Công nghệ ô tô - Chương 1: Các khái niệm chung

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 1 Chương 1 – Các khái niệm chung Hình 2 – Bơm ly tâm, sơ đồ cấu tạo và biểu đồ lưu lượng – áp suất Hình 3 – Sơ đồ cấu tạo các loại bơm có thể tích xác định Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 2 Hình 5 – a) Van tiết lưu dọc trục b) Van tiết lưu quanh trục 1. Vít điều chỉnh 2. Rãnh tiết lưu 1. Rãnh tiết lưu 2. Lỗ thông Hình 6 – Van một chiều a) Sơ đồ nguyên lý b) Ký hiệu c) Quan hệ lưu lượng – sụt áp Hình 7 – Van một chiều có điều khiển mở : a) Sơ đồ b) Aùp dụng Hình 8 – Van một chiều có điều khiển đóng Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 3 1.3.3.3 Xy lanh thủy lực : - Đây là chi tiết tiêu chuẩn về đường kính trong. Đường kính này thay đổi từ 25 – Hình 9 – Van điều khiển 5 cửa 2 vị trí Hình 10 – Vị trí trung gian van điều khiển Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 4 Hình 11 – Xy lanh không pis ton, tác dụng đơn, tác dụng kép 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Ô TÔ CHUYÊN DÙNG I. Ô TÔ CHUYÊN DÙNG Định nghĩa: Hiện nay không có chuẩn mực chung về ô tô chuyên dùng mà tùy mỗi nước. Tại Việt nam, căn cứ theo TCVN 6211:2003 - Phương tiện giao thông đường bộ, kiểu , thuật ngữ và định nghĩa, ta có thể phân ra các loại ô tô sau: Ô tô (motor vehicle): Là loại PTGTĐB chạy bằng động cơ có từ bốn bánh xe trở lên, không chạy trên đường ray và thường được dùng để chở người và hàng hoá, kéo các rơmoóc, sơmi rơmoóc, thực hiện các chức năng, công dụng đặc biệt. Ô tô còn bao gồm cả các xe được nối với một đường dây dẫn điện, ví dụ ô tô điện bánh lốp (trolley bus) và các xe ba bánh có khối lượng bản thân lớn hơn 400kg. Ô tô chuyên dùng: Có kết cấu và trang bị để thực hiện một chức năng, công dụng đặc biệt. Ví dụ: Xe chữa cháy, xe hút hầm cầu, xe thang, xe trộn bê tông, xe quét đường. Phân loại: Có 2 cách phân loại, theo mục đích sử dụng hoặc theo kết cấu. Phân loại theo mục đích sử dụng: 1. XCD trong ngành thương nghiệp: Xe chở gia súc, chở bia, chở xe máy 2. XCD trong ngành vệ sinh môi trường đô thị: Xe ép rác, tưới đường, quét đường 3. XCD trong ngành xây dựng: Xe ủi, xe xúc, xe lu, xe trộn bê tông 4. XCD trong ngành nông thủy sản:Xe đông lạnh, xe chở trái cây, xe bồn 5. XCD trong ngành y tế: Xe cứu thương 6. XCD trong ngành sân bay, hải cảng: Xe nạp nhiên liệu, xe cẩu 7. XCD trong ngành lâm nghiệp: Xe kéo gỗ 8. XCD trong ngành mỏ, địa chất: Xe cần trục, xe ben 9. XCD trong ngành an ninh quốc phòng: Xe chữa cháy, xe việt dã.. 10. Phân loại theo kết cấu: 1. Xe tự đổ (xe ben) 2. Xe tự xếp dỡ hàng (xe tải cẩu) 3. Xe thùng kín có bảo ôn (xe đông lạnh) hay không có bảo ôn (xe rác, xe quét đường) 4. Xe bồn (chở xăng dầu, sữa, chữa cháy, tưới đường) 5. Xe có kết cấu chuyên biệt khác (xe thang, xe bơm bê tông) 2 Vai trò Ô tô chuyên dùng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Với ô to â chuyên dùng, ta có thể: - Mở rộng công năng vận tải: Có thể chở các loại hàng hoá đặc biệt như chất lỏng (xe bồn), chất ô nhiễm nhờ thùng kín (xe ép rác, xe hút hầm cầu), có khả năng tự bốc dỡ hàng hóa, giảm được chi phí, thời gian bốc xếp (xe tải cẩu) - Nâng cao lượng hàng hoá chuyên chở hữu ích: Tăng lượng hàng hóa /m2 sàn xe nhờ kết cấu chuyên dùng (xe chở gia súc nhiều tầng, xe chở ôtô), nhờ cơ cấu đặc biệt (xe ép rác), . - Đảm bảo an toàn cho hàng hoá chuyên chở, giảm tỷ lệ hư hỏng do vận chuyển gây nên: Xe đông lạnh, xe vận chuyển hoa quả. - Giảm bao bì khi vận chuyển, do đó giảm chi phí vận chuyển và công lao động: Xe ben, xe bồn. - Thựïc hiện các chức năng đặïc biệt không thể thiếu cho an ninh – quốc phòng, giao thông công chánh: Xe chữa cháy, xe thang, xe cứu thương, xe hút cầu cống Xu hướng hiện nay trong nước là cải tạo xe vận tải thành xe chuyên dùng nhằm tăng tính kinh tế – an toàn cho việc vận chuyển hàng hóa. II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN TRONG VIỆÂC THIẾT KẾ XE CHUYÊN DÙNG Ô tô chuyên dùng là sự kết hợp giữa các thiết bị chuyên dùng, thùng chuyên dùng với ô tô cơ sở. Công thức thành lập ô tô chuyên dùng là: Ô tô chuyên dùng = Ô tô cơ sở + Thiết bị chuyên dùng + Thùng chuyên dùng Các thiết bị chuyên dùng trên ô tô là những thiết bị đặc biệt, tạo được những thao tác riêng biệt cho ô tô chuyên dùng đó. Ví dụ: Thiết bị nâng hạ thùng của xe ben; thiết bị lấy rác, ép rác, thải rác của xe chở rác; thiết bị làm lạnh trên xe đông lạnh; thiết bị bơm hút trên xe hút hầm cầu.. Các thiết bị này có thể sử dụng các kiểu điều khiển cơ học, thủy lực, khí nén, điện hoặc hỗn hợp các kiểu trên. Hiện nay kiểu điều khiển thủy lực được sử dụng rộng rãi do những ưu điểm của nó, vì vậy ở đây chúng ta đi sâu nghiên cứu các chi tiết của hệ thống điều khiển thủy lực. Để sản xuất xe chuyên dùng, chúng ta có các phương pháp sau: - Thế giới: Sản xuất công nghiệp, có thiết kế ngay từ đầu. - Việt nam: Một số liên doanh có chế tạo xe chuyên dùng, nhưng có giá thành cao. Phương pháp phổ biến hiện nay là cải tạo từ các loại xe tải thông thường thành các xe chuyên dùng. Phương pháp này có các ưu điểm chính sau:  Giá thành hạ  Có kích thước phù hợp với nhu cầu, điều kiện hoạt động cụ thể của từng loại hàng hoá chuyên chở.  Thùng xe đóng chắc hơn, thành cao nên chở được nhiều hàng so với xe nguyên thủy nhập về. 3  Tiết kiệm được ngoại tệ, tạo việc làm cho lực lượng công nhân kỹ thuật trong nước. Về nguyên lý, xe chuyên dùng gồm ba cụm chính : 1. Xe cơ sở: - Cabin chassis - Chassis - Xe tải hiện hữu - Xe nào đó 2. Thiết bị chuyên dùng 3. Thùng chuyên dùng - Thùng nhập (bồn ) - Thùng tự chế tạo - Thùng cải tạo từ thùng cũ Trên cơ sở phối hợp ba cụm này, ta sẽ có bố trí chung của xe, thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật – kinh tế – xã hội. Trọng lượng xe sau cải tạo : Ga = Gcs + Gtbcd + Gtcd Gcs – Trọng lượng xe cơ sở Gtcd – Trọng lượng thùng chuyên dùng Gtbcd – Trọng lượng thiết bị chuyên dùng Yêu cầu xe sau cải tạo: - Xe sau cải tạo phải có tải trọng tương đương tải trọng cho phép của xe nền. - Các thông số, yêu cầu kỹ thuật thỏa mãn các quy định, tiêu chuẩn Việt Nam. - Phải bảo đảm tính an toàn trong sử dụng. Trình tự thiết kế: 1. Từ mục đích sử dụng, xác định các thông số cơ bản của xe:  Loại xe cơ sở, tải trọng xe cơ sở.  Loại hàng, tỷ trọng hàng.  Kích thước thùng hàng sau cải tạo. 2. Thiết kế sơ bộ: Chọn phương án bố trí chung (xe cơ sở, thùng chuyên dùng, thiết bị chuyên dùng), xây dựng các kích thước cơ bản L x B x H. 3. Thiết kế kỹ thuật: Thiết kế thùng; bố trí lắp đặt thiết bị chuyên dùng; tính toán kiểm tra bền các chi tiết của thùng, của hệ thống dẫn động; kiểm tra các cụm quan trọng của xe sau cải tạo: Khung xe, hệ thống phanh, hệ thống lái. 4. Kiểm tra tính ổn định xe sau cải tạo: Oån định dọc, ổn định ngang, ổn định tĩnh, ổn định động 5. Tính toán kinh tế. III. VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRÊN CÁC Ô TÔ CHUYÊN DÙNG Trên ô tô chuyên dùng hiện nay, ngoài các vật liệu thông thường như gỗ, thép tấm . thép định hình, người ta còn sử dụng các loại vật liệu khác, tùy theo công năng của xe, ví dụ nhôm (thùng xe đông lạnh), polyurethan (vật liệu cách nhiệt thùng bảo ôn, đông lạnh), fiberglass (thùng thao tác xe thang, xe nâng). Để có thể thiết kế phù hợp, người kỹ sư thiết kế cần hiểu thêm cơ, lý, hoá tính các loại vật liệu mới này. 4 IV. ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ CHUYÊN DÙNG Hệ thống thủy lực Truyền động dầu ép là truyền động trong đó thành phần làm việc chủ yếu là chất lỏng (dầu thủy lực), được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng (bơm dầu nén dầu dưới áp suất nhất định), sau đó biến đổi thế năng dầu thành cơ năng (đẩy piston của xy lanh thủy lực) để thực hiện công cần thiết. Trên các ô tô chuyên dùng, hệ thống thủy lực được sử dụng rộâng rãi do các đặc điểm sau: Ưu điểm: - Truyền được lực và công suất lớn với cơ cấu có kích thước, trọng lượng nhỏ gọn. - Sử dụng dễ dàng: Sự đa dạng các chi tiết thủy lực cho phép tạo nhiều chức năng khác nhau: Chuyển động thẳng và quay hai chiều, khoá, không tải, thay đổi vận tốc.. - Điều khiển linh hoạt, dễ dàng tự động hóa, truyền động êm dịu: Có thể điều chỉnh dễ dàng áp suất để có lực theo ý muốn. Có thể thay đổi lưu lượng để thay đổi vận tốc các cơ cấu chấp hành. Có thể dùng các tín hiệu điện rất nhỏ vẫn điều khiển được hệ thống. - Làm việc ổn định, ít phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài. - Các chi tiết, bộ phận được tiêu chuẩn hóa và phổ biến. - Có cơ cấu an toàn chống quá tải. - Tính không nén được của dầu: Tại áp suất thông thươ øng (<350 bar), dầu được xem là không nén được. Điều đó cho phép:  Dừng các chuyển động một cách tức thời và chính xác;  Giữ được các lực mà không tiêu tốn năng lượng;  Tạo ra các chuyển động rất chính xác. Khuyết điểm: - Giá thành: Aùp suất làm việc cao nên đòi hỏi hệ thống phải đảm bảo kín khít, không rò rỉ. Việc này đòi hỏi độ chính xác khi gia công chi tiết, nên giá thành tương đối cao. - Đòi hỏi thiết bị chuyên dùng: Mỗi hệ thống thủy lực phải bao gồm các linh kiện cần thiết như bể chứa, bơm, đường ống, van. - Giám sát: Cần giám sát thường xuyên hệ thống thủy lực , bảo đảm độ kín khít các mối ghép, và đặc biệt là giám sát dầu: Mực dầu, độ sạch của dầu, nhiệt độ làm việc của dầu - Vận tốc truyền động bị hạn chế vì cần đề phòng hiện tượng va đập thủy lực, tổn thất cột áp, tổn thất công suất lớn. - Aûnh hưởng bởi nhiệt độ: Trong quá trình biến đổi năng lượng, một phần năng lượng tiêu hao biến thành nhiệt làm độ nhớt dầu giảm. Kết quả là làm tăng rò rỉ và kèm theo là mất áp, giảm vận tốc 5 Dầu thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, tính toán và chọn . . . Bơm thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ứng dụng, ký hiệu, tính toán và chọn . . . Van thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ký hiệu, vị trí trung gian, tính toán và chọn . . . Xylanh thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ký hiệu, tính toán và chọn . . . Động cơ thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ký hiệu, vị trí trung gian, tính toán và chọn . . . Sơ đồ mạch thủy lực Tính toán thủy lực: Lưu lượng, áp suất, tổn thất, độ cao, . . . Sơ đồ tổng quát hệ thống thủy lực Một hệ thống thủy lực cơ bản sử dụng trên ô tô phải bao gồm các chi tiết sau (hình 1.5): 1. Thùng dầu 2. Bơm dầu 3. Các van điều chỉnh (van phân phối, van an toàn, van tiết lưu, van 1 chiều). 4. Cơ cấu chấp hành (xy lanh thủy lực, động cơ thủy lực) 5. Oáng dẫn, lọc dầu. 6. Đồng hồ áp suất Ký hiệu các chi tiết hệ thống thủy lực Các thành phần của hệ thống thủy lực phải có ký hiệu thống nhất để thể hiện trên các sơ đồ nguyên lý. Các ký hiệu này căn cứ theo TCVN 1806 – 76 hoặc ISO 1219:1976. Ta có thể tổ hợp (hợp lý về mặt kỹ thuật) các ký hiệu cơ bản để tạo nên các ký hiệu khác. Tính điều chỉnh được Đường dầu chính Đường dầu điều khiển, dầu hồi Hình 1.5 – Sơ đồ hệ thống thủy lực cơ bản 1. Xy lanh thủy lực 2. Piston thủy lực 3. Van tiết lưu 4. Van một chiều 5. Van phân phối 5/3 6. Cơ cấu điều khiển van 7. Bơm dầu 8. Đường dầu 9. Van an toàn 10. Đường dầu về 11. Thùng dầu 6 Ống dẫn chéo nhau Ống dẫn nối nhau Ống dẫn bị bịt Ống dẫn mềm Nối cơ khí Điều khiển bằng tay gạt Điều khiển bằng nút nhấn Điều khiển bằng cam Điều khiển bằng bàn đạp chân 1 chiều Điều khiển bằng bàn đạp chân 2 chiều Điều khiển bằng khí nén Điều khiển bằng thủy lực Điều khiển bằng điện Thùng chứa chất lỏng làm việc Aéc quy thủy lực Bộ lọc Bộ tản nhiệt Bộ gia nhiệt Đồng hồ đo áp Bơm thủy lực, một chiều, lưu luợng không đổi Bơm thủy lực, đổi chiều, lưu lượng thay đổi Động cơ thủy lực Động cơ điện Động cơ đốt trong Xy lanh thủy lực cán piston một phía Xy lanh thủy lực cán piston hai phía Xy lanh lồng tác dụng đơn Xy lanh có lỗ dẫn trong cán piston Van nhiều vị trí: (Giải thích ký hiệu cửa/vị trí) Hai vị trí Ba vị trí Vị trí ống dẫn Vị trí nối, chiều chảy 7 Nối các rãnh bên trong Các rãnh bị bịt kín Phổ biến nhất là loại bốn cửa: P – Pressure (supply) A , B – Output ports T – Tank (return) Van một chiều Đóng bởi lò xo Aùp suất mở quan trọng Có điều khiển Van điều áp (pressure control valve), van an toàn , van tràn Van thường đóng Van thường mở Van tự điều khiển Van điều khiển từ bên ngoài Van tiết lưu Không điều chỉnh Có điều chỉnh Điều chỉnh theo một chiều Bơm thủy lựïc: Là thiết bị biến đổi cơ năng (ngẫu lực, vận tốc quay) của động cơ điện cung cấp thành động năng (lưu lượng) và thế năng (dưới dạng áp suất) của dầu. Phân loại: Có hai nhóm chính: Bơm có lưu lượng thay đổi và bơm có lưu lượng cố định. a) Bơm có lưu lượng thay đổi: Điển hình là bơm ly tâm (hình 1.6a). Khi áp suất tăng, lưu lượng bơm giảm (hình 1.6b). Nếu bịt kín đầu ra của bơm làm tăng áp suất, thì lưu lượng bơm giảm bằng 0. Bơm hoạt động nhờ cánh quạt quay, hút chất lỏng vào qua cửa hút bên hông, và đẩy chất lỏng ra bằng lực ly tâm. Loại bơm này sử dụng hạn chế trong hệ thống thủy lực, thường dùng làm bơm mồi cho một bơm chính dạng thể tích xác định, hoặc bơm chuyển chất lỏng, bơm hệ thống làm mát. Hình 1.6 – Bơm ly tâm, sơ đồ cấu tạo và biểu đồ lưu lượng – áp suất 8 b) Bơm cólưu lượng cố định: Đây là loại bơm mà lưu lượng lý thuyết bơm cung cấp không thay đổi theo áp suất ra. Khi đầu ra của bơm bịt kín, do lưu lượng cung cấp không thay đổi, áp suất sẽ tăng vọt nhanh chóng đến giá trị tối đa bơm chịu được về mặt cơ khí. Bơm có lưu lượng cố định luôn được dùng làm bơm chính trong hệ thống thủy lực. Có hai nhóm bơm chính: Bơm quay và bơm tịnh tiến, trong mỗi nhóm lại có nhiều dạng khác nhau:  Chuyển động bơm quay  Bơm bánh răng ăn khớp ngoài  Bơm bánh răng ăn khớp trong  Bơm rotor quay  Bơm trục vít  Bơm cánh gạt  Chuyển động bơm tịnh tiến  Bơm piston hướng kính  Bơm piston hướng trục  Bơm piston thẳng hàng Hình 1.7 – Sơ đồ cấu tạo các loại bơm có lưu lượng cố định 9 Thông số các loại bơm : Bảng 1.1 Loại bơm Lưu lượng (lít/phút) Aùp suất (kG/cm 2 ) Trục vít Aùp suất thấp 3 – 5.103 10 – 15 Aùp trung bình 30 – 60 Aùp suất cao 60 - 200 Bánh răng 3 – 200 10 – 200 Cánh gạt 1.6 – 378 0.6 – 175 Piston Hướng kính Đến 800 Đến 320 Hướng trục 30 – 640 Đến 175 Dãy (thẳng hàng) 0.8 – 65 Có thể đến 500 Tiêu chuẩn chọn lựa bơm: Do các bơm rất đa dạng về chủng loại nên việc chọn lựa bơm thích hợp cho hệ thống phải được căn cứ trên những thông số chính sau đây: a) Lưu lượng tối đa bơm cung cấp: Bơm được chọn phải có khả năng cung cấp đủ lưu lượng yêu cầu của hệ thống. Tùy theo hiệu suất thể tích của bơm mà ta chọn vượt 10 - 15 % lưu lượng max có ích. Nhà chế tạo thường cho biết lưu lượng riêng của bơm q (cm3/vòng), từ đó ta tính toán được lưu lượng của bơm: q - lưu lượng riêng (cm 3 /vòng) n – số vòng quay bơm (vòng / phút) Lưu lượng bơm lý thuyết : Q = 10 -3 .q.n (lít/phút) Lưu lượng bơm thực tế Qtt < Q do tổn thất thể tích (rò rỉ, trượt). Hiệu suất thể tích : Lưu lượng bơm thực tế / lưu lượng bơm lý thuyết Lưu lương bơm thực tế: Qtt = Q. ηv = 10 -3 . q.n. ηv (l/p) Hiệu suất cơ khí: ηck do ma sát của các chi tiết chuyển động Hiệu suất tổng hợp: η = ηv. ηck Công suất cung cấp cho bơm hoạt động: (kW) P – Aùp suất bơm (bar) b) Aùp suất làm việc tối đa: Chọn vượt 15 – 30 % áp suất có ích của hệ thống. Aùp suất làm việc của hệ thống lại phụ thuộc nhiều yếu tố khác. Tổng quát, áp suất làm việc càng cao thì chi phí cho các thiết bị càng cao và khả năng chọn lựa thiết bị càng thấp. Bù lại, sử dụng áp suất cao sẽ giảm lưu lượng, kích thước bơm và các chi tiết khác trong hệ thống nhỏ gọn hơn. c) Các điều kiện làm việc: Độ nhớt dầu thủy lực, khoảng nhiệt độ làm việc, vận tốc quay, nhịp sử dụng. Q Qtt v  .600 .PQ N tt 10 d) Các tính chất khác: - Môi trường xung quanh (bụi, nhiệt độ, hỏa hoạn) - Cách tháo lắp dự kiến. - Mức ồn có thể chấp nhận được. - Sự dễ dàng trong bảo trì, phụ tùng thay thế. - Tuổi thọ dự kiến. - Giá thành. Van thủy lực : Đây là những thiết bị tạo nên giao tiếp giữa dầu ép, tín hiệu điều khiển và cơ cấu chấp hành. Chúng dùng để kiểm soát áp suất dầu ép, lưu lượng và hướng dòng dầu. Tổng quát, van thủy lực gồm các loại van chính sau: a) Van điều áp : Dùng giới hạn áp suất cực đại (van an toàn), xác định áp suất mở đường dầu về (van tràn), thay đổi áp suất trong đường ống (van giảm áp). Nguyên lý hoạt động chính là áp suất dầu phải thắng lực cản gây nên bởi lò xo. Ký hiệu van điều áp : Đây là van thường đóng, chỉ mở một phần cho phép dầu chảy về bể chứa khi áp suất dầu vào lớn hơn lực ép của lò xo. Nếu không có mũi tên trên hình lò xo, có nghĩa áp suất mở van đã được định sẵn. Có thể dùng bi, mặt côn hay tấm phẳng để bít lỗ vào van. b) Van tiết lưu: Dùng điều chỉnh lưu lượng dầu, do đó điều chỉnh được vận tốc cơ cấu chấp hành (thường là xy lanh thủy lực) trong hệ thống. Có hai loại van tiết lưu: Điều chỉnh dọc trục và điều chỉnh quanh trục. Hình 1.8 – Van điều áp 1, 2 – Lò xo 3 – Bi 4 – Vít điều chỉnh 5 – Piston 6 – Rãnh tam giác hay chữ nhật 7 – Lỗ tiết lưu 11 c) Van một chiều: Chỉ cho phép dầu chảy theo một chiều và hạn chế theo chiều nguợc lại. Ký hiệu van một chiều như hình vẽ. Lưu ý khi giá trị lực ép lò xo có ý nghĩa quan trọng, ta thể hiện hình lò xo trên ký hiệu. d) Van điều khiển: 3.4.2.1 Cơ cấu chấp hành Xy