TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
Những vấn đề chung về chuẩn đốn kỹ thuật
Chẩn đốn kỹ thuật là tổng hợp tất cả các biện pháp để nhận biết về trạng thái của một hệ thống kỹ thuật
Trong kỹ thuật chẩn đốn hiện đại cùng tồn tại hai khái niệm: đĩ là giám sát và chẩn đốn
- Giỏm sỏt chỉ ủảm nhận việc tỡm ra lỗi hoặc hư hỏng thụng thường, giám sát mô tả một trạng thái
Chẩn đoán lỗi và hư hỏng là quá trình nhận diện, xác định vị trí và lượng hóa các vấn đề Các phép đo được thực hiện trong quá trình giám sát nhằm cung cấp nhiều dấu hiệu chẩn đoán Những dấu hiệu này được đánh giá riêng lẻ trong một mô hình đơn phương án hoặc đánh giá liên hợp trong một mô hình của phương án.
Việc phân biệt giữa giám sát và chẩn đoán là nguy hiểm, vì không phải tất cả lỗi đều được phát hiện qua giám sát Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ máy tính và điện tử, các công cụ phần cứng và phần mềm có khả năng xử lý tín hiệu đã xuất hiện, cho phép giám sát thực hiện một phần công việc của chẩn đoán Do đó, hai khái niệm này đang dần hòa tan vào nhau, khi một hệ thống giám sát có thể đảm nhận cả chức năng của chẩn đoán.
Để phân tích và áp dụng hiệu quả vào việc viết luận văn, khái niệm chẩn đoán được chia thành hai giai đoạn rõ ràng.
Nhận biết hư hỏng là quá trình quan trọng trong việc phát hiện và xác định các dấu hiệu hư hỏng Điều này bao gồm việc so sánh tình trạng hiện tại với trạng thái chuẩn, từ đó xác định triệu chứng cụ thể của hư hỏng.
- Chẩn đốn hư hỏng: đảm nhận việc cơ lập hư hỏng và phân tích hư hỏng, xây dựng mối quan hệ giữa hư hỏng và triệu chứng hư hỏng.
Khỏi quỏt về cỏc loại mỏy xõy dựng tự hành ủang hoạt ủộng tại Việt Nam
1.2.1 Khỏi quỏt về số lượng cỏc loại mỏy xõy dựng tự hành ủang hoạt ủộng tại Việt Nam
Trong những năm kháng chiến chống thực dân Pháp, nền công nghiệp nước ta vẫn còn lạc hậu, chủ yếu phụ thuộc vào sức lao động thủ công Các công trình xây dựng như đường xá, cầu cống, sân bay, đập và mương mỏng được thi công chủ yếu bằng tay Đặc biệt, khối lượng công việc lớn nhất lại tập trung vào việc làm đất, cho thấy sự khó khăn trong điều kiện xây dựng thời bấy giờ.
Khi xây dựng 1 km đường sắt, cần phải sử dụng từ 10 đến 50 nghìn m³ đất, tùy thuộc vào độ cao và độ phức tạp của địa hình Đối với những đoạn đường bằng phẳng, lượng đất cần thiết thường dao động từ 10 đến 20 nghìn m³.
Trong những năm gần đây, mức độ cơ giới hóa trong lĩnh vực thi công và xếp dỡ ở Việt Nam ngày càng gia tăng Tỷ lệ trang bị cơ giới tính trên đầu người và khối lượng khai thác hiện đã có thể so sánh với nhiều nước trong khu vực Đến năm 1993, tổng số thiết bị cơ giới của Việt Nam đã vượt qua 40.000 chiếc, với tổng công suất đạt trên 2,5 triệu KW, bao gồm gần 350 chủng loại khác nhau.
Cụ thể tỉ lệ các loại máy xây dựng ở nước ta hiện nay như sau ( tổng số máy xây dựng):
- Máy thi công chuyên dùng 24,5%
- Mỏy làm ủỏ, ộp khớ 3,8%
Trong ủú, cỏc mỏy xõy dựng ủược phõn chia cho cỏc Bộ, ngành quản lý theo tỉ lệ:
- Bộ Xây dựng quản lý 30%
- Bộ Giao thông vận tải quản lý 20%
- Bộ Thủy lợi quản lý 10%
Cuối cùng, việc phân chia cho các bộ, ngành và địa phương khác là cần thiết Với lực lượng cơ giới tại các cơ sở thi công, hàng năm có thể đạt hàng trăm triệu mét khối đất, xếp dỡ và vận chuyển hàng chục triệu tấn hàng hóa, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế quốc dân Tuy nhiên, bên cạnh những nỗ lực đáng ghi nhận, cần thừa nhận rằng hiệu quả khai thác máy xây dựng ở nước ta vẫn còn thấp.
Số ủầu xe thực tế hoạt động chỉ đạt khoảng 50-60% hệ số sử dụng thời gian, với nhiều máy móc không vượt quá 0,5 Hàng ngàn thiết bị cơ giới cũng cần phải thanh lý trước thời hạn quy định Nghiên cứu cho thấy nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này là yếu kém trong tổ chức, quản lý và khai thác sử dụng máy móc, chiếm tới 30% Một trong những thiếu sót lớn là đầu tư trang thiết bị máy móc phục vụ cho công việc xây dựng và xếp dỡ chưa hợp lý, thể hiện qua các điểm cơ bản sau.
- Tớnh năng kỹ thuật chưa hoàn toàn phự hợp với ủặc ủiểm ủối tượng khai thác
- Số chủng loại máy quá nhiều gây phức tạp cho công tác quản lý, khai thỏc thiếu ủồng bộ
- Cỏc mỏy ủược lựa chọn phần lớn chưa ủảm bảo chỉ tiờu kinh tế - kỹ thuật cao
- Tuy vậy trong khoảng vài năm trở lại ủõy những nhược ủiểm trờn ủó và ủang dần dần ủược khắc phục
Để nâng cao chất lượng công trình thi công, Việt Nam đang đối mặt với sự cạnh tranh trong đấu thầu quốc tế và cần tư duy đổi mới từ các nhà quản lý Nhiều loại máy móc xây dựng hiện đại, chủ yếu nhập khẩu từ Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc và Mỹ, đã được đưa vào sử dụng Ngoài các loại máy xúc, máy ủi truyền thống, thị trường còn xuất hiện các thiết bị đặc chủng như máy bơm bê tông và máy khoan cọc nhồi.
Trong bối cảnh ngành công nghiệp chưa phát triển cao, chúng ta có thể tự thiết kế và chế tạo nhiều tổ hợp máy xây dựng đặc thù như trạm trộn bê tông asphalt, trạm trộn xi măng với hệ thống công nghệ tiên tiến, cùng các hệ thống giàn búa ứng dụng cọc và máy thi công cọc bấc thấm Để lựa chọn hợp lý các phương tiện cơ giới xây dựng, cần nắm vững các phương pháp tính toán lựa chọn dựa trên các mục tiêu kinh tế - kỹ thuật đã được đặt ra, phù hợp với đặc điểm môi trường khai thác.
1.2.2 Cỏc chủng loại mỏy xõy dựng tự hành ủang sử dụng ở Việt Nam
Hũa nhập với sự phát triển của thời đại, các máy xây dựng đang dần chuyển hướng sang công nghệ thủy lực, trở thành một trong những xu hướng phát triển chủ yếu và chiếm ưu thế tuyệt đối Truyền động thủy lực là một tiến bộ khoa học kỹ thuật, do đó, trong khoảng 35 năm trở lại đây, các máy xây dựng sử dụng truyền động thủy lực đã trở nên rất phổ biến và rộng rãi.
Từ những năm 1983 số máy xúc một gầu của Liên Xô (cũ) sử dụng hệ thống truyền ủộng thủy lực chiếm tới 78% tổng số mỏy xỳc Ở Mỹ từ năm
Từ năm 1972, tỷ lệ máy xây dựng sử dụng truyền động thủy lực chỉ chiếm khoảng 80%, nhưng đến năm 1984, các nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, Đức, Anh, Ý và Thụy Điển đã nâng con số này lên tới 94% Hiện nay, tỷ lệ này gần như đạt 100% Trên thị trường thế giới, các loại máy làm đất cỡ vừa và cỡ nhỏ chủ yếu sử dụng công nghệ truyền động thủy lực.
Trên thế giới, xu hướng sử dụng truyền động thủy lực trong máy xúc đang phát triển mạnh mẽ, dần thay thế các loại máy xúc sử dụng truyền động cơ khí Tuy nhiên, đối với một số loại máy xúc cỡ lớn từ 3,2 – 4,5 m3, một số quốc gia như Nhật Bản, Đức và Thụy Điển vẫn đang tiến hành thử nghiệm Mặc dù khuynh hướng phát triển máy xúc sử dụng truyền động thủy lực cỡ lớn chưa rõ rệt, vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để giải quyết các vấn đề kỹ thuật phức tạp và khả năng chế tạo Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện nay, việc thủy lực hóa máy xúc hoàn toàn khả thi.
Tình hình sử dụng máy xây dựng tại Việt Nam cho thấy khoảng 90% các loại máy được nhập khẩu từ nước ngoài, với tổng số lượng lên tới khoảng 50.000 chiếc và hơn 350 chủng loại khác nhau Các máy này được sản xuất bởi nhiều hãng nổi tiếng trên thế giới Xu hướng thủy lực hóa toàn cầu đã có ảnh hưởng rõ rệt đến các loại máy xây dựng đang được sử dụng tại Việt Nam.
Các loại máy xây dựng sử dụng hệ thống truyền động thủy lực tại Việt Nam chủ yếu được nhập khẩu từ nhiều quốc gia trên thế giới như Đông Âu, Liên Xô cũ, CHDC Đức, Thụy Điển, Đan Mạch, Hà Lan, Nhật Bản và Pháp Sự đa dạng và phong phú về chủng loại máy xây dựng này bao gồm các thiết bị có công suất nhỏ như máy ủi D20A-51, D21A-5, máy xúc WB04-2, PC-02 của hãng Komatsu Nhật Bản, đến các loại máy cỡ lớn như máy ủi D2-68, máy xúc EO-1252 của Liên Xô cũ, máy ủi D455A1 và máy xúc HD-1520GS của Kato Nhật Bản, cũng như máy xúc PM1-2300 của Ý.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét một số loại máy sử dụng truyền động thủy lực tiêu biểu và phổ biến tại Việt Nam, dựa trên các thống kê hiện có từ Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội.
Bảng 1-1 liệt kê một số loại máy xúc tiêu biểu một gàu TĐTL đang sử dụng ở Việt Nam, bao gồm thông tin về mã hiệu máy, nước sản xuất, dung tích gầu, công suất động cơ, kiểu bơm thủy lực, trọng lượng và kiểu động cơ thủy lực Các mẫu máy như E1251, EO-1123, và WH-500 đến từ Liên Xô, Đức và Tiệp Khắc, với dung tích gầu từ 0,3 đến 1,25 m3 và công suất động cơ dao động từ 48 đến 146 Hp Thông tin này cung cấp cái nhìn tổng quan về các loại máy xúc đang phổ biến trên thị trường Việt Nam.
Bảng 1-1 thống kê các loại máy xúc một gầu sử dụng truyền động thủy lực phổ biến tại Việt Nam cho thấy xu hướng tăng áp suất dầu công tác từ 250-350 kG/cm² trong những năm gần đây Các loại máy xúc này thường được trang bị bơm và động cơ thủy lực có khả năng điều chỉnh lưu lượng Sự phát triển của công nghệ thủy lực đã dẫn đến việc máy xúc truyền động thủy lực ngày càng trở nên phổ biến tại nước ta, chiếm tỷ lệ sử dụng đáng kể.
Truyền ủộng và ủiều khiển thủy lực trờn cỏc mỏy xõy dựng tự hành
Trên thế giới trước những năm 1965 nền công nghiệp thủy lực chưa phỏt triển nờn mỏy xõy dựng tự hành ủa số là truyền ủộng cơ khớ
Từ năm 1965 đến 1975, ngành công nghiệp thế giới đã trải qua những cải biến cơ bản, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo máy móc Một trong những thay đổi quan trọng là việc áp dụng hệ thống truyền động thủy lực vào các máy xây dựng tự hành.
Hiện nay, truyền động thủy lực đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống máy xây dựng tự hành, bao gồm cơ cấu quay, hệ thống lái, cơ cấu di chuyển và hệ thống điều khiển thiết bị công tác Việc sử dụng truyền động thủy lực giúp tăng hiệu suất và tính linh hoạt cho các máy móc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành xây dựng.
1.3.2 Cỏc dạng cấu trỳc cơ bản, phổ biến của hệ thống truyền ủộng và ủiều khiển thủy lực trờn cỏc mỏy xõy dựng tự hành
1.3.2.1 Cấu trỳc và hoạt ủộng của một bộ truyền ủộng thủy lực
Cấu trúc và tác động lẫn nhau của các nhúm cấu trúc truyền động thủy lực được trình bày trong hình 1.1 Phần thủy lực bao gồm bơm thủy lực để tạo áp suất dầu, xy lanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực và phụ tải Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các van điều khiển và các bộ phận phụ trợ thủy lực đặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bộ tích áp và các bộ phận khác.
Hỡnh 1.1 Sơ ủồ truyền cụng suất trong một thiết bị thủy lực
Mô tơ động lực thường được sử dụng là động cơ điện hoặc động cơ đốt trong để truyền động cho bơm mô men quay M1 với tần số quay n1 (vòng/phút) và cung cấp công suất cơ học.
Cụng suất này ủược chuyển ủổi thành cụng suất thủy lực trong bơm:
Trong ủú: p là ỏp suất dầu yờu cầu từ mỏy cụng tỏc
Lưu lượng Q được xác định từ tần số quay và kích thước của bơm Áp suất trong thiết bị thủy lực được dẫn qua các ống và van điều khiển đến xi lanh hoặc động cơ thủy lực Tại đây, công suất thủy lực được chuyển đổi thành công suất cơ học cần thiết cho máy công tác Đối với các xi lanh thủy lực, công suất cần thiết được tính toán dựa trên lực yêu cầu trên cần piston và vận tốc piston Còn đối với động cơ thủy lực, công suất yêu cầu được tính toán dựa trên thông số của máy công tác.
Sơ đồ kỹ thuật biểu diễn bộ truyền theo ký hiệu mạch thủy lực được trình bày trong hình 1.2 Hình 1.2a mô tả hoạt động chung của bơm thủy lực, xy lanh thủy lực và thùng dầu Trong sơ đồ này, bơm có thể tích làm việc không đổi và một xi lanh tác động kép Bơm thủy lực hút dầu từ bể và cung cấp lưu lượng dầu Q với áp suất p lên xi lanh Lưu lượng Q tỉ lệ thuận với tần số quay của bơm dầu và xác định vận tốc của piston Mô men truyền lực tỉ lệ thuận với áp suất được tạo ra ứng với tải trọng tác động lên piston.
Bơm chỉ cung cấp dầu theo một chiều, trong khi xi lanh cần chuyển động cả hai chiều, do đó cần có một van phân phối để điều chỉnh dòng dầu đến mỗi phía của piston Van phân phối xác định hướng di chuyển của piston Khi dầu từ bơm đi qua van phân phối đến bên trái của xi lanh, piston sẽ di chuyển sang phải, trong khi dầu ở bên phải piston sẽ chảy qua van trở về thùng dầu Hành trình trở về được thực hiện khi van phân phối chuyển sang vị trí đối diện Tại vị trí trung gian của van phân phối, cả hai đường dầu đến xi lanh đều bị chặn, cho phép dòng dầu từ bơm chảy gần như không có áp suất về thùng.
Hình 1.2 mô tả cấu trúc cơ bản của một xy lanh thủy lực, bao gồm hành trình tiến và hành trình trả về Để đảm bảo an toàn cho thiết bị thủy lực và hạn chế áp suất cực đại, người ta sử dụng các loại van giới hạn áp suất (hình 1.2b, c) Khi áp suất dầu vượt quá lực lò xo, van sẽ mở, cho phép dòng dầu từ bơm chảy qua van về thùng, mang theo nhiệt lượng sinh ra trong hệ thống.
Sơ đồ truyền động cho động cơ thủy lực có thể được sử dụng tương tự như sơ đồ hoạt động và sơ đồ mạch thủy lực Động cơ có khả năng quay hai chiều nhờ vào chuyển mạch và van phân phối Van giới hạn áp suất được lắp đặt để giới hạn mô men quay khi quá tải.
Hỡnh 1.3 Truyền ủộng cho một ủộng cơ thủy lực
1- Van giới hạn áp suất; 2- Van phân phối 4/3; 3- ðộng cơ thủy lực
Hệ thống ủiều khiển thủy lực bao gồm cỏc phần tử sau:
1) Cơ cấu tạo năng lượng: Bơm dầu, bộ lọc
2) Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn
3) Phần tử sử lý: van ỏp suất, van ủiều chỉnh từ xa
4) Phần tử ủiều khiển: van ủảo chiều
5) Cơ cấu chấp hành: xi lanh, ủộng cơ thủy lực
Hỡnh 1.4 Sơ ủồ hệ thống ủiều khiển thủy lực a) Sơ ủồ khối của hệ thống ủiều khiển
Hỡnh 1.5 Sơ ủồ hệ thống ủiều khiển b) Cấu trỳc của hệ thống ủiều khiển thủy lực
Hỡnh 1.6 cấu trỳc hệ thống ủiều khiển
1.3.3 Sơ ủồ mạch truyền ủộng và ủiều khiển thủy lực trờn mỏy xỳc tự hành
1.3.3.1 Hệ thống thủy lực trờn mỏy xỳc ủiều chỉnh tổng cụng suất
Mạch thủy lực trong hệ thống là mạch nối ghộp hai mạch hở ủược cung cấp dầu từ hai bơm ủiều chỉnh tổng cụng suất
Hỡnh 1.7 Hệ thống thủy lực trờn mỏy xỳc ủiều chỉnh cụng suất
Bơm 1 cung cấp dầu cho các khôi van A và C mắc nối tiếp Bơm dầu 2 cung cấp dầu cho các khối van B và C cũng mắc nối tiếp Hai phụ tải trên mỗi khối van ủược mắc song song Cỏc van chặn dũng ngăn ngừa dịch chuyển không mong muốn của các phụ tải khi chịu tải lớn Nhờ liên hợp như vậy hai phụ tải trờn mỗi khối bất kỳ ( ngoài hệ thống di ủộng) cú thể hoạt ủộng ủồng thời và khụng phụ thuộc lẫn nhau, khi ủú chỳng luụn ủược cung cấp dầu từ một bơm riờng Tất cả cỏc bộ phận làm việc ủều cú bộ phận bảo vệ ỏp suất riờng, trờn xy lanh cũn cần ủược bổ xung một van chặn dũng tiết lưu ủể giới hạn vận tốc tụt xuống Dũng dầu về ủược lọc dầu và làm mỏt Van ỏp suất 1 ủược ủiều khiển từ ỏp suất vào trờn ủường dầu về của ủộng cơ di ủộng cú tỏc dụng ngăn ngừa vận tốc quá cao khi hạ xuống hố bằng cách tiết lưu dòng dầu khi ỏp suất vào quỏ nhỏ Mỏy xỳc ủược lỏi bằng cỏch tiết lưu trờn ủường dầu vào cỏc ủộng cơ ở hai bờn xớch
1.3.3.2 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc
Hệ thống hoạt động bao gồm bốn bơm thủy lực: bơm điều khiển 1, 2, 3 và bơm cung cấp dầu cho hệ thống di chuyển cùng các xi lanh thủy lực Hai bơm thủy lực có thể hoạt động độc lập, cung cấp dầu cho điều khiển trước và bàn xoay Bơm dầu 1 được điều chỉnh bởi bộ điều chỉnh liên hợp, bao gồm bộ điều chỉnh dòng 5 và bộ điều chỉnh áp suất 6 Áp suất làm việc trong mạch thủy lực bàn xoay tác động trực tiếp vào con trượt của van 6, trong khi áp suất bơm của bơm dầu 2 được truyền qua tay ủn 7 đến con trượt của van 6 Quá trình điều khiển thay đổi của van này phụ thuộc vào vị trí của xi lanh điều khiển bơm 8 Khi lưu lượng từ bơm 1 lớn, sự thay đổi áp suất hệ thống sẽ tác động đến quá trình điều khiển bơm nhỏ, trong khi lưu lượng lớn sẽ tạo ra điều khiển mạnh hơn Điều này tạo ra một đường hyperbol công suất theo yêu cầu để điều chỉnh công suất Các van nhạy tải 9-13 được kết nối với mạch trước thông qua các cần áp suất sơ cấp 14-18, cho phép điều khiển chuyển động đều của tất cả các phụ tải ngay cả khi có các áp suất tải khác nhau.
Mỗi áp suất tải cao nhất được dẫn qua van điều chỉnh để cung cấp 5, nhằm tránh bị ngắt áp suất nhạy tải và điều khiển bơm 1 khi dũng chuyển động xuống dốc Các cản áp suất sơ cấp 17 và 18 được tác động từ phía áp suất cao thông qua các van chuyển mạch 23 và 24 trong mạch thứ cấp của hệ thống.
Hình 1.8 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc
Các thành phần chính của hệ thống bao gồm bơm dầu (1,2,3,4), bộ điều chỉnh dũng (5), bộ điều chỉnh công suất (6), tay ủn (7), xy lanh điều khiển bơm (8), các van nhạy tải (9,13), các côn áp suất (14,18), các van ủi chiều (19,22) và van chuyển mạch (23,24).
1.3.3.3 Hệ thống thủy lực ủiều khiển ủiện tử trờn mỏy xỳc
Hệ thống làm việc với 3 bơm dầu điều khiển 1, 2, 3 và một bơm không thay đổi thể tích làm việc 4 Việc điều khiển và giám sát các bơm thủy lực và động cơ truyền lực được thực hiện nhờ một hệ thống vi xử lý Bàn xoay được cung cấp dầu từ bơm 1 trong mạch kín, trong khi các bơm còn lại hoạt động trong mạch hở Bơm 1 luôn cung cấp cho động cơ bàn xoay một lưu lượng ổn định để giữ áp suất trên động cơ bàn xoay ở giá trị cần thiết Khi áp suất tăng, mô men quay tỷ lệ thuận với độ lệch của tay điều khiển Hệ thống cũng có khả năng vận dụng năng lượng để làm hoạt động các bơm khác, với bơm 1 hoạt động ở chế độ động cơ.
Hỡnh 1.9 Hệ thống thủy lực 3 bơm ủiều khiển ủiện tử trờn mỏy xỳc
1,2,3,4- Bơm dầu; 5,6,7,8- Van phân phối; 9- Các van chặn;
10,11- Bộ ủiều chỉnh cụng suất;
Khối điều khiển van phân phối từ 5 đến 8 được thiết kế để khi chỉ tác động đến một phụ tải, nó sẽ chịu tác động của lưu lượng dầu từ bơm 2 và bơm 3 Bơm 2 và bơm 3 được điều khiển theo nhu cầu nhờ áp suất điều khiển trước của van phân phối mở rộng nhất.
ðặc ủiểm kết cấu, sử dụng, ủiều kiện làm việc của mỏy xõy dựng tự hành ở Việt Nam
dựng tự hành ở Việt Nam
1.4.1 ðặc ủiểm kết cấu của mỏy xõy dựng tự hành ở Việt Nam
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại, kỹ thuật thủy lực đã mang lại nhiều khả năng mới cho các nhà thiết kế cơ khí so với các giải pháp cơ khí truyền thống Kỹ thuật này cho phép thực hiện các chức năng trước đây chỉ có thể thực hiện bằng cơ khí thông qua các bộ phận thủy lực Nhiều bộ phận cơ cấu cơ học đã được thay thế bằng các bộ phận thủy lực, chẳng hạn như phanh, cơ cấu lái và cơ cấu nâng hạ Điều này đặc biệt thấy rõ trên ô tô, máy xây dựng tự hành, máy nông nghiệp và máy khai thác mỏ Thực tế cho thấy hệ thống thủy lực hoạt động hiệu quả hơn, dễ dàng điều khiển hơn và mang lại lợi ích kinh tế lao động vượt trội.
Truyền động thủy lực là quá trình chuyển hóa và truyền năng lượng giữa các bộ phận trong máy công tác Khác với truyền động cơ học, truyền động thủy lực trải qua hai lần chuyển hóa năng lượng: đầu tiên, năng lượng cơ học được chuyển hóa thành năng lượng của chất lỏng (áp năng), sau đó chất lỏng được dẫn đến vị trí thuận lợi và cuối cùng chuyển hóa thành cơ năng để truyền đến bộ phận nhận năng lượng.
Trong mỏy múc cơ giới húa, truyền ủộng thuỷ lực ủúng vai trũ hết sức quan trọng, nú cú rất nhiều ưu ủiểm như:
Truyền ủược công suất cao và lực lớn thông qua các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đồng thời yêu cầu ít công sức chăm sóc và bảo dưỡng.
- Tốc ủộ truyền ủộng cao;
Điều chỉnh tốc độ làm việc của hệ thống cấp và ủm dịu rất dễ thực hiện, có thể tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc theo chương trình có sẵn Kết cấu của thiết bị gọn nhẹ, các phần tự dẫn và bị dẫn không phụ thuộc lẫn nhau Hệ thống truyền động thường sử dụng các ống mềm, dễ dàng thay đổi vị trí khi cần thiết.
- Có khả năng giảm khối lượng và kính thước các thiết bị nhờ chọn áp suất thuỷ lực cao
Nhờ vào kích thước nhỏ gọn của bơm và động cơ thủy lực, cũng như tính chịu nhiệt của dầu, hệ thống này có thể hoạt động ở vận tốc cao mà không lo bị va chạm, khác với trường hợp truyền động cơ khí.
- Dễ biến ủổi chuyển ủộng quay của ủộng cơ sang chuyển ủộng tịnh tiển của cơ cấu chấp hành
- An toàn quá tải nhờ van áp suất
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ thống thuỷ lực phức tạp và nhiều mạch, nhiều nhánh truyền
- Tự ủộng húa ủơn giản, kể cả cỏc thiết bị phức tạp bằng cỏch dựng cỏc phần tử tiêu chuẩn hóa
1.4.2 ðặc ủiểm sử dụng và ủiều kiện làm việc của mỏy xõy dựng tự hành ở Việt Nam
Môi trường nhiệt đới ở nước ta có độ ẩm tương đối cao (80-100%), trong khi các nước sản xuất thiết bị có độ ẩm thấp (10-20%) Độ ẩm cao là nguyên nhân chính gây ra han gỉ và ăn mòn kim loại, làm tăng hư hỏng Các yếu tố tự nhiên như tạp chất trong không khí và bức xạ mặt trời cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng hệ thống truyền động thủy lực trên các máy xây dựng Đặc biệt, ở những khu vực thi công cách bờ biển 30 km, hàm lượng muối trong khí quyển tăng lên, làm tăng tốc độ han gỉ và mài mòn, giảm hiệu quả khai thác máy Do đó, cần lựa chọn hoặc chế tạo các loại máy có khả năng chịu ăn mòn tốt Bức xạ mặt trời tác động trực tiếp lên hệ thống truyền động thủy lực, với nhiệt độ có thể đạt đến 60°C, làm tăng nhiệt độ của chất lỏng, giảm độ nhớt, và tăng khả năng dũ rỉ Tia tử ngoại cũng làm tăng quá trình oxi hóa, dẫn đến ăn mòn và lão hóa các chi tiết cao su, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của hệ thống và máy.
Thực trạng công tác tổ chức, quản lý và khai thác hệ thống truyền động thủy lực tại Việt Nam còn yếu kém, thể hiện qua việc lựa chọn máy móc không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và thông số của hệ thống Số lượng máy móc được bố trí không tương xứng với khối lượng công việc và thời gian sử dụng hợp lý, dẫn đến chế độ làm việc không hiệu quả Điều này gây hư hỏng cho hệ thống, giảm tuổi thọ và khó phát huy các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy, làm cho tuổi thọ của máy bị giảm sút.
Sau một thời gian khai thác, hơn 80% sự cố hư hỏng của máy xây dựng liên quan đến hệ thống truyền động thủy lực, tỷ lệ này gia tăng theo thời gian sử dụng Tuổi thọ của hệ thống này ngắn hơn dự kiến, dẫn đến việc máy bị hư hỏng nghiêm trọng hoặc phải thanh lý sớm Nhiều ưu điểm của hệ thống truyền động thủy lực chưa được phát huy, cho thấy hiệu quả khai thác máy xây dựng trong điều kiện thực tế ở nước ta còn nhiều hạn chế, ảnh hưởng đến kế hoạch sản xuất.
Tình hình sử dụng, dịch vụ bảo dưỡng sửa chữa hệ thống thủy lực trên các máy xây dựng ở Việt Nam
1.5.1 Tình hình sử dụng, dịch vụ, chăm sóc, sửa chữa máy thủy lực ở Việt Nam
Hệ thống thủy lực đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp tại Việt Nam, dẫn đến nhu cầu cao về dịch vụ chăm sóc, sửa chữa và bảo dưỡng Tuy nhiên, việc sử dụng và bảo trì các máy thủy lực vẫn còn nhiều hạn chế, chủ yếu thực hiện nhỏ lẻ và chỉ dừng lại ở việc sửa chữa khi hỏng hóc Công tác sửa chữa thường diễn ra thủ công, dẫn đến năng suất thấp và chất lượng sửa chữa không đảm bảo Mặc dù hệ thống truyền động thủy lực là công nghệ tiên tiến, nhưng nhiều thợ sửa chữa chỉ dựa vào kinh nghiệm cá nhân để chẩn đoán và khắc phục sự cố, khiến hiệu quả sửa chữa thấp, tốn thời gian và có thể gây hỏng hóc cho cả cụm máy Hiện tại, chưa có hình thức chăm sóc, bảo dưỡng và sửa chữa quy mô lớn nào được áp dụng.
Hầu hết các loại máy xây dựng tự hành tại Việt Nam đều được sản xuất và lắp ráp từ các nước như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ý, Mỹ, Trung Quốc, Nga, Đức, và Thụy Điển, trong khi trong nước chưa có khả năng chế tạo và sản xuất Việc chăm sóc, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ thường do các công ty nhập khẩu thiết bị đảm nhiệm, trong khi các hỏng hóc lớn thường cần đến chuyên gia nước ngoài để thực hiện sửa chữa và thay thế các chi tiết.
Khi thiết bị thủy lực gặp sự cố, việc sửa chữa có thể tốn kém, đôi khi chi phí sửa chữa gần bằng giá một máy mới Thời gian dừng máy để chờ sửa chữa và phụ tùng thay thế thường kéo dài, trong khi chất lượng sửa chữa bị ảnh hưởng bởi chủng loại và dạng thiết bị Điều này dẫn đến thiệt hại kinh tế lớn cho doanh nghiệp.
1.5.2 Tỡnh hỡnh nghiờn cứu về chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực trong và ngoài nước
Chất lượng bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống thủy lực trong nước hiện đang thấp kém và lạc hậu Việc nghiên cứu và cải tiến hệ thống thủy lực ở Việt Nam chưa được chú trọng, đầu tư và nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu công việc.
Hiện nay, một số công ty và hãng sửa chữa tại Việt Nam đã nhập khẩu các linh kiện và thiết bị phục vụ cho công tác chẩn đoán thủy lực Các sản phẩm này bao gồm cảm biến lưu lượng, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tần số quay, cùng với các thiết bị chẩn đoán từ Liên Xô (cũ) và Mỹ.
Mặc dù một số công ty chuyên xuất nhập khẩu thiết bị, nhưng điều này vẫn chưa được phổ biến rộng rãi trong cộng đồng kỹ thuật và giới khoa học.
Nghiên cứu chẩn đoán hệ thống thủy lực trên các máy sử dụng truyền động thủy lực, đặc biệt là máy xây dựng tự hành, là rất cần thiết Để thực hiện điều này, cần mở các lớp đào tạo về chẩn đoán thủy lực và đầu tư mua sắm dụng cụ, thiết bị hỗ trợ Đồng thời, cần thường xuyên đào tạo, bồi dưỡng đội ngũ cán bộ kỹ thuật để nắm bắt công nghệ hiện đại và tiên tiến Mở rộng hình thức liên doanh, liên kết với các doanh nghiệp trong và ngoài nước sẽ tạo cơ hội và điều kiện cho sự hội nhập và phát triển.
Nhiệm vụ và mục ủớch nghiờn cứu
Mục đích của nghiên cứu là đánh giá trạng thái kỹ thuật của hệ thống thủy lực, từ đó cung cấp cơ sở khoa học cho việc bảo trì và sửa chữa các máy xây dựng tự hành.
- Nguyên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đốn kỹ thuật và độ tin cậy máy
- Nghiên cứu kỹ thuật chẩn đốn hệ thống thủy lực
- Xây dựng mơ hình chẩn đốn, quan hệ giữa dấu hiệu chẩn đốn với trạng thái kỹ thuật của các phần tử thủy lực bằng phương pháp mô phỏng
- Thí nghiệm kiểm tra kết quả mô phỏng
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ðOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC
Các khái niệm chung
Hao mòn là dạng hư hỏng phổ biến nhất trong hệ thống thủy lực, chủ yếu do mài mòn bề mặt tiếp xúc, mỏi, gỉ sét hoặc do hư hỏng vật liệu theo thời gian Dưới các điều kiện làm việc khắc nghiệt, tình trạng hao mòn có thể gia tăng do hoạt động quá tải Loại vật liệu và điều kiện sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất và mức độ hao mòn Trong hệ thống thủy lực, các bơm và động cơ thường có đặc điểm hư hỏng điển hình là hao mòn, và việc phân loại cũng như điều kiện hư hỏng của các thành phần trong hệ thống được thể hiện rõ qua hình 2.1.
Hình 2.1 Loại hư hỏng trong hệ thống thủy lực ðể ủỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cần phõn biệt 2 quan ủiểm:
- Phân tích các số liệu hư hỏng
- Phân tích quá trình hư hỏng theo thời gian
Trong trường hợp đầu tiên, người sử dụng ớt thường quan tâm đến các biểu hiện cụ thể của một đối tượng riêng biệt, trong khi các giá trị trung bình có thể không phù hợp Ngược lại, các nhà sản xuất phần tử thủy lực lại chú trọng đến việc tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của sản phẩm.
Mài mòn, gỉ, mỏi và hóa già là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền của các cấu trúc Việc phân tích các số liệu hư hỏng giúp cung cấp cái nhìn tổng thể về tính chất hư hỏng của từng nhóm cấu trúc, từ đó hỗ trợ trong việc đánh giá và cải thiện chất lượng công trình.
Hỡnh 2.2 Tớnh chất hư hỏng của ủối tượng
Cơ sở ủể ủỏnh giỏ số liệu hư hỏng được xây dựng dựa trên phương pháp thống kê học, với bảng phân loại hư hỏng và các thông số đặc trưng của độ tin cậy.
Bảng 2.1 Loại hư hỏng và dạng phân bố toán học
Loại hư hỏng Hàm phân bố
Mài mòn Phân bố chuẩn, phân bố Weibull
Mỏi Phân bố chuẩn logarit, phân bố Weibull
Hư hỏng ngẫu nhiên Phân bố hàm mũ
Hư hỏng sớm Phân bố chuẩn logarit
Hư hỏng hỗn hợp Phân bố chuẩn, phân bố Weibull, phân bố hàm mũ
Hư hỏng sớm Hư hỏng muộn
Bảng 2.2 Cỏc quan hệ cơ bản ủể xỏc ủịnh cỏc thụng số ủộ tin cậy
Thông số Lý thuyết Thực nghiệm
Mật ủộ phõn bố thời ủiểm hư hỏng
Xác suất hư hỏng ðộ hư hỏng
Thời gian trung bình ủến hư hỏng ủầu tiờn
Trong ủú: N o – số phần tử hỏng
N (t) – số cỏc phần tử ủến thời ủiểm hư hỏng n – số phần tử quan sát n(t) – số phần tử quan sỏt ủến thời ủiểm t
Hỡnh 2.3 Quan hệ của cỏc thụng số ủặc trưng với thời gian sử dụng
Đối với người sử dụng truyền động thủy lực, việc nhận biết trạng thái hư hỏng của các nhóm cấu trúc cơ bản là rất quan trọng Quá trình này thường được mô tả bằng một đường cong phụ thuộc vào thời gian Tăng hao mòn do mài mòn trong các nhóm cấu trúc thủy lực chuyển động quay thường thể hiện qua lưu lượng dầu lọt phụ thuộc vào chế độ làm việc.
Hình 2.4 Quan hệ hao mòn theo thêi gian
Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng lọt dầu trong nhúm cấu trúc thủy lực bao gồm việc lựa chọn cặp bề mặt mài mũn phù hợp Hiệu suất thể tích là thông số cơ bản để đánh giá hiệu quả hoạt động của nhúm cấu trúc Để có kết quả chính xác, cần tiến hành thử nghiệm trong cùng một điều kiện hoạt động như áp suất, tần số quay và độ nhớt dầu Khái niệm trạng thái hư hỏng S được đưa ra để biểu diễn tỷ lệ giữa lưu lượng lọt dầu của nhúm cấu trúc mới và cũ Thông số này phản ánh trạng thái kỹ thuật của đối tượng mà không phụ thuộc vào chế độ làm việc.
Nguy cơ h− háng Chạy rà Sử dụng bình th−êng
Nhiệt độ dầu n=const p=const
Lưu l−ợng lọt Q L Đd mài mòn thời gian sử dụng thỡ cú thể biểu diễn quỏ trỡnh hư hỏng là quỏ trỡnh thay ủổi trạng thái ( hình 2.6)
Trạng thỏi giới hạn là giá trị được xác định dựa trên quan điểm kỹ thuật, liên quan đến giới hạn hao mòn, hoặc quan điểm kinh tế, bao gồm các yếu tố như tăng chi phí năng lượng, chi phí hoạt động và khả năng sửa chữa của người sử dụng.
Từ giỏ trị trước khi ủạt ủến trạng thỏi giới hạn cú thể dự bỏo tuổi thọ cịn lại của đối tượng chẩn đốn
Trạng thỏi hư hỏng ủược xỏc ủịnh theo cụng thức:
Trong ủú: QL1 – Lưu lượng lọt của nhúm cấu trỳc mới tại chế ủộ làm việc xỏc ủịnh;
QLX: - lưu lượng lọt của nhúm cấu trỳc ủó mũn tại chế ủộ làm việc xỏc ủịnh
Dựa trên kết quả nhận được, cần triển khai các biện pháp cần thiết để nâng cao độ tin cậy và tối ưu hóa công tác bảo trì hệ thống thủy lực.
Hình 2.6 Quá trình thay đổi trạng thái
Các phương pháp chẩn đốn
Khi chẩn đốn các hệ thống thủy lực cĩ thể sử dụng các thơng số sau
Hệ số cung cấp của bơm thủy lực và hiệu suất thể tích của động cơ thủy lực cùng với xy lanh thủy lực là những yếu tố quan trọng trong hệ thống thủy lực Trị số tương đối của áp suất xung và các thông số của quá trình hoạt động trong hệ thống cũng cần được chú ý, chẳng hạn như thời gian xác lập áp suất (ms) và các thông số dao động âm thanh (dB) Mức ồn trong phần phổ siêu âm (dB) và loại thuần nhất của mỗi chất (độ phân tán thành phần) cũng là những yếu tố cần xem xét để đảm bảo hiệu suất và sự ổn định của hệ thống.
CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT HƯ HỎNG
Hỡnh 2.7: Cỏc phương phỏp chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực
Trên hình 2-7 biểu diễn phân loại phương pháp chẩn đốn các hệ thống thủy lực trờn ụtụ mỏy kộo và mỏy múc xõy dựng, làm ủường
Hiệu quả của các phương pháp phụ thuộc vào cách lắp đặt tải của hệ thống thủy lực trong quá trình chẩn đoán Đồng thời, hiệu quả cũng được đánh giá qua mức độ cần thiết phải tháo dỡ hệ thống thủy lực để lắp đặt các cảm biến, vì những dấu hiệu này được sử dụng để phân loại.
Hiệu quả của các phương pháp phụ thuộc vào cách lắp đặt tải của hệ thống thủy lực trong quá trình chẩn đoán Ngoài ra, mức độ cần thiết để tháo dỡ hệ thống thủy lực nhằm lắp đặt các cảm biến cũng là yếu tố quan trọng, vì những dấu hiệu này được sử dụng để phân loại.
2.2.1 Phương pháp các thông số tĩnh học
Phương pháp này dựa trên các thông số về dung môi chất lỏng được tiết lưu, cụ thể là lượng cung cấp Qo và Qn tương ứng với hai giá trị áp suất po và pn Trong đó, po và pn là các giá trị áp suất cực đại và cực tiểu tại tần số quay không đổi của trục bơm và nhiệt độ môi chất không đổi.
Biểu diễn trên hình 2.8a cho thấy phương pháp xác định các thông số chuẩn đoán và hệ số cung cấp KQ của bơm thủy lực không điều chỉnh được thông qua các thông số tĩnh học.
Hình 2.8 minh họa sơ đồ xác định hệ số cung cấp của bơm Trong đó, a là bơm không điều chỉnh; b là trường hợp khi đặt tải lớn ở một nhánh của bơm hai nhánh điều chỉnh được; và c là khi đặt tải lớn ở cả hai nhánh của bơm hai nhánh điều chỉnh được.
Đường cong điều chỉnh của bơm chẩn đốn và bơm mới là hai yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất bơm Đường cong điều chỉnh lý thuyết của bơm mới cung cấp thông tin về khả năng hoạt động tối ưu Các điểm cụ thể trên các đường cong điều chỉnh cho thấy mối quan hệ giữa áp suất cực tiểu có thể (po) và áp suất danh nghĩa (pn) Hơn nữa, áp suất cực tiểu có thể của một nhánh bơm (p’o) và giá trị áp suất trong một nhánh khi lưu lượng cung cấp (p’n) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích hiệu suất bơm.
Q o là lượng cung cấp trong một nhánh bơm tại áp suất cực tiểu p’ o; Q n là lượng cung cấp tại áp suất danh nghĩa pn; QnH là lượng cung cấp của một nhánh bơm mới ở áp suất tổng ∑pn; Q4, Q5, Q6 là lượng cung cấp của bơm chẩn đoán tại các điểm 4, 5, 6.
Do sự cản trở trong hệ thống thủy lực, áp suất tối thiểu Po thường đạt khoảng 5-20% so với áp suất danh nghĩa Pn Khi loại bỏ sai số hệ thống, KQ cụ thể có thể được tính toán theo công thức nhất định.
KQ = Qn ( pn – po) / ( Qopn – Qnpo ) (2.2)
Nếu tần số quay của trục bơm khi ủo thay ủổi cú thể tớnh theo tỷ lệ:
Trong ủú Qi – lượng cung cấp khi ủo ; nn – tần số quay danh nghĩa của trục bơm; ni- tần số quay của trục bơm khi ủo lượng cung cấp
Việc chuẩn đốn bơm hai nhánh điều chỉnh có thể thực hiện bằng hai phương pháp Phương pháp thứ nhất (hình 2.8b) liên quan đến việc giảm lượng cung cấp nhánh bơm chẩn đốn tại áp suất ∑p = p’ + p’’, trong đó p’ và p’’ là áp suất trong nhánh thứ nhất và thứ hai Quá trình này được thực hiện bằng ngoại suy khi lượng cung cấp Q’ tại áp suất p’ Đặc biệt, áp suất p’ cần phải thấp hơn 5-10% so với áp suất tương ứng khi bộ điều chỉnh công suất bơm bắt đầu làm việc.
Để thực hiện phương pháp chẩn đoán thứ hai, cả hai nhánh bơm cần được tiết lưu một cách đồng bộ, nhằm đảm bảo sự hoạt động hiệu quả của bộ điều chỉnh công suất tổng trong tất cả các khoảng điều chỉnh Khi lượng cung cấp Q’n được ủng hộ, hệ số cung cấp bơm sẽ được xác định.
Trong ủú Q nH – lượng cung cấp của một nhỏnh bơm mới chưa mũn tại sáp suất ∑p n ( hình 2.8c )
Bài viết trình bày sơ đồ mắc bộ thiết bị chẩn đoán hệ thống thủy lực, bao gồm các loại sơ đồ như: a Sơ đồ mắc nối tiếp; b Sơ đồ mạch rẽ; c Sơ đồ chẩn đoán hộp phân phối; d Sơ đồ chẩn đoán xy lanh lực; e Sơ đồ T Các sơ đồ này giúp người dùng dễ dàng hiểu và thực hiện quá trình chẩn đoán hiệu quả cho hệ thống thủy lực.
1- Bơm thuỷ lực; 2- Van an toàn; 3- Bộ thiết bị; 4- Hộp phân phối; 5- Xy lanh lực; 6- Thùng dầu; 7- Đầu nối đặt trong hệ thống thuỷ lực
Kiểm tra và điều chỉnh bộ điều chỉnh bằng cách so sánh trên 3 điểm của đường đặc tính công suất dẫn động hoặc công suất thủy lực Giá trị công suất ở các điểm này cần phải sai lệch không lớn hơn 3%.
Việc chẩn đoán các hệ thống thủy lực được thực hiện thông qua các phương pháp đo lường tĩnh học, sử dụng các thiết bị như đồng hồ đo lưu lượng, manomet, nhiệt kế và bộ tiết lưu điều chỉnh.
Khi chẩn đốn bơm thủy lực, sơ đồ mắc nối tiếp thường được áp dụng, trong đó bộ thiết bị ủược kết nối giữa bơm và van hành trình trên hộp phân phối Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định áp suất tác động của van an toàn và thực hiện điều chỉnh nếu cần thiết.
