[Hướng Dẫn] Đánh Giá Hiệu Suất Bộ Truyền Của Máy Xúc Thủy Lực

Hôm nay B2bmart sẽ giúp mọi người hiểu về cách đánh giá hiệu suất và độ bền của Bộ trích công suất (PTO) của một máy xúc thủy lực lớn có trọng lượng bản thân 100 tấn  

Bộ trích công suất (PTO) là gì ?

Bộ trích công suất (PTO) được sử dụng rộng rãi cho các loại xe đặc biệt, máy móc xây dựng lớn, máy móc công nghiệp và tàu thủy, để phân phối sức mạnh của một trục đầu vào duy nhất từ ​​một động cơ hoặc một động cơ đến một số trục hoặc để thu thập một số trục bằng đơn công suất trục (Mô-men xoắn × tốc độ quay).

Máy xúc thủy lực hạng nặng được trang bị bộ trích công suất (PTO) giữa động cơ chính và một số bơm nhằm mục đích nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu và nâng cao hiệu suất của hệ thống. Bộ trích công suất (PTO) của máy xúc thủy lực hạng nặng có trọng lượng bản thân 100 tấn (= 105 kg) được kết nối với hai bơm thủy lực lớn và một bơm thủy lực nhỏ trên ba trục đầu ra và tải trọng trục khác nhau được tạo ra tùy thuộc vào các đặc tính làm việc của máy xúc.

Chúng tôi đánh giá hiệu suất và độ bền của Bộ trích công suất (PTO) của một máy xúc thủy lực lớn có trọng lượng bản thân 100 tấn. Các tiêu chí đánh giá thử nghiệm để tính toán thời gian sử dụng không sự cố, hiệu suất và thử nghiệm tuổi thọ gia tốc đã được thiết lập, đồng thời phân tích các loại và đặc tính của thiết bị thử nghiệm gia tốc.

Sự nghiên cứu sự phân bố mô-men xoắn với việc sử dụng lệch pha bánh răng để duy trì điều kiện đầu ra của hộp sốvà năng lượng được tiết kiệm bằng cách tuần hoàn công suất thí nghiệm trong khi điều khiển tốc độ và tải bằng hai động lực kế điện. Chúng tôi đã phân tích tuổi thọ của hộp số bằng cách phân tích các hạt kim loại sinh ra trong dầu bôi trơn của hộp số

Giới thiệu

Trong những năm gần đây, do mối quan tâm ngày càng tăng về các vấn đề môi trường và năng lượng, năng lượng gió như một nguồn năng lượng tái tạo đã được quan tâm ngày càng nhiều. Kể từ năm 2005, tốc độ tăng trưởng công suất điện gió bình quân hàng năm đạt 20%.

Dự kiến, năng lượng gió sẽ chiếm 12% nguồn cung điện trên thế giới vào năm 2030 1. Năng lượng gió có tiềm năng trở thành một phần quan trọng của các nguồn cung cấp điện mới và đã đạt được những ứng dụng quy mô lớn. Tính kinh tế của việc phát triển và sử dụng điện gió đã được cải thiện đáng kể và chi phí đã giảm khoảng 30% trong vòng 5 năm qua.

Máy xúc thủy lực là thiết bị xây dựng được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng máy xúc thủy lực cỡ lớn (máy xúc cỡ lớn) tại các nhà máy, mỏ lớn ngày càng gia tăng, giúp tăng hiệu quả công việc và giảm gánh nặng chi phí nhân công cho người lái xe. Tuy nhiên, máy xúc cỡ lớn tiết kiệm nhiên liệu, gây ô nhiễm không khí và không đủ khả năng chống chọi với giá dầu tăng. Do đó, cần phải phát triển một máy xúc hạng nặngvới hiệu suất nhiên liệu được cải thiện 

Máy xúc hạng nặng sử dụng một số bơm thủy lực nhằm mục đích tăng hiệu suất nhiên liệu và cung cấp áp suất thủy lực thích hợp cho một số lượng lớn xi lanh thủy lực như cần nâng, một cánh tay, một cái gầu, v.v., một động cơ di chuyển và một động cơ xoay để thực hiện công việc đào đất. Một đầu vào duy nhất được lấy từ trục đầu ra của một động cơ lớn, và hai bơm thủy lực lớn tương đương với khoảng 40% công suất động cơ và một bơm thủy lực nhỏ tương đương với khoảng 20% ​​được sử dụng,

Hình 1. Hộp số dẫn động bơm thủy lực

Hình 1. Trong trường hợp này, một đầu vào duy nhất bộ trích công suất đa đầu ra (PTO) (sau đây gọi là “hộp số”) được sử dụng để phân phối công suất. Do đó, hiệu suất và tuổi thọ của hộp số rất quan trọng như một thành phần quan trọng trong hoạt động và tuổi thọ của máy xúc.

Để xác minh tính năng và độ bền của hộp giảm tốc, cần phải xác định các điều kiện của tải trọng được áp dụng và phương pháp áp dụng. Để tái tạo các điều kiện vận hành tại hiện trường, trong hộp số cần lắp một máy bơm thủy lực để tạo tải, nhưng cần xem xét đến hiệu quả kinh tế lâu dài.

Hộp giảm tốc có cấu tạo gồm 3 trục ra, trục của bơm thủy lực nhỏ có tiết diện nhỏ nên khi tác dụng cùng một mômen thì trục bị hỏng. Do đó, công nghệ lệch pha bánh răng của hộp số nên được áp dụng để phân phối 20% mô-men xoắn cho một trục đầu ra và 40% mô-men xoắn cho mỗi trong hai trục đầu ra, tương ứng.

Ngoài ra, loại và đặc điểm của cảm biến gia tốc cũng được phân tích và sự phân bổ mômen lệch pha bánh răng được sử dụng để duy trì điều kiện đầu ra của hộp số. Hai động lực kế điện đã được sử dụng để điều khiển tốc độ và tải trong khi luân chuyển công suất thí nghiệm, dẫn đến si 

Trong Công thức 2, thời gian thử nghiệm tuổi thọ N đại diện cho số lần tiếp xúc của các bánh răng, và là một hằng số Δ và một hằng số λ cho ứng suất của thời gian tiếp xúc. 

Công thức 3 được biểu thị bằng tích của thời gian sử dụng tf (giờ), số vòng quay và số lần tiếp xúc q trên một vòng quay. 

Công thức 4 thể hiện:

+ Ứng suất bề mặt (1 kgf ≈9.81 N) Sc (kgf cm−2)

+ Môđun đàn hồi Cp  ()

Lực tiếp tuyến ở vùng ăn khớp Wt (kgf ), hệ số quá tải Ko, hệ số động Kv, hệ số độ lớn Ks, tình trạng bề mặt Cf, chiều rộng bề mặt thực F (mm) đối với phần mỏng và hệ số hình dạng bánh răng 

Công thức 5 biểu thị tải trọng tiếp tuyến Wt là tỷ số giữa truyền mô menτ với tốc độ quay u trong một phút của bánh răng truyền mô men và đường kính bước răng làm việc (mm) d. Phương trình 6,7,8 có thể nhận được bằng cách đưa phương trình 3,4,5 vào phương trình 2.

Hệ số gia tốc AF có thể được biểu thị bằng Công thức 9 và 10, được biểu thị bằng tỷ số giữa điều kiện tại hiện trường và điều kiện ứng dụng thử nghiệm. Giá trị λ1 cho việc lắp bánh răng có thể được tìm thấy thông qua đường cong S − N, trong đó giá trị chỉ số của Sc là 10 kgf cm−2 (98.1 N cm−2) và độ dốc có thể được xác định trong ANSI / AGMA mặc dù là một sự khác biệt.

Hình 2: S − N Đường cong đối với bánh răng rỗ.

Hình 2. Mô-men xoắn được chọn làm hệ số gia tốc để kiểm tra tuổi thọ gia tốc của sự ăn khớp của hộp số. Mô hình định luật sức mạnh vũ trụ được chọn làm mô hình gia tốc và mô-men xoắn tương đương ở điều kiện bình thường là 1.372 N m, và mô-men xoắn tương đương ở điều kiện gia tốc là 3.000 N m 4.

Ngoài ra, chỉ số gia tốc (m) của mô-men xoắn đã được áp dụng và hệ số gia tốc (AF) ở điều kiện thử nghiệm tăng tốc, hệ số gia tốc (AF) 45.03 được sử dụng theo kết quả của Công thức 11

Ở đây, AF là hệ số gia tốc, Tfield và Nfield là mô-men xoắn và số vòng quay của điều kiện sử dụng, Ttest và Ntest ​​là mô-men xoắn và tốc độ quay của điều kiện thử nghiệm gia tốc, và m và n là chỉ số gia tốc. Do đó, thời gian thử nghiệm gia tốc tối thiểu (tna) của hộp bánh răng dẫn động bơm của máy xúc hạng nặnglà khoảng 1.620 h như trong biểu thức (12) 

Không có thời gian hỏng hóc nào được tính toán bằng cách coi việc lắp bánh răng là chế độ hỏng hóc chính như đã mô tả ở trên. Thông số hình dạng là 1.7, chỉ số gia tốc là 5 và thời gian thử nghiệm độ bền liên tục được tính là 1,620 giờ.

Khi ổ trục được coi là bộ phận chính của chế độ hỏng hóc, thời gian thử nghiệm độ bền khoảng 8.200 h được tính toán trong cùng điều kiện gia tốc với thông số hình dạng 1.3 và chỉ số gia tốc 10/3. Do đó, có thể lắp ổ trục với công suất lớn nên tuổi thọ thiết kế dài hơn nhiều so với tuổi thọ thiết kế bánh răng. Nếu vòng bi được thử nghiệm trên cơ sở tuổi thọ, thì quá trình thử nghiệm bắt buộc phải kéo dài khoảng ba năm, điều này thực tế là không thể.

Trong thử nghiệm tương tự như hộp bánh răng ngắt điện (PTO), sự ăn khớp của bánh răng tiếp xúc với tải trọng cao 30 lần / giây khi quay ở 1800 min-1 có tỷ lệ hỏng hóc cao hơn so với ổ trục và bánh răng. phù hợp đã được chấp nhận như là chế độ lỗi chính xem xét các yêu cầu thử nghiệm của khách hàng.

Chúng tôi cũng phân tích thành phần hóa học của chất bôi trơn hộp số theo định kỳ để theo dõi tình trạng mài mòn răng, tốc độ, nứt vỡ, hư hỏng sứt mẻ và mòn ổ trục và hư hỏng của các bánh răng bên trong hộp số trong quá trình thử nghiệm gia tốc kéo dài với quá tải trong 1.620 h. Gia tốc kế được gắn vào phần chính của sản phẩm thử nghiệm để đo tần số và một lỗi đã được chẩn đoán bằng cách phân tích phổ tần số định kỳ. 

Khi bắt đầu kiểm tra hộp số, kiểm tra tuổi thọ được thực hiện mà không cần thay thế chất bôi trơn lên đến khoảng 210 h sau khi bơm dầu mới. Phân tích thêm dầu bôi trơn được thực hiện sau 210 h để được đánh dấu riêng trên đồ thị. Dầu nhớt đã được thay thế sau khi trải qua 498 giờ, 738 giờ, 936 giờ và 1019 giờ trong quá trình thử nghiệm.

Kết quả sau 1.019 giờ chỉ ra rằng 402 × 10^(−6) và 165 × 10^(−6) sắt (Fe) được phát hiện lần lượt ở cả đầu vào và đầu ra, vẫn cao hơn đáng kể so với các giá trị tham chiếu của 100 × 10−6, Bảng 3. Điều này có cho thấy rằng mức độ ô nhiễm có xu hướng tăng theo cấp số nhân, và từ 1.019 giờ sau đến 1.300 giờ, kết quả cho thấy hàm lượng sắt (Fe) tăng đáng kể. Do đó, người ta cho rằng độ mòn bánh răng tăng mạnh và bánh răng gần như đạt tuổi thọ giới hạn

Kết luận

Trong nghiên cứu này, một thiết bị thử nghiệm đã được chế tạo với công nghệ phân phối mô-men xoắn để kiểm tra độ bền của hộp số cất cánh đa công suất đầu vào (PTO), kiểm tra tuổi thọ gia tốc được thực hiện và phân tích hiệu quả và thành phần dầu bôi trơn được thực hiện để xác nhận độ bền trong quá trình thử nghiệm.

Nếu ba máy bơm lắp thực tế được sử dụng để tải trong thử nghiệm Bộ trích công suất (PTO), các điều kiện vận hành tại chỗ có thể được tái tạo, nhưng không thể thực hiện thử nghiệm quá tải.

Khi tiến hành thử nghiệm Bộ trích công suất (PTO) trong một thời gian dài, phương pháp điều khiển của lực kế xoay chiều 1700 HP đã được áp dụng, tiết kiệm khoảng 85% năng lượng thử nghiệm bằng nguồn điện tuần hoàn.

Khi công nghệ phân phối mô-men xoắn được phát triển bằng cách sử dụng lệch pha bánh răng của hộp cất cánh công suất đầu ra (PTO), hai trong ba trục đầu ra có thể được tải 40% và trục còn lại 20%.

Thử nghiệm tuổi thọ gia tốc như thử nghiệm độ bền đã được thực hiện trong 1.620 giờ trong điều kiện thử nghiệm là 1.800 phút-1 và 3.000 N m, với tốc độ quay và mô-men xoắn là hệ số gia tốc.

Kiểm tra hiệu quả được tiến hành trước và sau khi kiểm tra độ bền để quan sát sự thay đổi về hiệu suất và cho thấy kết quả 98,2% hiệu suất có thể đáp ứng 98% yêu cầu của người sử dụng.

Phân tích ô nhiễm dầu bôi trơn được thực hiện định kỳ để phân tích các kiểu mài mòn của bánh răng bằng cách không dự đoán tuổi thọ của hộp số, và hàm lượng sắt (Fe) tăng nhanh sau 1019 giờ, điều này cho thấy độ mòn của bánh răng tăng mạnh v có thể được xác định là đã đạt đến tuổi thọ giới hạn.

Hiệu suất máy như năng suất lao động của con người, qua bài viết cách đánh giá hiệu suất và độ bền của Bộ trích công suất (PTO) của một máy xúc thủy lực hy vọng bạn đọc của B2bmart.vn bảo dưỡng đúng  cách và sử dụng hiệu quả thiết bị của mình.