết cấu xy lanh.  Khi đã có câu trả lời cho các câu hỏi ở trên rồi, ta cóthể tính được các thông số làm việc và lựa chọn xy lanh. a- Lựa chọn áp suất làm việc MAX của xy lanh.Giá trị này được xem xét lựa chọn ở hai mặt:- Nếu đã có sẵn hệ thống bơm thủy lực thì giá trị này là giá trị max mà hệ thống bơm có thể cung cấp được và- Nếu chưa có hệ thống bơm cấp thủy lực (có nghĩa là chúng ta phải lựa chọn hệ thống bơm thủy lực này dựa trên yêu cầu của xy lanh đang chọn) thì phải lựa chọn giá trị áp suất MAX. Về nguyên tắc, với một lực tác dụng cho trước, áp suất càng cao thì xy lanh càng nhỏ, gọn (về đường kính) và ngước lại. Tuy nhiên, áp suất cao cũng đồng nghĩa với hệ thống nguồn cấp và điều khiển phải làm việc ở chế độ cao áp và chi phí sẽ càng đắt. Do đó, tùy thuộc vào các ứng dụng – tính chất công việc khác nhau, người ta sẽ quyết định mức áp suất sử dụng khác nhau. Thông thường trong công nghiệp có hai dải áp suất chính là: đến 200 bar và từ 250 – 400 bar. Sau khi đã biết/chọn được áp suất MAX của hệ thống, sẽ tính toán đến đường kính làm việc của xy lanh. b-Xácđịnh đường kính làm việc của xy lanh thủy lực Đường kính xy lanh bao gồm hai t