Dồ an thiết kế may uốn thep ống cỡ lớn

Trang 1

LOI NOI ĐẦU

Trước hết em xin bảy tổ lỏng biết ơn sâu sắc nhất tối các Thầy Cô giáo

trưởng Đại học bách khoa Da Nang da chi day em tan tinh trong hon 4 năm học

gua

Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí ngành Chế

Tao May trưởng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, các Thây Cô trưởng Đại học Sư Pham Da Nang đã nhắc nhỏ, gitip dé, tao moi diéu kién thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và làm để tải tốt nghiệp

Đặc biệt em xín chân thành cảm on Thay giáo, Th.S Nguyễn Đắc Lực trưởng Dai Hoc Bach Khoa Da Nang, đã nhiệt tỉnh chỉ dạy, hướng dẫn, guúp đỗ em trong

suốt thỏi gian lam dé tai tốt nghiệp

Em cũng xin chân thành cẩm ơn Thầy cô giáo bộ môn đã bỏ thỏi gian quý

báu của mình để dọc, nhận xét, duyệt đồ án của em

Em xin chân thành cảm ơn các ký sư, cẩn bộ ký thuật, công nhân Công TY Sông Thu đã chỉ dẫn, cung cấp tải liệu cho em trong quá trình làm tốt đồ án tốt nghiệp

Em củng xin bảy tổ lỏng biết ơn của mình đến mọi người trong gia đình, các Anh Chị vả các bạn đã động viên, giúp đổ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập

Cuối củng em xin bay to long biét on toi cde Thay lä chủ tịch Hội đồng bảo vệ và uý viên Hội đồng đã bở thỏi gian quý báu của mình để đọc, nhận xét vả tham

Trang 2

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn Chương Ï :

GIGI THIEU CAC SAN PHAM UON VA

NHU CAU SU DUNG

1.1 Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống 1.1.1 Lịch sử phát triển của ống

Lịch sử của việc sản xuất ống được bắt đầu tử việc sử dụng những khúc gỗ

rỗng để cung cấp nước cho các thành phố thời trung cổ Việc sử dụng những ống

gang ổ Anh và Pháp trổ nên phổ biến vào dau thé ki XIX

Những ống thép đúc đầu tiên được tìm thấy ở Philadenphia vào năm 1817 và

ở New York vào năm 1832 Sự phân phối khí cho các đèn khí đảo được tìm thấy đầu tiên ổ Anh, người ta đã sử dụng thép tắm cuộn qua con xúc xắc tạo thành ống và hàn

mép lại với nhau

Vào năm 1887 đường ống đầu tiên được làm tử thép Bethkhem ổ Mỹ Ống

thép có đưởng han đã được sản xuất thử vào giữa thế kỈ 19 bằng nhiều phương tiện khác nhau; quy trình Mannesmanm dã được phát triển ổ Đúc vào năm 1815 và hoạt động có hiệu quả thương mai ổ Anh vào năm 1887

Ống thép không han được sẵn xuất lẳn đầu tiên thành công ổ Mỹ vào năm 1895

Vào đầu thế kỉ 20 ống thép không hàn đã được chấp nhận rộng rãi khi cuộc

cách mạng công nghiệp được tiến hành với ngành ô tô, nghành tái lọc dầu, hệ thống

các ống dẫn, các giếng dầu, các lò hơi phát điện kiểu cổ

Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sự phát triển của

ngành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khả năng chịu được những điều kiện đòi của môi trường như là: nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các áp dụng chịu áp lực và

dải nhiệt thay đổi Ống thép đã được sử dụng một cách tin cậy trong các ngành công

nghiệp quan trọng; các đường ống từ Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử 1.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống

Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là Liên Xô (20 triệu tấn) Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản (10,5 triệu tấn)

Việc sẵn xuất các sản phẩm thép dạng ống sẽ duy trì được ở mức độ trên là phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giói như là nghành khai thác dầu, xây lắp các nhà máy điện, công nghiệp sẵn xuất ôtô Ví dụ như, ở những vùng kinh

tế có giá dầu thấp do vậy ít có nhu cầu khoan thêm các giếng dầu Kết quả là nhu cầu sản xuất ống thép cho nghành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống

Trang 3

Một ví dụ tương tự là sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp Tổng sản lượng trên toàn thế giói là sự tổng hợp các ảnh hướng tử các khu vực kinh tế địa phương ở từng nước trên toàn thế giới

1.1.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống

Từ xưa con người đã biết sử dụng những vật thế tròn xoay bằng đá hoặc bằng gỗ để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đường, ép các loại dầu lạc, hướng dương Những vật thể tròn xoay này dẫn được thay thế bằng nhôm, thép, đồng thau

và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp trên các

máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triển thì nó

ngày cảng được hoản thiện dẫn ví dụ như ban đầu các trục cán cỏn dẫn động bằng sức người, nhưng khi sản xuất doi hỏi năng xuất cao hơn thì máy ngày càng to hơn

thì con người không thể dẫn động được các trục cán này thì ta lại dẫn động bằng súc

trâu, bò, ngựa Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng công xuất động cơ là mã lực (sức ngựa)

Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán nói chung được chuyến sang

dùng động cơ hơi nước Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì vậy sản phẩm cán, uốn được phong phú hơn trước có cả thép tấm, thép hình, đông tắm,

đồng dây Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu vật liệu thép tắm phục vụ

cho công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà chiếc máy cán 4 trục đầu tiên ra đởi vào năm 1870 Sau đó là chiếc máy cán 6 trục,12 trục, 20 trục và dựa trên nguyên lý của máy cán thì máy uốn được ra đời trong các loại máy này có máy uốn ống

Từ khi điện ra đời thì máy cán được dẫn động bằng động cơ điện, đến nay có

những máy cán có công suất động cơ điện lên đến 7800 (KW)

Ngày nay do sự hoàn thiện và tiến bộ không ngửng của khoa học kỹ thuật cho nên các máy cán được điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động làm việc theo chương trình điều khiến

1.2 Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống

1.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp

Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rất rộng rãi dùng để

dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu,dẫn khí được ứng dụng trong rất nhiều ngành như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia

Trong nghành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đường ống cũng

đóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoáng sản góp phần tiết kiệm chi phí trong vận chuyển và sản xuất

1.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt

Trong sinh hoạt sắn phẩm ống cũng được úng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox Các sắn phẩm như: lan can, bàn

ghế

Trang 4

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn Một số hình ảnh minh hoạ Hinh 2 : Sản phẩm ống 1.3 Các thông số phôi ống 1.3.1 Ống thép đen Đường Đ.kính trong Số kính

danh nghĩa câybó |ngoài | Chiều | Divi

A (mm) | B (inch) | Pcs/BD | (mm) day tr.lượng

Trang 7

15 Ø21.4 2.6 6 1.21 168 1.22 Hạng 20 226.9 2.6 6 1.56 113 1.058 /class 25 033.8 3.2 6 2.41 80 1.157 BS-M 32 42.5 3.2 6 3.1 61 1.135 (vach 40 Ø248.4 3.2 6 3.57 52 1.114 xanh) 50 60.3 3.6 6 5.03 37 1.117 65 O76.0 3.6 6 6.43 27 1.042 80 88.8 = 6 8.37 24 1.205 100 114.1 4.5 6 12.2 16 1.171

1.3.3 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm ống uốn

Trong cuộc sống hiện nay thì sản phẩm của ống uốn được ứng dụng rộng rãi cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp thì sẵn

phẩm ống uốn giữ một vai trò quan trọng vì nó được dùng làm để dẫn nhiên liệu

cả khí lẫn lông, đã có những đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia Trong sinh

hoạt thì sản phẩm ống uốn được úng dụng rộng rãi ví dụ làm lan can, bàn ghế, dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt

Trang 8

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cố lớn Chuong IT:

CO SG LY THUYET CUA QUA TRINH BIEN DANG

KIM LOAI

2.1 Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại

Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các

giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Tùy theo từng

cấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các múc độ khác

nhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tỉnh thể kim loại trên cơ sở

đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim

Trong đơn tỉnh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định,

Rs A + ^ ^ ^ * # A È ? z

môi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân băng của nó

Hình 3 : Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thé

+ Biến dạng dàn hỏi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tính thể bị biến dạng

Khi úng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên

tử kim loại dịch chuyến không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực,

mang tinh thể trỏ về trạng thái ban đầu

+ Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

Trang 9

Theo hình thúc trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phan

còn lại theo một mặt phẳng nhất dịnh, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (e) Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyến tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trổ về trạng thái ban đầu

Theo hình thức song tỉnh, một phân tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mdi

đối xúng với phần còn lại qua I mặt phẳng gọi là mặt song tỉnh (d) Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng ti lệ với khoảng cách đến mặt song

tỉnh Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dếo do song tỉnh gây ra rất bé, nhưng khi có song

tỉnh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẻo của đa tỉnh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tỉnh thể (hạt tỉnh thể ), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tỉnh thể Trong đa tỉnh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giói hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ổ các hạt có mặt trượt tạo với hướng của úng suất chính 1 góc bằng hoặc xap xi 45°, sau đó mới đến các hạt khác Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa

tỉnh thể xảy ra không đồng thởi và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoại lực,

biên giới hạt của các tinh thế cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy Tính dễo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt

các nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trang thai ting suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng

2.1.1.1 Ảnh hưởng của thành phân và tổ chức kim loại

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tỉnh thể lực liên kết giữa các nguyên tử

khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mang thường phúc tạp, xô lệch mạng lón, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức

cần trổ sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim

Trang 10

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn

có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ỏ biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dễo của kim loại

2.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dễo của kim loại phụ thuộc rất lón vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng,

đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tổn tại ổ pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyến biến thì hình thành pha có độ dẻo cao Khi nung thép tử 20 + 100C thì độ déo tăng chậm nhưng tử 100+400°C độ dẻo giảm nhanh,

độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 600°C), quá nhiệt độ này thì độ dễo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng cao thì súc

chống biến dạng cảng lón

2.1.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tỉnh thể bị võ vụn, xô lệch mạng tăng,

úng suất dư lón làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cúng) Khi

nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25+0,30 T„ (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xô lệch

mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trổ lại (hiện tượng phục hồi) Nếu

nhiệt độ nung đạt tới 0,4T,„„ trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tỉnh lại, tổ chức kim loại sau kết tỉnh lại có hạt đồng đều và lón hơn, mạng tinh thể hoàn thiện

hơn nên độ dẻo tăng

2.1.1.4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái úng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu úng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đường

hoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng

suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm

2.1.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai

cúng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lón hơn, đồng thời khi nhiệt độ

nguội dân sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tỉnh lại thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trổ lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lón, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nút

Nếu lấy 2 khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên

máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lón hơn nhưng độ biến

dạng tổng cộng trên máy ép lón hơn

Trang 11

2.1.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình đẻo

Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau : Si Ø1 Ơi 2 - Ao 03 Hình 4 : Các dạng ứng suất chính Ứng suất đường : 1„ax= O12 (1.1) Ứng suất mặt : r„„,= (G; - Ø›)/2 (1.2)

Ứng suất khối : t„„,= ( Ø„¿y - T„ax ) (1.3)

Nếu 6; = 6) = ơ; thì t = 0 và không có biến dạng Ứng suất chính để kim loại

biến dạng dẻo là biến dạng chảy ơ,;,

Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường :

ƠI =O, tlic Tmay= Ơe2 (1.4)

Khi kim loại chịu ứng suất mặt :

Øị~Øa| =9a (1.5)

Khi kim loại chịu ứng suất khối :

may ~Ømn ~ Omax (1.6)

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi Thế năng của biến dạng

đàn hồi

A=A,+A, (1.7)

Trong do :

Ay : thé nang dé thay déi thể tích vật thể (trong biến dạng đàn hôi thể

tích của vật thể tăng lên, tÍ trọng giảm xuống)

A, : thế năng để thay đổi hình dáng vật thể

Trạng thái úng suất khối, thế năng biến dạng đàn hỏi theo định luật Húc được

xác định:

Trang 12

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn A= (o1& + OnE) + 0363 )/2 ` (1.8) Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc: 1 E¡ = —Ï 8 - H(G; + G; ) E (1.9) 1 & = 1&2 HỆm † G;) (1.10) 1 f= 51 8s~ Moi + 62) (1.11) Theo (1.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biếu thị: A= I 6,’ + 62° + 637 - 2H(G¡G; † Ø;Øyt 0105 ) Lượng tăng tương dối thể tích của vật trong biến dạng đàn hôi bằng tống biến dạng trong 3 hướng cùng góc:

AF =e, F +6; +e= 2H (o,+0,+6;) (1.12)

E : mô đun đàn hồi của vật liệu

Thế năng để làm thay đối thể tích

_ AF (#29403) _ 1-24 2F 3 6E

Thế năng dùng để thay đối hình dáng vật thể:

Ao (0, +0,+ 6; ) (1:13)

l+

Ay= A> Ag= SE [(Grox +6203) + (6 6,)"] (1.14)

Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là: l+

Ao= > 209 (1.15)

Từ (1.14) và (1.15) ta có :

(G¡-Ø›)Ï +(ø›-ø;)” + (ø:-øi)}” = 2ø = const

Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo

Trang 13

Vậy phương trình dẻo có thể viết:

: ØạE 0,58G, (1.18)

0; ~ 03> X3

Trong trượt tinh khi ơ, = -ơ; thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứng suất tiếp khi œ = 45°

len = (1.19)

So sanh no vdi (1.20) ( khi o, = -o; )

Tne = —2 =k = 0,580, 3 (1.20)

Vậy úng suất tiếp lón nhất la : k = 0,586, goi la hang s6 déo

G trang thai ving suất khối phương trình dẻo có thể viết: 0, - 6;= 2k = const 2k = a = 1,156 Phương trình dẻo (1.18) rất quan trọng để giải các bài tốn trong gia cơng kim loại bằng áp lực Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo (1.18) chính xác nhất là được viết: +ơi - (+ơ;) = 2k

2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội

Thực tế cho thấy vói sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trổ nên giỏn khó biến dạng

Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất co

học của thép và mức độ biến dạng rất rổ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim

Trang 14

Hình 5: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng 2.1.4 Biến dạng dẻo và phá hủy

Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo tử từ theo chiều

trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng

O1 a’ a"

Hinh 6: So dé biéu dé tai trọng - biến dạng điển hình của kim loai

- Khi tai trong dat vao nhé F < Fy, thì khi bỏ tải trọng mẫu trổ lại kích thước

ban đầu gọi là biến dạng đàn hồi

- Khi tải trọng đặt vào lón F_> Fạ,,, biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không mất đi mà vẫn còn lại một phần Biến dạng này được

gọi là biến dạng dẻo

-Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fy, lúc đó trong kim loại xẩy ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ó điểm C

2.2 Khái niệm uốn 2.2.1 Định nghĩa

Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của

phôi có dạng cong hay gấp khúc,phôi có thể là tấm, dài ,thanh định hình và được

uốn ỏ trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng Trong quá trình uốn phôi được biến

dạng dẻo từng phần dể tạo thành hình dáng cần thiết

Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác

nhau của phôi uốn

2.2.2 Quá trình uốn

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hôi và biến dạng dẻo Uốn làm thay đổi

hướng thó của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dẫn kích thước

Trang 15

Trong quá trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thó và đồng

thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực

kéo Giữa lóp co ngắn và giãn dài là lóp trung hồ khơng bị ảnh hưởng bởi lực kéo

no van 6 trang thái ban dầu Ta sử dụng lóp trung hoà để tính súc bền của vật liệu

khi uốn

Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dày ở tiết diện ngang bị sai

lệch về hình dạng lóp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn những dải rộng cũng xấy ra hiện tượng biến dạng móng vật liệu nhưng

không có sai lệch về tiết diện ngang, vì trổ kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lón sẽ chống lại biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lón và ngược lại L A 6 <7 ay xy vot? SOS? SCRE

Hình 8§ : Phơi ống sau khi uốn

Trang 16

2.2.3 Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều

chịu biến dạng dẻo mà có một phan còn lại chịu biến dạng đàn hỏi Vì vậy khi

không còn lực tác dụng lên phôi thì vật uốn có trỏ về hình dạng ban đầu

Hình 9 :Tính đàn hồi khi uốn

Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn sau khi thực hiện quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật

liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu

2.2.3.1 Xác định chiều dài phôi uốn

- Xác định vị trí lóp trung hòa, chiều dài lóp trung hòa ở vùng biến dạng

- Chia kết cấu của chỉ tiết, sắn phẩm thành những đoạn thắng và đoạn cong

đơn gián

-Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bắn vẽ chỉ tiết, còn

phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa Chiều dài phôi được xác địnhk theo công thức: 0 L =D (r+x.s) Trong do: - o=180-a - >l: Tổng chiều dài cá đoạn thắng 0

- > an (r+x.s) chiều dài các lóp trung hỏa

-r: Bán kính uốn cong phía trong

- x: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s

- s: Chiều dày vật uốn

0

Khi uốn một góc (ọ < 90° thì 7 = » = San 059

Trang 17

2.2.3.2 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất

ru nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lón vật uốn sẽ

không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khói khuôn ( r jong >= Emin):

, r Z p Zz ES

- Ban kinh u6én I6n nhat : r,,, = ——

“TT

Tngoại 7 T trong + S

E = 2,15.10° N/mm?: modun đàn hồi của vật liệu

S: Chiều dày vật uốn

ơr : giới hạn chảy của vật liệu

Bán kính uốn nhỏ nhất:

nin -(4-1}3

ổ 2

-8: Độ giản dài tương đối của vật liệu ( %)

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn œ

2.2.3 Công thức tính lực uốn

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu Trị số lực và lực phẳng thưởng lón hơn nhiều so với lực tự đo

-Lực uốn tự do được xác định theo công thức

_&B ben

=——

P =B,sð,k, (N)

k, = = : hệ số uốn tu do co thé tinh theo công thức trên hoặc chọn theo bảng

phụ thuộc vào tỈ số I/s

B, : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày vật uốn

N: Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng :n= 1,6 - 1,8

6, : gidi han bén cua vật liệu

I: Khoảng cách giưã các điểm tựa - Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

P=qF (N)

=i Ap lực tỉnh chỉnh ( là phẳng ) chọn theo bảng - F : Diện tích phôi được tinh chính

Tóm lại : Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ổ phần uốn đều chiu bién dang déo ma có một phần còn ở dạng đàn hỏi Vì vậy không còn lực tác

dụng thì vật uốn sẽ không giữ được kích thước và hình dáng như ban đầu

Trang 18

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn Chương II:

CÁC THIẾT BỊ UỐN VÀCÔNG NGHỆ UỐN

3.1 Các phương pháp uốn ống 3.1.1 Uốn kiểu ép đùn vào ống

Kiểu ép dùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả các phương pháp uốn ống

Hình 10: Mô hình uốn kiểu ép đùn

Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định Bộ phận uốn chuyển động về giữa

trục ống và tiến hành bẻ cong ống Phương pháp này có thiên hướng làm biến dạng

cả mặt trong và mặt ngồi của ống Phơi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳ thuộc vào độ dày của vật liệu Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện hoặc chứa các dây nôi tói đèn chiêu sáng

Hình 11 : Bộ phận máy uốn ép dùn

3.1.2 Uốn kiểu kéo và quay

Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đường kính của ống uốn là không đổi trong quá trình uốn

Trang 19

Hình 12 : Mô hình uốn kiểu kéo và quay

Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã được

xác định sẵn tử trước Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn các tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đố hay một bộ phận của

khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác 3.1.3 Uốn kiểu có chày uốn

Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hư hỏng và biến dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được

Hình 13 : Mô hình uốn kiểu có chày uốn

Các phôi ống được đố bên trong bằng chày uốn đố linh động trong ống, chày

uốn bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và méo mó Ống được bể cong qua puly uốn được cố định trên các má uốn để đảm bảo quá trình uốn được thực hiện tốt

nhất

Phương pháp này được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau: ống

xả, ống tubin, ống dẫn nước, dẫn dầu trong hệ thống thủy lực Những nơi không

cho phép sự biến dạng của ống uốn là quá lón

Trang 20

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn Hình 14 : Máy uốn kiểu dùng chày uốn 3.1.4 Uốn bằng các trục lăn Được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đường kính phôi lón hoặc các sản phẩm có dạng tròn mà đường kính vòng tròn khá lón

Hình15: Mô hình uốn kiểu trục lăn

Đầu cán gồm có 3 trục cán, phôi cán được lổng vào hai trục lăn hai bên trục

lăn trên có thể chuyến động lên xuống để thực hiện quá trình biến dạng ống (quá

trình cán) Quá trình điều khiến trục cán trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng

thủy lực

Kiểu uốn này được sử dụng để chế tạo ra trục tang lón, các ống hút và xã trên tàu thủy các vật có bán kính đường tâm rất lón

Hình 16 : Bộ phận máy uốn kiểu trục lăn

Trang 21

Chương IV:

THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG CỔ LỚN

A PHÂN TÍCH VẢ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

4.1 Phân tích các phương án

4.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn

- Thực hiện quá trình kẹp chặt và giữ phôi khi uốn

- Thực hiện hành trình uốn

- Lực uốn danh nghĩa của máy phải lón hơn lực uốn cần thiết - Nhả kẹp và tháo ống

4.1.2 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lí

Máy uốn ống cõ lón dùng để uốn các ống có đường kính từ 27-110 (mm)và

có độ dày lón nhất là 10 (mm) do đó ta phải lựa chọn phương án truyền động và lựa

chọn cơ cấu máy hợp lí

4.1.2.1 Lựa chọn phương án truyền động

Để thực hiện công tác kéo má động khi uốn ta có thể bố trí dạng truyền

động là: truyền động bánh răng, sử dụng hệ thống thủy lực

e Phuong an 1 : Truyền động bánh răng

Khi mỏ máy thông qua hộp giảm tốc chuyển động được truyền đến trục uốn

làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn

- Nhược điểm: Kết cấu máy rất phức tạp, cổng kểnh, khó điều khiển, quá trình kẹp và nhả kẹp của các cơ cấu uốn phúc tạp

- _ Sơ đồ nguyên lí:

Trang 22

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cố lớn 4 Hình 17: Sơ đồ nguyên lí phương án truyề động dùng bánh răng 1 Dong co 3 Trục uốn 5 Má động 2 Hộp giảm tốc 4 Puly uốn e_ Phương án2: Sử dụng hệ thống thủy lực - _ Sơ đồ nguyên lí: eS Sa _, — — — — LIEsszr—————— PO SAS A ¬ _ _ es L—===kd=z Hình 18: Sơ đồ nguyên lí máy uốn dùng hệ thủy lực I Má động 3 Xi lanh kéo về

2 Má tĩnh 4 Xi lanh kéo uốn

Trang 23

-Sử dụng các xi lanh thủy lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quá trình kẹp nhá ống

-Ưu điểm: Kết cấu máy đơn giản, máy có công suất lón,truyển động với khoảng cách lón Chuyển động đi về (thực hiện uốn) và chuyển động kẹp chặt dễ dàng

-Nhược điểm: Do xilanh kéo uốn và xi lanh kéo về thực hiện quá trình kéo

xích vòng qua đĩa xích do đó chiều dài của xilanh và cần pittong phải khá lón Vậy ta lựa chọn phương án thiết kế máy là sử dụng hệ thống thủy lực

4.1.2.2 Lựa chọn kết cấu máy hợp lí * Lựa chọn các loại đầu kẹp ống

Có 2 loại đầu kẹp ống: Đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sử

dụng các má kẹp

- Đầu kẹp sử dụng con lăn:

Các máy uốn ống sử dụng đầu kẹp này chủ yếu là các máy có công suất be

Khi uốn ma sát sinh ra trên ống kẹp và puly uốn nhỏ (ma sát lăn) Nhược điểm của loại này là khi các ống có kích thước lón thì kết cấu puly công kểnh và đầu kẹp sẽ lón

- Đầu kẹp sử dụng các má kẹp:

Các má kẹp này có kết cấu khá đơn giản có thể dùng kẹp các ống có đường

kính lớn nhưng nhược điểm của nó là tạo ra lực ma sát lón khi uốn (ma sát trượt) Để hạn chế ma sát trượt trên má kẹp vì dễ làm hư hỏng ống khi ống trượt

Trang 24

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cố lớn % Hình 20: Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh 1 Đĩa xích cố định trên thân máy 2 Xi lanh 3 Khóp nối 4 Xích 5 Đĩa xích gắn trên trục má động

Khi sử dụng xi lanh 2 chiều thì ưu điểm của nó là chỉ phí thấp vì chỉ sử dụng

1 xilanh cho quá trình 1 xi lanh cho quá trình chuyển động đi về của má uốn Nhưng hạn chế của nó là bố trí của máy và xích kéo dài, công suất máy khá bé -Máy sử dụng 2 xi lanh N J C

wT WD vw Hình 21: Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh `

1 Xi lanh kéo uốn 4 Dia xich

2 Khóp nối 5 Xi lanh kéo về

3 Xích

Trang 25

Với cách bố trí này máy uốn có công suất uốn khá lón bố trí máy khá đơn

giản vì dùng xích kéo ngắn truyền công suất lón

Kết luận: Thiết kế máy uốn thép ống cð lón vì vậy ta thiết kế máy sử dụng các má kẹp và bộ truyền xích hỏ sử dụng 2 xilanh cho hành trình đi và về của ma động 4.1.3 Các bộ phận của máy uốn ống *Ma déng -La phần quay trong máy uốn ống có nhiệm vụ kẹp và uốn ống với các góc độ khác nhau

-Má động được chế tạo liền khối có gắn đầu trượt để kẹp ống, cơ

cấu pittong- xi lanh dẫn động dầu trượt Có cũ hành trình bảo đảm an toàn cho

máy khi má động uốn ống và trổ về vị trí ban đầu Trên má động có gắn đĩa xích

và nhận chuyến động do pitong kéo xích truyền sang đĩa xích

-Đâu trượt có gắn má kẹp có xẻ rãnh để tăng ma sát trong quá trình

kẹp, uốn Đầu trượt có nhiệm vụ củng với pu li uốn giữ chặt ống trong khi má động chuyển động quay (dây là bộ phận nhanh hỏng trong máy uốn vì ma sát rất

lón trong khi uốn)

*Ma tĩnh

-Má tĩnh cùng với chày uốn và má động có nhiệm vụ kẹp chặt ống

-Má tĩnh gồm có nhiều má kẹp có chiều dài lớn hơn má động để

định hướng và kẹp chặt

*Chày uốn

-Chày uốn dùng để chống dập cho ống có đường kính phù hợp với các ống khác nhau

*Cơ cấu dẫn động chày uốn

-Gém có pít tông xi lanh dẫn động dùng thay đổi khoảng cách của

chày uốn so với các má kẹp Các con lăn đỡ chày, đỡ ống được bố trí trên thân máy

*Xylanh dẫn động đầu trượt má động

Dẫn động dầu trượt chuyển động tịnh tiến để kẹp chặt

*Xylanh dẫn động dầu trượt má tĩnh

*Động cơ điện

*Các van điều khiến (van SOLENOID) và Các cữ hành trình

Điều khiển hoạt động của máy là các van điều khiển theo hành trình uốn và chuyển động tịnh tiến của các xilanh Các cũ hành trình đảm bảo an toàn cho máy

Trang 26

B TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC

4.2 Tính lực cần thiết để uốn cong ống 4.2.1 Sơ đồ nguyên lí của máy uốn ống 14 l \ La Hình 22: Sơ đồ nguyên lí máy uốn ống Trong đó 1 Than may 9, Má động 2 Xi lanh uốn 10 Má nh 3 Xích 11 Má kẹp đầu trượt má tĩnh

4 Đĩa xích 12 Chày uốn

5 Puly uốn 13 Xi lanh uốn

6 Má kẹp puly uốn 14 Xi lanh dẫn chày uốn 7 Má kẹp đầu trượt 15 Ống 8 Má kẹp đầu trượt +} | gi! ee TÚ

Hình 23: Sơ đồ nguyên lí má động máy uốn

Trang 27

Trong đó:

1 Puly uốn 5 Đĩa xích

2 Ong 6 Má kẹp puly uốn

3 Ma kep 7 Trục uốn

4 Obi

4.2.2 Nguyên lí hoạt động của máy uốn ống

Kết cấu má động là một khối gồm có thân má động làm bàn trượt cho đầu

trượt, trục má động có gắn đĩa xích bằng then và được dẫn động lui về bằng 2 xi

lanh, má động được đỡ trên thân máy thông qua 2 ổ đỡ Khi uốn, đầu trượt má

động kết hợp pu ly uốn kẹp cứng phôi ống, đầu kẹp má tĩnh kết hợp với chảy uốn

và pu ly uốn để giữ thẳng ống uốn Khi xi lanh kéo đĩa xích chuyển động, má

động chuyển động quay và bẻ cong ống, ống được quay quanh pu ly uốn tạo thành

bán kính uốn và trượt chày uốn 4.2.3 Tính toán lực uốn cong ống

4.2.3.1 Cơ số quá trình tính toán

* Khi tính toán thiết kế máy ta chọn vật liệu phôi ống và đường kính ống để

tinh ra lực uốn lón nhất mà máy cần để uốn tử đó tính ra công suất bơm dầu và

công suât động cơ điện

+ Thép gia công CT; có ø„¿y= 25 KG/mm”; 0, = 36 KG/mm?*

+ Đường kính phôi ống lón nhất là : D„„„= I10 (mm)

+Đưởng kính phôi ống nhỏ nhất là : D nin = 27 (mm)

+ Chiều dày thành ống lón nhất uốn được là: b„„.= 10 (mm) + Chiều dài phôi thép lón nhất: Imax = 6000 (mm)

4.2.3.2 Sơ đồ lực của quá trình uốn

- Để tính được lực tác dụng lên đĩa xích kéo má động chuyển động thì ta

tách các thành phần lực tác dụng lên má động trong từng thời kì chuyển động

- Chọn thời điểm tính toán là điểm bắt đầu bẻ cong ống vì tại thời điểm này

lực tác dụng lón nhất: lực tác dụng phải thắng mô men chống uốn của phôi ống, ứng

suất sinh ra khi uốn vượt qua giới hạn đàn hồi của vật liệu, thắng lực kẹp của má

Trang 28

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cố lớn 4.2.3.2.1 Phân tích quá trình uốn ống : ⁄ ` “epee ⁄ | Hinh 24: Qua trinh kep | ` ⁄ `" | Hình 25: Quá trình uốn -Má động tiến hành kẹp chặt, giữ ống đồng thời tiến hành chuyển động F4 A A

quay quanh trục để uôn ông

- Puly uốn quay cùng má động và đóng vai trò là một điểm tựa cho quá trình uốn

- Má tĩnh cùng với chày uốn sẽ tạo thành một điểm tựa thứ hai cho quá

trình uốn Trước khi uốn má tĩnh kẹp chặt và giữ ống tại vị trí uốn nhưng trong khi

Trang 29

uốn các má kẹp này chịu lực ép khá lón do quá trình bẻ cong và biến dạng của kim

loại

-Lực uốn thay đối trong quá trình uốn do điểm tác dụng lực ngày càng xa dần điểm tựa uốn (tạo thành bán kính uốn)

- Phôi ống bị trượt trên má kẹp má tĩnh, trên chày uốn và quay quanh pu ly 4.2.3.2.2 Tính lực uốn cong được ống :

VA Ve

lb

Hình 26: Sơ đồ lực quá trình uốn -Tại A (má kẹp ) ta có mô hình gối đõ

- Tại B (pu ly ) ta có mô hình gối đõ

4.2.3.2.3 Các tính toán

- Đường kính phôi ống lón nhất là: Drax = 110 (mm) - Đường kính phôi ống nhỏ nhất là: D „¡y = 27 (mm)

- Chiều dày thành ống lón nhất uốn được là: b„„„= 10 (mm)

Bán kính uốn cong lón nhất là: R = 250 (mm)

- Goe uén Idn nhat: a= 190°

a) Công thức tính chiều dài má kẹp má tĩnh và độ dài kẹp Chiều dài má kẹp má tĩnh: L¿- R.3,14.(B/180) +T.K, (www.bendtooling.com) D6 dai kep: Néu (T.K,.2,5))-R < T.K, thi L,=T.K, Néu_ T.K,.2,5))-R > T.K, thi L,= (T.(K,.2,5))-R (www.bendtooling.com) Trong do:

R = Ban kính đường tâm uốn

Trang 30

B = Góc quay

K,= Hằng số độ cúng K,=2

K,= Hằng số độ dài kẹp nhỏ nhất (Hằng số giới hạn chiều dài kẹp nhỏ

Trang 31

Để uốn được ống thì úng suất do lực Q sinh ra phái thắng ứng suất chảy của vật liệu > Fy 0 02 Ta chon loại thép uốn là loại thép CT38 có o 92 = 250 (N/mm?) => Sr >250 =>Q nin =W,.250/1 Trong do: L=175 (mm); W, = 72077 (mm*) => Qin =72077.250/175 = 102967,14 (N ) Trong quá trình sử dụng ta uốn nhiễu loại vật liệu khác nhau có o 92 thay déi do đó ta lấy giá trị Q„ = 1,5 Q„¡;= 1,5.102967,14= 154450,71 (N) ce) Tính phản lực tại các điểm uốn: Ta có : L,= 450 (mm) L,= 350 (mm) M +V„,- Q =0 M„=V,.la- Q.(1, +l,/2)=0 Ñ +V, - 154450,71=0 V, -450- 154450,71(450 + 350/2)=0 => V, = -60064,2 (N) Vp= 214514,9 (N)

d) Tinh luc ma sat tai ma tinh

Khi bẻ cong ống thì ống bị ma sát trên má kẹp tĩnh

Chọn hệ số ma sát trượt cho cặp vật liệu thép - thép là: ¿= 0,15 (Cẩm nang kỹ thuật cơ khí-tr38)

Finsa = ¿ Vụ = 0,15.60064,2 = 9009,18 (N)

=> F„u=9009,18(N) e) Tính ma sát trên chày uốn

Ở trạng thái uốn phôi ống tiếp xúc với chày uốn tại vị trí đầu đính của chày uốn

và ống sẽ trượt lên đỉnh chày uốn

Ấp lực tác động lên chày uốn: Vụ

Trang 32

f) Tinh luc kéo má động quay quanh trục của nó ( khi có tải)

Giả thiết khối lượng của má động thiết kế có khối lượng là 300 (Kg), chiều dài thiết kế của má động là 1200 (mm), trọng tâm của má đặt tại vị trí cách trục quay

400(mm) Đường kính đĩa xích D, = 400 (mm) Khoảng cách của 2 ổ đố má động là a+b (mm) Khoảng cách từ điểm đặt lực tới trục uốn là e = 300 (mm)

Sơ đồ tính toán:

Trang 33

Chiều của các lực được giả thiết như hình vẽ, sau khi tính toán nếu các lực có giá

trị âm thi ta có chiều ngược lại => Hệ lực không gian tổng quát f> Phương trình cân bằng: > Fy = Xp - Xe- Pa - Fusa- Finsp = 0 (1) > F, =Yp-G=>Yp =3000(N) (2) DF, =Zp-Zet+ VẠ- Vạ=0 (3) 3_my = -Zz.(a+b) - G.400 - Vạ.c + Vụ.c = 0 (4) Sư = P4200 # (F„va + Ea )e + Vụ, =0 (5)

Yim, = Pv.a + Xp.(a+b) + (F„msaA + Fmsp ).c = 0 (6)

Thay các giá trị vào: a= 200 (mm) e= 300 (mm) b= 200 (mm) l= 450 (mm) c= 600 (mm) V, = 60064,2(N) V, = 214514,9(N) F„ = 9009,18 (N) Fig; = 32177,24(N) => X;- Xp - Pe -9009,18 - 32177,24 =0 (1) Y G=>Y, =3000(N) (2) Zp - Zp + 60064,2- 214514 = 0 (3) -Z;.(a+b) - G.400 - 214514.600 + 60064,2.600 = 0 (4) P,.200 + (9009,18 + 32177,24 ).300 + 60064,2.450 =0 (5) P.200 + X;.(200+200) + (9009,18+32177,24 ).600 = 0 (6) Giải hệ phương trình ta có: Xr = 69503,1 (N) Zp = -234676,1 (N) X, = -151875,88 (N) Y, = 3000 (N) Z¿ = 80225,4 (N) Px = -262565,38 (N)

Sau khi thực hiện quá trình uốn, má động được kéo về vị trí ban đầu nhờ xi lanh

kéo về do khi kéo về chí cần thắng mô men quán tính tĩnh của má động, và do kết

cấu của máy thiết kế có hành trình đi và về của pittong giống nhau (chiều dài của

cần pittong lớn) nên ta chọn lực kéo về P„=1/⁄3P, = 1/3.262565,38 = 87521,8 (N)

Trang 34

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn Chương V:

TÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC

Thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rải trong nghành công nghiệp chế

tạo máy Phần lón các máy đang sử dụng ổ nước ta hiện nay đang sử dụng đều có cơở cầu thủy lực thể tích Nghành công nghiệp chế tạo máy ở nước ta cũng đã bắt đầu chế tạo các hệ thống truyền dấn thủy lực và các phần tử thông dụng của hệ thống truyền dẫn này

Truyền động thủy lực là một hệ thống truyền động dùng môi trường chất lỏng (các loại dầu) làm khâu trung gian để truyền dẫn Truyền động được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng Sau đó biến đổi thế năng của dầu thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến

Bất kỳ một hệ thống truyền dẫn thủy lực nào cũng có hai phần chính là :

- Cơ cấu biến đổi năng lượng (Bơm, động cớ, xi lanh)

- Cơ cấu điều khiển , điều chỉnh (các loại van )

Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác để đấm bảo hệ thống làm việc Phần

lón các thiết bị cơ cấu trong truyền dấn thủy lực đã được tiêu chuẩn hóa Nên việc

thiết kế, tính toán và lựa chọn sao cho phù hợp với thiết kế máy trên

So với các loại truyền dẫn khác, truyền dẩn thủy lực có nhiều ưu điểm hơn là:

- Kết cấu nhỏ gọn, các phần tử dẫn và không dẫn không phụ thuộc nhau

- Tự động hóa dé dàng

- Dễ để phòng quá tấi nhờ các van toàn

- Truyền được công suất cao, lực lón, độ tin cậy cao

-Có khả năng giảm khối lượng và kích thước của máy

- Điều khiến vô cấp,dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc theo chương trình

- Nhỏ quán tính nhỏ nên hoạt động ít gây ra tiếng ôn

Nhược điểm của hệ thống thủy lực:

- Chi phi thiết kế máy lón

- Thường xuyên theo dõi chăm sóc và báo dưỡng để hệ thống làm việc an toàn

tin cậy

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rÍ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu

suất và hạn chế phạm vi sử dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất

lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn

Trang 35

-Khi mới khỏi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ốn định, vận tốc làm việc thay

đổi do độ nhót của chất lỏng thay dổi

*Các đại lượng cần tính toán:

Áp lực dầu cung cấp: (KG/en)) Lưu lượng dâu vào (Iít/phú0)

Lưu lượng dầu ra (líU/phút)

Đưởng kính xi lanh

Công suất của bơm dầu

Tính toán đường ống dẩn dâu Tính công suất và chọn động cơ diện

Tính chọn các thông số của bé dau 5.1 Tính đường kính piston kéo má động

Theo yêu cầu của việc uốn thì lực cân thiết tạo ra để làm biến dạng phôi ống như dã tính toán là: P¿ =262565,38 (N )= 26256,54 (KG) Từ công thúc: P, = x.( D”-d? ).p/4 (Truyền động thủy lực) Trong đó: p: áp suất khí lớn nhất (KG/em?) P„„„: lực ép lón nhất (KG) A

Hình 29: Sơ đồ phân tích lực pittong kéo

D: đường kính của piston chính (mm) d: Đường kính cần piston Trị số đường kính đều được tiêu chuẩn và có thể dùng các trị số sau : 45, 55, 65, 75, 90, 105, 150, 180, 200 Từ công thúc D/d= k (truyền động dầu ép trong máy) Trong đó:

k: hệ số giữa đường kính pittong và cần pittong

với các máy thủy lực có công suất vừa ta chọn k= 0,5 - 0,8 Chon k=0,5

Trang 36

Đường kính pittong : D =180 (mm)

Đưởng kính cần pittong: d= 90 (mm) => Ấp lực lón nhất tác dụng lên xi lanh:

p= 4.P„na/x.(DẺ - d?) = 4.26265,54/3,14(18? - 92)=137,65 (KG/cm')

Các pittong đều được chế tạo tiêu chuẩn về đường kính và áp lực tác dụng do

vậy ta chọn áp lực lên thành xilanh là p=150 (KG/cm?) 5.2 Tính công suất bơm dầu và công suất động cơ điện

5.2.1 Tính toán các tổn thất áp suất trong hệ thống

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do sức cẩn trên đưởng chuyến động của dầu tử bơm đến cơ cấu chấp hành (xilanh thủy lực) Súc cẩn này chủ yếu được hình

thành do chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện ống dẫn, thay đổi hướng chuyển

động cũng như sự chuyển động và độ nhót của dầu gây nên Vì vậy tốn thất áp suất

có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệ thống thủy lực

Nếu gọi pạ là áp suất mà bơm cung cấp vào hệ thống, p,là áp suất đo ở buồng

công tác của cơ cấu chấp hành, thì tốn thất áp suất của hệ thống được biểu thị ỏ dạng hiệu suất : n= PoTPi _ Ap Po Po Xét về mặt kết cấu của hệ thống thủy lực thì tổn thất áp suất có thể qui về hai dạng tổn thất áp suất chính: Tổn thất áp suất qua van Tốn thất áp suất trên ống dẫn

5.2.1.1 Tổn thất áp suất qua van : (p,)

Đối với mỗi kết cấu van ta có những công thức tính toán tốn thất áp suất

khác nhau Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được những khoảng giá trị tốn

thất áp suất đối vói từng loại van

Để đơn giản trong quá trình thiết kế, ta có thể dựa vào bảng tra sau đây để tìm các giá trị tốn thất áp suất : Kiểu van Tổn thất áp suất Apl Van an toàn 2 + 3(KG/cm’) Van dao chiéu 1,5 + 3(KG/ecm?) Van điều áp 2,5 + 6(KG/cm?)

Trang 37

Như vậy với toàn máy ta có tổn thất áp suất qua các van như sau:

T6n thất áp suất áp suất qua van đảo chiều (có 6 van đảo chiều ): 6.2=12 (KG/cm?)

Tổn thất áp suất qua van an toàn: 2,5(KG/em?)

AP,= 12+2,5 = 14,5 (KG/cm?)

5.2.1.2 Tén thất áp suất trong ống dẫn

Tổn thất áp suất trong ống dẫn có hai loại cơ bắn sau:

-Tổn that dudng dai

-Tổn thất cục bộ

Xét về chiều dài ống dẫn trong hệ thống thủy lực của máy có thể coi là khá ngắn

nên ta có thể bỏ qua tổn thất áp suất do chiều dài ống ở đây ta chỉ quan tâm đến tổ thất áp suất cục bộ trong hệ thống ống dẫn Giá trị tốn thất cục bộ được tính theo công thúc sau : AP, = 10 2-.V? (N/m?) 2.8 hay AP;= 10“, (KG/m’) g Trong đó : y- khối lượng riêng của dầu (KG/mỶ) g - gia tốc trọng trưởng gø = 9,81(m/s?)

- hệ số tốn thất cục bộ Hệ số này trong tửng bộ phận của hệ thống thủy lực thường được xác định bằng thực nghiệm Nó phụ thuộc vào trị số Re, phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc, hướng chuyển động của vòng dâu và hình dáng tiết diện tại nơi gây ra tốn thất

Để đơn giản trong quá trình thiết kế, có thể lấy giá trị tốn thất áp suất cục bộ trong ống dẫn theo công thức sau đây:

AP, = 0,05.p.,

Trong do:

Pen: là áp suất của cơ cấu chấp hành, p„= 137,65KG/cm?)

Vậy AP, = 0,05.137,65 = 7 (KG/em)

5.2.1.3 Tính các tổn thất thể tích trong hệ thống

Dạng tổn thất thể tích trong hệ thống thủy lực chủ yếu do dầu chảy qua các khe hỏ gây ra Nếu áp suất càng lón, vận tốc càng nhỏ, và độ nhót càng nhỏ thì tốn thất thể tích là đáng kể Trong các yếu tố ảnh hưởng trên thì áp suất của hệ thống là yếu

tố quyết định đến giá trị tổn thất thể tích

Tổn thất thể tích xảy ra ở mọi bộ phận trong hệ thống, chủ yếu là ổ các cơ cấu

biến đối năng lượng như: bơm dầu, động cơ dâu, xilanh truyền lực

Ước tính tổn thất thể tích trong hệ thống theo công thức sau:

3 ;qụ = Ø.Ap (*)

Trong dó : Yau: tong tốn thất thể tích (cm°/s)

Trang 38

Đồ Ấn Tốt Nghiệp Thiết kế Máy uốn thép ống cổ lớn ơ : trị số tốn thất thể tích tính cho một đơn vị áp suất

- Đối với bơm (0,5 - 0,7).10° - Van dao chiéu (0,02 - 0,025).10° - Xilanh lực (0,01 - 0,02).105 Ap: ton thất áp suất trong hệ thống Ap = Ap, + Ap» Ap = 14,5 +7 Ap = 21,5 (KG/cm’)

Chọn các giá trị tốn thất thể tích riêng tính cho từng phần tử thúy lực như sau:

- Đối với bơm ø = 0,6.10°

-Van dao chiéu o = 0,025 10° - Xilanh thủy lực ơ = 0,015 10” Thay các giá trị Ap, ø vào công thức (*) để tính 3qụ:

Yq, = (0,6 + 0,025 + 0,015).21,5.105

“qu = 13,76.10 %(cm*/s) = 825,6.10 “(cm”/ph)

5.2.2 Tính và chọn các thông số của bom

Ỏ mục tính toán và chọn lựa các thông số của bơm (lưu lượng, áp suất, công

suất) cần lưu ý:

Các giá trị tính toán về áp suất, lưu lượng, công suất, là các giá trị tối thiểu mà

bơm phải đạt được Sau khi tính toán được các giá trị đó, ta tra bảng thông số kỹ

thuật của các loại bơm để chọn lại các giá trị này hợp lý

Trong quá trình chọn lựa các thông số của bơm, thông thưởng các giá trị này không trùng khít với các giá trị cho trong bằng tra Vì vậy có thể chọn lựa các thông số về áp suất, lưu lượng lón hơn một ít so với giá trị tính toán

Ứng với mỗi loại kết cấu của bơm thì nó làm việc với những khoảng giá trị áp

suất và lưu lượng nhất định, ngoài ra căn cú vào điều kiện thực tế, ta chọn bơm dau là bơm bánh răng

Bơm bánh răng có kết cấu đơn giản, dể chế tạo phù hợp với trình độ công nghệ

của nước ta hiện nay

5.2.2.1 Lưu lượng của bơm (Qb)

Lưu lượng của bơm tạo ra gồm có hai phần, một phần cung cấp cho hành trình công tác, và một phần khác bù vào phần tốn thất thể tích Q, " Qa + 3qQu Trong đó : >q„= 1555,2.10 5(em”/ph) = 1555,2.10?(1/ph) Nhận xét : 3q, quá bé so với giá trị Qct nên tốn thất lưu lượng có thể được bỏ qua

Chọn giá trị lưu lượng bơm Q, bang giá trị lưu lượng công tác: Tính lưu lượng qua xi lanh:

Trang 39

Q., = A.v = (n.(D’ - d’ /4).v (cm?/ph)

Trong đó v là vận tốc của xích dẫn: v=R.o

Voi: R : Ban kinh dia xich; R=200(mm)

@ : Van toc géc cla ma dong Chon @ = 30 (°/s)

=> v = 200.30/180 = 33,3 (mm/s) = 200 (cm/ph)

=> Q,, = (3,14(187 - 9°)/4).200 = 38151 (cm*/ph) = 38,2 (I/ph)

=> Q, = Q,, = 38,2 (I/ph)

5.2.2.2 Ấp suất bơm (p,)

Tương tự như cách tính giá trị lưu lượng, giá trị áp suất cũng gồm hai phần Một phần của giá trị áp suất công tác, phần còn lại là giá trị áp suất tổn thất:

P,=P, + Áp Trong do:

Ấp suất công tác: p„=p,= 137,65(KG/em?) Tổn thất áp suất: Ap=21,5(KG/cm?)

Vậy áp suất bơm: P, = 137,65 + 21,5 = 160 (KG/cm?)

5.2.2.3 Tính công suất bơm dầu Từ công thức: Nụ = P,.Q,[KW]/612 Trong đó:

P;: áp suất của bơm (KG/em?) Q,: lưu lượng của bơm (lit/phut) rị: hiệu suất của bơm dâu, lấy rị = 0,96 _ 160/38/2 _ 612.096 L = 10,3 (KW) Chon loai bom dau 1a loai bom banh rang Ị ae Ỉ NN f

Hình 30: Sơ đổ nguyên lí bơm bánh răng

Trang 40

Hinh 31: Dầu trong các răng của bơm

Bơm bánh răng được ứng dụng trong các máy thủy lực (như máy ép, máy nâng, máy cẩu, máy đào đất ); hệ thống diều khiển tự động,, đặc biệt trong công nghệ người máy, trong bôi trơn các bộ phận chuyển động của máy

Do không có van hút và van đẩy nên bơm bánh răng có thể quay với vận tốc lón (n=700 - 5000 vg/p) nên nó thường nhận truyền động trực tiếp tử động cơ Vì khi

làm việc bơm bánh răng luôn tiếp xúc với dầu nhỏn, dầu thủy lực nên tuổi thọ của nó cao Các bể mặt làm việc của bơm phải được chế tạo với độ chính xác và độ

bóng cao thì mới tạo được áp lực lón và không tốn thất nhiều lưu lượng 5.2.2.4 Tính công suất động cơ điện

rị hiệu suất của động cơ điện rị, = 0,8

Công suất của động cơ điện là:

Nạ =N/n.n¡ =9,9/0,88 = 11,72 (KW)