giáo trình kết cấu các loại búa máy trong gia công cơ khí

Chương 1: Nguyên lý hoạt động và phận loại búa máy; Chương 2: Búa máy hơi nước - Không khí nén. Chương 3: Búa máy không khí nén. Chương 4: Búa máy cơ khí; Chương 5: Móng búa máy; Chương 6: Triển vọng hoàn thiện búa máy.

Mục lục

Lời nói đầu 6

Ch-ơng 1 Nguyên lý hoạt động và phân loại máy búa

1.1 Nguyên lý hoạt động và phân loại 7

1.2 Quá trình va đập và hiệu suất va đập 9

Ch-ơng 2 Máy búa hơi n-ớc - không khí nén 2.1 Cấu tạo máy búa Chức năng công nghệ của các chi tiết cơ bản 15

2.2 Phần tử truyền tải năng l-ợng 23

2.3 Giản đồ chỉ thị lý thuyết và chế độ làm việc của máy búa 24

2.4 Cơ cấu phân phối hơi 28

2.5 Giản đồ chỉ thị thực 32

2.6 Tính toán các thông số cơ bản 36

2.7 Lực va đập 59

2.8 Đặc điểm tính toán các chi tiết cơ bản của máy búa 61

2.9 Máy búa không bệ đe 66

2.10 Năng l-ợng và hiệu suất của máy búa 75

Ch-ơng 3 Máy búa không khí nén 3.1 Nguyên lý hoạt động và chức năng công nghệ 79

3.2 Chế độ làm việc và phân phối không khí 82

3.3 Tính toán các thông số cơ bản 84

3.4 Giản đồ chỉ thị Công và hiệu suất của máy búa 92

3.5 Kết cấu và tính toán các thông số cơ bản 95

Ch-ơng 4 Máy búa cơ khí 4.1 Nguyên lý hoạt động, chức năng công nghệ và phân loại 98

4.2 Tính toán các thông số cơ bản 100

Ch-ơng 5 Móng máy búa 5.1 Công dụng, phân loại và kết cấu của móng máy 104

5.2 Tính móng máy 106

Ch-ơng 6 Triển vọng hoàn thiện máy búa 6.1 Máy búa thuỷ lực 111

6.2 Máy búa tốc độ cao 114

6.3 Điều khiển theo ch-ơng trình và điều khiển từ xa 115

Tài liệu tham khảo 118

Ch-ơng 1

Nguyên lý hoạt động và phân loại máy búa

1.1 Nguyên lý hoạt động và phân loại

Máy búa thuộc loại thiết bị tác động va đập, trong đó bộ phận động (bộ phận công tác) có tốc độ thay đổi theo đ-ờng cong không cứng Thời gian hành trình công tác tct của bộ phận động thay đổi tuỳ thuộc vào trở lực biến dạng của vật gia công, và do đó làm thay đổi đ-ờng cong tốc độ Năng l-ợng tích luỹ trong mỗi hành trình công tác (mỗi nhát đập) phần lớn đ-ợc tiêu hao để làm biến dạng dẻo vật gia công và tuân theo một quy luật nhất định

Theo chức năng công nghệ, máy búa đ-ợc chia thành máy búa rèn (dùng để rèn tự do), máy búa dập (dùng để dập khối) và máy búa dập tấm (dùng để dập phôi tấm) Trong máy búa dập tấm cũng sử dụng máy búa cắt đột để làm biến dạng cục bộ phôi tấm theo d-ỡng

Theo Zimin A A [7], dấu hiệu cơ bản dùng để phân loại máy búa là căn cứ vào dạng phần tử truyền tải năng l-ợng (chất mang năng l-ợng) Theo dấu hiệu này, máy búa đ-ợc phân thành năm nhóm điển hình theo kết cấu (hình 1.1) Nhóm thứ nhất bao gồm máy búa hơi n-ớc - không khí nén (hình 1.1, a) Máy búa đ-ợc dẫn động nhờ hơi n-ớc hoặc không khí nén Hơi n-ớc đ-ợc cung cấp cho máy búa từ hệ thống nồi hơi qua các đ-ờng ống dẫn vào xilanh, còn không khí nén đ-ợc cung cấp từ các trạm khí nén Hơi n-ớc hoặc không khí nén

là các chất mang năng l-ợng Năng l-ợng của hơi n-ớc và không khí nén biến thành công chỉ thị và chuyển thành động năng của bộ phận động chuyển động tịnh tiến Cơ cấu truyền động của máy búa hơi n-ớc - không khí nén bao gồm pittông và cán pittông Cơ cấu thực hiện là đầu tr-ợt cùng đầu búa hoặc khuôn dập tạo thành bộ phận động của máy búa

Nhóm thứ hai bao gồm máy búa không khí nén (hình 1.1, b) Máy búa đ-ợc dẫn động bằng không khí nén, nh-ng trong tr-ờng hợp này không khí nén tác dụng nh- một khâu đàn hồi Trong kết cấu của máy có xilanh nén và xilanh công tác Xilanh nén dùng để nén không khí trực tiếp đ-a sang xilanh công tác mà không cần sử dụng hệ thống nén khí riêng

Nhóm thứ ba gồm các máy búa cơ khí Các máy này đ-ợc dẫn động nhờ

động cơ điện và cơ cấu truyền động cơ khí bao gồm liên kết ma sát [máy búa ma

sát ván gỗ (hình 1.1, c)], liên kết mềm [máy búa dây cáp, máy búa dây đai hoặc máy búa xích (hình 1.1, d)] và liên kết đàn hồi [máy búa búa nhíp (hình 1.1, e)]

Hình 1.1 Phân loại máy búa 1- bộ phận động; 2 - đe

Nhóm máy búa thứ t- bao gồm máy búa thuỷ lực (hình 1.1, f) Phần tử truyền tải năng l-ợng trong các máy này là chất lỏng (dầu khoáng vật hoặc dầu tổng hợp, nhũ t-ơng, n-ớc) Chất lỏng có áp suất cao tác dụng lên pittông công tác, biến năng l-ợng của áp suất chất lỏng thành động năng của bộ phận động Nhóm thứ năm gồm các máy búa tốc độ cao (hình 1.1, g) Chất mang năng l-ợng trong máy búa này là chất khí, th-ờng là khí nitơ cao áp chứa trong buồng

đặc biệt đ-ợc đặt bên trên pittông công tác Trong hành trình chuyển động xuống d-ới của bộ phận động, nội năng của chất khí biến thành công chỉ thị, sau đó chuyển thành động năng của bộ phận động Trong nhóm này cũng gồm các máy búa khí làm việc theo nguyên lý động cơ đốt trong Chất mang năng l-ợng trong tr-ờng hợp này là hỗn hợp nhiên liệu với không khí

Theo nguyên lý tác động, máy búa đ-ợc chia thành máy búa tác động đơn

và máy búa tác động kép

ở máy búa tác động đơn, chuyển động xuống d-ới đ-ợc thực hiện nhờ trọng lực của bộ phận động Công của trọng lực đ-ợc chuyển thành động năng dùng để biến dạng vật rèn Bộ phận động đ-ợc nâng lên nhờ hơi n-ớc, không khí, chất lỏng, chất khí hoặc động cơ điện Máy búa tác động đơn th-ờng là máy búa hơi n-ớc - không khí nén, máy búa thuỷ lực và phần lớn máy búa cơ khí (trừ máy

ở máy búa tác động kép, chuyển động xuống d-ới đ-ợc thực hiện không chỉ nhờ trọng lực của bộ phận động, mà còn nhờ năng l-ợng của hơi n-ớc, không khí, chất khí, chất lỏng hoặc lực đàn hồi của lò xo Do đó, động năng của bộ phận

động trong máy búa tác động kép lớn hơn năng l-ợng của máy búa tác động đơn

có cùng khối l-ợng bộ phận động và hành trình công tác

Hầu hết máy búa hơi n-ớc - không khí nén, máy búa không khí nén, một bộ phận máy búa thuỷ lực và tất cả máy búa nhíp, máy búa cao tốc đều thuộc nhóm máy búa tác động kép

Ngoài ra, theo dạng đe hoặc chi tiết tiếp nhận va đập của bộ phận động, máy búa còn đ-ợc chia thành máy búa có đe cố định, máy búa có đe chịu tải đàn hồi (máy búa có đe cách ly rung) và máy búa có đe chuyển động (máy búa không

bệ đe)

ở máy búa có đe cố định, năng l-ợng va đập một phần đ-ợc truyền vào nền

đất xung quanh gây rung động không mong muốn cho các toà nhà và thiết bị

đ-ợc bố trí gần đó Máy búa có đe cách ly rung dùng để chống rung cho hệ bộ phận động - đe và làm giảm rung động ở máy búa có đe chuyển động, đe đ-ợc

sử dụng làm đầu búa thứ hai Hai đầu búa chuyển động ng-ợc chiều nhau, cùng tích luỹ động năng và tổng động l-ợng của chúng bằng nhau nên không xuất hiện tác động va đập lên móng máy

Theo kết cấu của thân máy, máy búa đ-ợc chia thành máy búa một trụ và máy búa hai trụ Máy búa hai trụ còn đ-ợc phân thành máy búa dạng cung và máy búa dạng cầu Máy búa dạng cầu có cầu bằng dầm thép nằm ngang đ-ợc đặt trên hai trụ đứng

Ngoài ra, máy búa còn đ-ợc phân thành nhóm theo kích cỡ khối l-ợng và

động năng của bộ phận động (đ-ợc chế tạo theo gam máy)

1.2 Quá trình va đập và hiệu suất va đập

Bộ phận động của máy búa mang đầu búa hoặc khuôn dập chuyển động

đ-ợc nhờ không khí nén, hơi n-ớc, chất khí, chất lỏng, lò xo hoặc trọng lực của chính nó

Công của trọng lực, của áp suất hơi n-ớc, không khí, chất khí hoặc chất lỏng đều biến thành động năng bằng cách gia tốc bộ phận động đến tốc độ nhất

định theo biểu thức

  Mv2

LdHHP

P(H) – lực tác dụng lên bộ phận động khi gia tốc;

Lhd – Năng l-ợng hiệu dụng của chuyển động tịnh tiến;

M – khối l-ợng quy đổi của bộ phận động;

v – tốc độ cực đại của bộ phận động ở cuối giai đoạn gia tốc (ở thời điểm bắt đầu va đập)

Quá trình biến dạng vật rèn bắt đầu ở tốc độ cực đại, còn ở cuối quá trình biến dạng tốc độ trở về zero Đặc điểm thay đổi tốc độ của bộ phận động từ trị số cực đại đến trị số bằng zero phụ thuộc vào hình dạng và kích th-ớc, vật liệu và nhiệt độ của vật rèn mà không phụ thuộc vào các liên kết động học của máy búa Tốc độ cực đại của bộ phận động trong các máy búa thông th-ờng đạt tới 9 m/s, còn trong các máy búa tốc độ cao (máy búa cao tốc) tới 20 m/s Thời gian biến dạng trong một nhát đập đ-ợc tính bằng phần nghìn giây

Máy búa thuộc loại máy tác động va đập (tác động xung ) lên vật rèn Động năng va đập đối với máy búa có đe cố định đ-ợc tính nh- sau:

v1, v2 – tốc độ của các bộ phận động ở thời điểm xảy ra va đập

Trong quá trình va đập, không phải toàn bộ động năng của bộ phận động

đều đ-ợc sử dụng hữu ích để làm biến dạng vật rèn Để làm rõ những điều kiện nhờ đó động năng của bộ phận động đ-ợc sử dụng hữu ích ở mức cao nhất, ta xét nguyên lý cơ học động l-ợng Coi rằng, khi bộ phận động của máy búa thực hiện

va đập với đe cố định, cũng nh- các đầu búa của máy búa có đe chuyển động va

đập nhau thì trong hệ các vật va đập chỉ xuất hiện nội lực Coi va đập đ-ợc thực hiện đúng tâm và đe là vật thể độc lập [7], thì

' 2 2 ' 1 1 2 2 1

vx – tốc độ chung của trọng tâm các khối va đập

Trong quá trình va đập, tốc độ vx đ-ợc xác định theo công thức (1.3) Quá trình va đập đ-ợc chia thành hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất là giai đoạn có tải

Đầu búa hoặc khuôn dập làm biến dạng (biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi) vật rèn bằng cách tiến lại gần nhau ở cuối giai đoạn thứ nhất biến dạng của vật rèn

đạt trị số lớn nhất, tốc độ của bộ phận động và đe hoặc cả hai đầu búa tiến về phía nhau có trị số bằng nhau và bằng vx - tốc độ chung của trọng tâm các khối va đập

Động năng Lk do bộ phận động tích luỹ đ-ợc chuyển thành năng l-ợng Ld

làm biến dạng dẻo và năng l-ợng Lđh làm biến dạng đàn hồi vật rèn và bộ phận

động, và còn lại một phần ở dạng động năng L1 của hệ Do năng l-ợng để làm biến dạng dẻo bộ phận động chiếm tỷ lệ rất nhỏ nên có thể bỏ qua ở cuối giai

đoạn thứ nhất của va đập có sự t-ơng quan năng l-ợng sau:

Năng l-ợng biến dạng dẻo Ld biến đổi không thuận nghịch thành công biến dạng dẻo Ad và mất đi, do đó ở cuối giai đoạn thứ nhất của va đập năng l-ợng Lđh

làm biến dạng đàn hồi vật rèn và bộ phận động tạo thành giai đoạn thứ hai - giai

đoạn dỡ tải va đập Trong suốt giai đoạn này, năng l-ợng Lđh và L1 chuyển thành năng l-ợng phản xạ L0 của bộ phận động và đe Trị số năng l-ợng phản xạ phụ thuộc vào các điều kiện va đập và tính chất đàn hồi của vật rèn, nhờ đó xác định

đ-ợc hệ số phục hồi tốc độ k theo công thức

' 2 '

mv

2 1

2 1

Trị số k = 0 t-ơng ứng với vật rèn dẻo lý t-ởng, còn k = 1 t-ơng ứng với vật rèn đàn hồi lý t-ởng

Động năng phản xạ L0 của hệ sau khi va đập đ-ợc xác định theo công thức

L0 = Lđh + L1 =    

2

vm2

v trong biểu thức (1.6) và (1.6’) vào ph-ơng trình (1.7),

đối với máy búa có đe chuyển động ta nhận đ-ợc

2 2 1 2 1 2 2 2 2 1 1

mm2

vvmmkvmvm

1

2 1 2 1 2 2 1 2

mm

mkmm

m2

vmmkvm

Biểu thức xác định năng l-ợng biến dạng dẻo vật rèn Ld theo công thức (1.4)

có tính đến ph-ơng trình (1.2’), (1.7) và (1.8) đối với máy búa có đe chuyển động

có dạng

2 2 2 1 2 1

mm2

k1vvmm

2 1 k Lm

L

L



Thay Ld và Lk từ ph-ơng trình (1.9) và (1.2’) vào biểu thức (1.10) ta nhận

đ-ợc hiệu suất va đập đối với máy búa có đe chuyển động

2 2 1 2 1

2 1

vmvm

vv.mm

mm

2 2 1 2

1m v v 1 km





Đối với máy búa có đe cố định, thay Ld và Lk từ ph-ơng trình (1.9’) và (1.2) vào biểu thức (1.10), khi đó

2 1

2

mm

ra, hiệu suất va đập còn phụ thuộc vào t-ơng quan khối l-ợng của bộ phận động

và đe và phụ thuộc vào hình dạng của chúng Trên hình 1.2 thể hiện trị số hiệu suất va đập đối với máy búa có đe cố định đ-ợc tính theo công thức (1.10’’) với

tỷ lệ khối l-ợng đe/ khối l-ợng búa (m2/m1 = 10  20) và hệ số phục hồi tốc độ

lần l-ợt là k = 0; 0,3; 0,5

Hình 1.2 Đồ thị biểu thị hệ số va đập và năng l-ợng phản xạ đối với máy búa

có đe cố định

Đồ thị trên hình 1.2 cho thấy rằng, theo mức độ tăng của m2/m1, hiệu suất

va đập tăng lên Với các tỷ lệ m2/m1 đ-ợc sử dụng trong thực tế khi k = 0,5, hiệu suất va đập khoảng 0,7 Với vật rèn có độ dẻo cao (k = 0,3), hiệu suất va đập có

thể tăng lên đáng kể (có thể tăng lên đến 0,85) Trong điều kiện làm việc bình th-ờng của máy búa với vật rèn nóng, hệ số k có thể lấy bằng 0,3 Khi dập trong

các lòng khuôn tinh của máy búa dập, k = 0,5 [7]

Việc sử dụng đe có khối l-ợng gấp hai m-ơi lần khối l-ợng của bộ phận

động làm tăng không đáng kể hiệu suất va đập so với máy búa với đe có khối l-ợng gấp m-ời lần khối l-ợng bộ phận động Tuy nhiên, ngoài hiệu suất va đập còn phải chú ý đến các yếu tố khác, nh- độ cứng của va đập có ảnh h-ởng đáng

kể đến c-ờng độ chảy của kim loại trong lòng khuôn Do vậy, trong các máy búa rèn hiện đại m2/m1 = 10  15, còn trong các máy búa dập m2/m1 = 20  25

Các số liệu về hiệu suất va đập đ-ợc nêu trên đây chỉ mang tính quy -ớc với giả thiết đe là vật thể độc lập Trong thực tế, đe tựa trên đệm móng, móng và nền

đất Khối l-ợng của đe quy đổi tiếp nhận va đập sẽ lớn hơn m2, do đó hiệu suất va

đập của máy búa có đe cố định sẽ lớn hơn so với máy búa có đe chuyển động Hiệu suất va đập của máy búa có đe chuyển động còn phụ thuộc vào t-ơng quan khối l-ợng của các bộ phận động có chuyển động ng-ợc chiều nhau và động l-ợng ban đầu của chúng

Trong thực tế, máy búa dập với khối l-ợng bộ phận động 1000 kg đ-ợc tính t-ơng đ-ơng với máy ép thuỷ lực có lực ép 10 MN Do có độ cứng va đập nhỏ hơn, nên máy búa rèn có khối l-ợng bộ phận động 1000 kg đ-ợc tính t-ơng

đ-ơng với máy ép thuỷ lực có lực ép 7 MN [7].

Ch-ơng 2

máy búa hơi n-ớc - không khí nén

2.1 Cấu tạo máy búa Chức năng công nghệ của các chi tiết cơ bản

Kết cấu điển hình của máy búa hơi n-ớc - không khí nén với thân máy kiểu hai trụ hình cung đ-ợc giới thiệu trên hình 2.1, a Các cụm cơ bản của máy búa bao gồm thân máy 1, xilanh 2, bộ phận động 3, bệ đe 4, hệ thống điều khiển 5 và hệ thống bôi trơn Cụm thân máy bao gồm trụ phải 6 và trụ trái 7 đ-ợc liên kết với nhau nhờ tấm d-ới xilanh 8 Hai trụ này đ-ợc bắt chặt vào các tấm móng 10 nhờ các bulông 9 Các tấm móng liên kết với nhau nhờ các thanh giằng 11 ở phần chính giữa có các thanh dẫn h-ớng 13, hai trụ đ-ợc liên kết với nhau nhờ các thanh giằng phụ 12 để làm tăng độ cứng vững theo h-ớng tiết diện ngang của thân máy

Các thanh dẫn h-ớng đ-ợc điều chỉnh nhờ các thanh chêm 14, bulông và đai ốc

điều chỉnh (15 & 16)

Bộ phận động của máy búa (hình 2.1,b) bao gồm đầu tr-ợt 3, ống lót 18, cán búa

19, pittông 20 và các vòng găng 21, đầu búa trên 22, then 23 và thanh chêm 25 Cán búa

và đầu tr-ợt liên kết với nhau bằng mối ghép côn nhờ ống xẻ 18 và các đệm 24 bằng latông hoặc đồng

Cán búa đ-ợc làm bằng thép crôm, thép crôm-niken hoặc thép cacbon chất l-ợng cao và qua nhiệt luyện Cán búa liên kết với pittông cũng bằng mối ghép côn; đầu búa trên đ-ợc gá chặt vào đầu tr-ợt nhờ thanh chêm 25 và then 23

Cụm công tác chính của máy búa là xilanh 2 (hình 2.1, c) Bên trong xilanh là pittông 20 và cán pittông (cán búa) 19 Trên đỉnh xilanh có bố trí xilanh bảo hiểm 26 với pittông 27 Xilanh này có tác dụng ngăn không cho pittông 20 va đập mạnh vào nắp trên (ống 28 đ-ợc nối với đ-ờng ống chính dẫn hơi n-ớc hoặc không khí mới) ống lót 29 bằng gang đã qua nhiệt luyện đ-ợc ép vào bên trong xilanh công tác để dễ dàng thay mới khi ống lót này bị mòn trong quá trình sử dụng Van phân phối hơi đ-ợc bố trí ở phần lồi ra của xilanh, trong đó có lắp van trụ 30 và van tiết l-u 31

ống dẫn hơi 32 và ống xả 33 đ-ợc lắp vào các đoạn ống nối của van phân phối hơi nhờ các bích ép

Sự chuyển động của bộ phận động đ-ợc thực hiện d-ới tác dụng của hơi n-ớc hoặc

khí nén lên pittông Hơi n-ớc theo rãnh I (hình 2.1, c) tác dụng lên mặt trên của pittông

buộc bộ phận động chuyển động nhanh dần và tăng động năng tới mức lớn hơn năng

l-ợng rơi tự do Hơi n-ớc từ mặt d-ới của pittông theo rãnh II xả ra ống xả

Nếu hơi mới đ-ợc đ-a vào buồng d-ới của xilanh thì nó sẽ tác dụng vào mặt d-ới của pittông và nâng bộ phận động lên phía trên

Để giảm sự rò rỉ hơi n-ớc hoặc không khí, ng-ời ta bố trí các đệm bít điều chỉnh

đ-ợc 34 Vật liệu của đệm th-ờng là amian Thời gian gần đây ng-ời ta thay thế đệm amian bằng vòng bít nhằm tăng độ tin cậy và tuổi thọ của cụm này

N-ớc ng-ng tụ trong xilanh khi máy búa làm việc đ-ợc đ-a qua ống xả

Bệ đe 4 của máy búa là một khối đặc đ-ợc đúc bằng gang hoặc bằng thép có khối l-ợng gấp 15 lần khối l-ợng bộ phận động Trên bệ đe có lắp đệm đe nhờ thanh chêm và con tr-ợt, còn đe (đầu búa d-ới) đ-ợc lắp bên trên đệm đe nhờ thanh chêm và then Để thuận tiện cho việc vận chuyển, bệ đe đ-ợc chế tạo có các vấu lồi

Máy búa đ-ợc điều khiển bằng tay để đóng ngắt tự động việc nạp và xả hơi (hoặc không khí) Hơi n-ớc (hoặc không khí) đ-ợc đóng ngắt tự động nhờ tay gạt chuyên dụng hình l-ỡi liềm (hình 2.1, a) tác động lên van tr-ợt qua hệ thống tay gạt làm thanh l-ỡi liềm tr-ợt trên mặt phẳng nghiêng của đầu tr-ợt Thiết bị phân phối hơi - không khí

đóng van tr-ợt và van tiết l-u nhờ hệ thống tay gạt Trong máy búa sử dụng hệ thống bôi trơn tự động theo cách bôi trơn tập trung đ-ợc thực hiện nhờ bơm riêng chạy bằng động cơ điện để bôi trơn xilanh, van tr-ợt và van tiết l-u Ngoài ra trong máy búa còn sử dụng

hệ thống bôi trơn riêng lẻ để bôi trơn các khớp cầu trong hệ thống tay gạt điều khiển và dẫn h-ớng đầu tr-ợt Bơm và động cơ điện đ-ợc lắp trên giá riêng cạnh máy búa Máy búa đ-ợc lắp đặt trên móng bêtông cốt thép Chiều sâu móng, diện tích của nền móng và kiểu gia cố nền móng đ-ợc xác định phụ thuộc vào chất l-ợng của đất nền, mức n-ớc ngầm và các thiết bị đ-ợc bố trí gần máy búa để đảm bảo cho các thiết bị này

ít bị ảnh h-ởng không mong muốn bởi rung động và các tác động khác do máy búa gây

ra

Các đệm lót và giảm chấn đ-ợc làm từ các dầm gỗ cứng, khô đ-ợc bào nhẵn (gỗ sồi, gỗ dẻ) Để ngăn không cho bệ đe dịch chuyển đ-ợc bên trên đệm chống rung, ng-ời ta chèn các dầm gỗ cứng vào các khe hở giữa bệ đe và các thành của móng máy Máy búa đ-ợc lắp chặt vào móng nhờ các bulông neo

a) b)

Hình 2.2 Kết cấu của máy búa dập hơi n-ớc - không khí nén tác động kép

a) hình dáng chung; b) kết cấu thân máy

Máy búa hơi n-ớc - không khí nén tác động kép để rèn tự do có khối l-ợng

bộ phận động từ 500 đến 5000 kg (0,5  5 tấn) Khối l-ợng lớn nhất của vật rèn

có thể rèn đ-ợc trên máy búa có khối l-ợng bộ phận động 5 tấn lên tới 750 kg đối với vật rèn định hình và tới 1500 kg đối với vật rèn dạng trụ trơn Các thông số của máy búa rèn hơi n-ớc - không khí nén có thể tham khảo [4] Hiện nay máy búa rèn có khối l-ợng bộ phận động lớn hơn 5 tấn đ-ợc thay thế bằng máy ép thuỷ lực để rèn các loại thép thông dụng Tuy nhiên, để rèn các thép đặc biệt (thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép dụng cụ, v.v.) ng-ời ta vẫn sử dụng máy búa

có khối l-ợng bộ phận động lớn hơn 5 tấn Máy búa rèn có khối l-ợng bộ phận

động nhỏ hơn 5 tấn đ-ợc thay thế bằng máy búa không khí nén hoặc máy búa cơ khí [5]

Kết cấu điển hình của máy búa dập hơi n-ớc - không khí nén tác động kép đ-ợc giới thiệu trên hình 2.2, a Các thông số cơ bản của máy búa loại này có thể tham khảo

2.2, b) đ-ợc lắp trên bệ đe 2 nhờ các vít cấy 3 đ-ợc đặt nghiêng một góc 10  120 so với ph-ơng thẳng đứng và các lò xo giảm chấn 4 để làm giảm tải va đập tác dụng lên các vít cấy ở vị trí lắp ghép giữa đe và thân máy

Thân máy của máy búa dập đ-ợc chế tạo dạng hộp có các gân cứng vững dày để chống các tải trọng mạnh xuất hiện do va đập không đúng tâm gây ra Tiết diện của thân máy thay đổi, giảm dần theo chiều từ d-ới lên trên Để ngăn không cho thân máy tr-ợt

ra khỏi bệ đe, ng-ời ta chế tạo thân máy có các phần lồi nhô ra bao quanh bệ đe Ng-ời

ta cũng sử dụng các thanh chêm dọc và ngang để dịch chuyển thân máy theo chiều dọc

và chiều ngang nhằm định vị đúng và bù l-ợng mòn thân máy Các thanh chêm đ-ợc

đóng chắc không cho thân máy dịch chuyển theo chiều dọc và chiều ngang của bệ đe

Để đảm bảo ổn định khung máy hình cung của máy búa rèn ng-ời ta sử dụng các bulông giằng phụ nằm ngang giữa hai trụ của thân máy (hình 2.1) Việc sử dụng các bulông giằng ở máy búa dập là không cần thiết và trong các kết cấu hiện đại ng-ời ta không sử dụng các bulông này nữa Tuy nhiên, ở tấm d-ới xilanh có bố trí các khoá để thực hiện chức năng nh- các bulông giằng

Thân máy của máy búa dập hiện đại đ-ợc chế tạo từ thép đúc (có hàm l-ợng cacbon 0,3  0,4%), còn thân máy của máy búa rèn có thể đ-ợc đúc bằng gang hoặc thép

Đế khuôn 7 của máy búa dập đ-ợc lắp trên bệ đe 2 nhờ thanh chêm 6 (hình 2.2, b) Đế khuôn này có một mặt bên đ-ợc làm vát một góc 1600 để ăn khớp với rãnh t-ơng ứng trên bệ đe Cách lắp ghép này có tác dụng giữ chặt đế khuôn và ngăn không cho đế khuôn tr-ợt khi máy búa làm việc Bệ đe của máy búa dập đ-ợc chế tạo từ thép đúc chất l-ợng có khối l-ợng lớn gấp tới 20 lần khối l-ợng của bộ phận động Bệ đe của máy búa

có khối l-ợng bộ phận động d-ới 6 tấn đ-ợc chế tạo liền khối, còn bệ đe của máy búa có khối l-ợng bộ phận động trên 6 tấn đ-ợc chế tạo bằng cách ghép nhiều khối với nhau

Bệ đe đ-ợc đặt trên nền gỗ cứng (gỗ sồi, gỗ dẻ) hoặc trên các đệm đai phủ cao su Nền này không cần ghép cứng với móng máy D-ới đây ta sẽ xem xét kết cấu và chức năng của một số chi tiết cơ bản của máy búa

Đầu tr-ợt

Đầu tr-ợt của máy búa dập và máy búa rèn đ-ợc chế tạo bằng thép rèn dạng khối hộp chữ nhật đối xứng có lỗ ở chính giữa để lắp ghép với cán búa (hình 2.1, b) Trọng tâm của đầu tr-ợt phải nằm trên đ-ờng trục của lỗ cho cán búa

Đầu tr-ợt của máy búa dập làm việc trong điều kiện nặng nhọc hơn nhiều so với

đầu tr-ợt của máy búa rèn Do đó, để chế tạo đầu tr-ợt của máy búa dập ng-ời ta sử dụng thép chất l-ợng cao 40CrNi, 40CrNiW Đôi khi đầu tr-ợt của máy búa rèn đ-ợc chế tạo từ thép đúc Sau khi gia công thô, phôi đầu tr-ợt rèn (hoặc đúc) đ-ợc nhiệt luyện thích hợp

Chiều cao đầu tr-ợt của máy búa dập nói chung bằng 0,8H m (H m là hành trình lớn nhất của đầu tr-ợt) Các kích th-ớc bao còn lại đ-ợc xác định căn cứ vào khoảng cách giữa các thanh dẫn h-ớng và kích th-ớc mặt d-ới của đầu tr-ợt dùng để lắp ghép đầu búa hoặc khuôn dập nhằm đảm bảo khối l-ợng cần thiết

Các bề mặt dẫn h-ớng của đầu tr-ợt trên các máy búa hiện đại th-ờng đ-ợc chế tạo d-ới dạng rãnh có tiết diện hình thang (hình 2.2, b) Hình dạng trên của tiết diện rãnh đảm bảo cho đầu tr-ợt tiếp xúc tốt với các rãnh của thanh dẫn h-ớng và an toàn khi

đầu tr-ợt bị giãn nở do nhiệt

Thanh dẫn h-ớng

Các máy búa hiện đại đ-ợc lắp các thanh dẫn h-ớng 5 có thể thay thế và điều chỉnh dễ dàng (hình 2.2, b) Một mặt phẳng của thanh dẫn h-ớng có độ nghiêng 1:24, mặt đối diện có dạng hình thang để nhờ đó thanh dẫn h-ớng ăn khớp với các mặt dẫn h-ớng của đầu tr-ợt Thanh dẫn h-ớng đ-ợc lắp ghép vào các rãnh t-ơng ứng đ-ợc khoét trên thân máy nhờ hai hoặc ba bulông giằng Đối với các máy búa lớn ng-ời ta sử dụng hai thanh dẫn h-ớng riêng biệt ở mỗi bên thân máy Để điều chỉnh khe hở ở các thanh dẫn h-ớng ng-ời ta sử dụng các thanh chêm đứng có độ nghiêng 1:24 giống nh-

độ nghiêng mặt đối tiếp của thanh dẫn h-ớng Sự dịch chuyển theo ph-ơng thẳng dứng của thanh chêm đ-ợc thực hiện nhờ vít có đầu dạng chữ T và đai ốc Khi điều chỉnh thanh dẫn h-ớng, cán búa cần phải đ-ợc đặt thật thẳng đứng

Vật liệu dùng để chế tạo xilanh th-ờng là thép đúc có hàm l-ợng cacbon 0,25  0,35%

Phía mặt ngoài xilanh đ-ợc bố trí các gờ để tăng độ cứng vững của xilanh và để tạo dáng cần thiết cho máy búa Khoá bảo hiểm ở máy búa dập cũng đ-ợc chế tạo giống nh- ở máy búa rèn

Xilanh là một trong những chi tiết dẫn h-ớng chuyển động của bộ phận động Trong xilanh thực hiện dẫn h-ớng theo hai bề mặt: theo bề mặt trong của ống lót là chuyển động của pittông và theo bề mặt trong của phớt bít là chuyển động của cán pittông Ngoài ra cũng cần hết sức chú ý đến mối ghép giữa xilanh và tấm d-ới xilanh Khi lắp ráp cần đảm bảo vị trí định vị chính xác của xilanh so với trục của máy búa

Tấm d-ới xilanh

Tấm d-ới xilanh dùng để liên kết các phần bên trên của thân khung máy, đảm bảo

bề mặt bền vững cho tấm đệm xilanh và khử tải tác động lên xilanh từ phía thân máy do

va đập

Tấm d-ới xilanh đ-ợc lắp vào thân máy nh- đ-ợc thể hiện trên hình 2.2, b Tại các khe hở ngoài giữa các thành đứng của các rãnh khoét trên tấm này và các gờ lồi trên thân máy ng-ời ta chèn các thanh chêm dạng bản mỏng Các thanh chêm này hoạt động nh- các giảm chấn để làm giảm tác động từ phía thân máy lên tấm d-ới xilanh khi thân máy dịch chuyển dọc bệ đe do va đập Để khử dịch chuyển ngang của tấm d-ới xilanh ng-ời ta sử dụng các khoá d-ới dạng các rãnh và gờ t-ơng ứng trên tấm này và trên thân máy Xilanh và tấm d-ới xilanh đ-ợc lắp ghép với nhau nhờ các bulông giằng và các lò

xo giảm chấn Khi xuyên qua tấm d-ới xilanh các bulông giằng kẹp chặt tấm d-ới xilanh vào thân máy

Trong một số kết cấu của máy búa rèn (không có tấm d-ới xilanh), xilanh đ-ợc lắp trực tiếp vào thân máy búa

Tấm d-ới xilanh đ-ợc rèn từ thép C45 có chiều dày 0,15  0,3 m đối với máy búa

có khối l-ợng bộ phận động 0,1  1,0 tấn

Cán búa

Cán búa của máy búa hơi n-ớc - không khí nén là chi tiết của cơ cấu truyền động Nhờ cán búa năng l-ợng của hơi n-ớc hoặc không khí nén truyền cho cơ cấu công tác (đầu tr-ợt với đầu búa hoặc khuôn dập đ-ợc lắp trên đó)

ở đầu trên của cán búa là pittông Cán búa, pittông và đầu tr-ợt ở máy búa dập

đ-ợc lắp ghép với nhau cũng giống nh- ở máy búa rèn (hình 2.1, b)

Cán búa ở máy búa rèn đ-ợc làm từ thép C45, 40Cr, 30CrNiW, 40CrNiW Cán búa ở máy búa dập đ-ợc làm từ thép 30Mo, 30CrNiW, 40CrNiW vì chúng làm việc trong điều kiện hết sức nặng nhọc

Máy búa dập đ-ợc điều khiển bằng bàn

đạp (pêđan) thông qua hệ thống tay gạt làm

dịch chuyển van tr-ợt và van tiết l-u Việc

điều khiển bằng bàn đạp giải phóng cho đôi

tay của thợ dập, tạo thuận lợi cho thợ dập điều

khiển phôi

Xilanh, van tr-ợt và van tiết l-u đ-ợc bôi

trơn nhờ hệ thống bôi trơn tập trung đ-ợc vận

hành bởi bơm đ-ợc đặt trên bệ xilanh Bơm

đ-ợc liên kết với van tr-ợt sao cho sau mỗi

hành trình của van tr-ợt, chất bôi trơn đ-ợc

cung cấp qua ống dẫn vào xilanh Các khớp

nối điều khiển, bề mặt dẫn h-ớng ở thân máy,

bệ đe và tấm d-ới xilanh đ-ợc bôi trơn bằng

tay Hình 2.3 Máy búa dập hơi n-ớc - không khí nén tác động đơn Máy búa dập hơi n-ớc - không khí nén là loại thiết bị phổ biến trong các phân x-ởng dập nóng dùng để sản xuất hàng khối hoặc hàng loạt vật dập bằng cách dập nóng trong khuôn hở Máy búa dập thông dụng th-ờng có khối l-ợng bộ phận động 1  10 tấn

Với mức độ ngày càng gia tăng về nhu cầu các chi tiết dập có kích th-ớc lớn cũng nh- các chi tiết dập từ vật liệu có trở lực biến dạng lớn, trong những năm gần đây ng-ời

ta đã chế tạo máy búa dập có khối l-ợng bộ phận động tới 25 tấn

Để chế tạo vật dập nhỏ hoặc trung bình, ng-ời ta th-ờng sử dụng máy búa dập tác

động đơn (hình 2.3) có khối l-ợng bộ phận động 0,25  1,0 tấn Các máy búa này th-ờng đ-ợc dẫn động nhờ khí nén

Máy búa đ-ợc điều khiển nhờ van tr-ợt dịch chuyển theo mặt phẳng nằm ngang d-ới tác dụng của bàn đạp và thanh kéo đ-ợc nối với nó

2.2 Phần tử truyền tải năng l-ợng

Phần tử truyền tải năng l-ợng (hoặc chất công tác) dùng cho máy búa hơi n-ớc - không khí nén là hơi n-ớc hoặc không khí nén, trong đó trạng thái của chúng đ-ợc đặc

tr-ng bởi các thông số sau: áp suất p, nhiệt độ T và thể tích riêng V Khi thiết kế máy

búa hơi n-ớc - không khí nén, áp suất của hơi n-ớc th-ờng đ-ợc lấy bằng 0,7  0,9 MPa (7  9 atm), áp suất không khí bằng 0,6  0,8 MPa (6  8 atm), nhiệt độ của hơi quá nhiệt hoặc nhiệt độ nung nóng của không khí không v-ợt quá 300 0C

ph-ơng trình gần đúng Xâyne với 1  x > 0,7

p.V k = const (2.1)

trong đó k = 1,035 + 0,1x

x - độ ẩm của hơi ở trạng thái ban đầu

Qua biểu thức (2.1) có thể kết luận rằng, đối với hơi ẩm số mũ k có trị số nhỏ hơn 1,135 Để đơn giản hoá tính toán nhiệt, ng-ời ta lấy k = 1 Trong tr-ờng hợp đó sai số

tính toán không v-ợt quá 8% và hoàn toàn cho phép trong các tính toán kỹ thuật

Không khí

Máy búa hơi n-ớc - không khí nén có thể làm việc với không khí nén Muốn vậy cần phải có trạm khí nén Sự thay đổi trạng thái của không khí trong các quá trình công

tác đ-ợc xác định bởi đ-ờng đoạn nhiệt với số mũ k = 1,4 Để đơn giản trong tính toán nhiệt, đôi khi ng-ời ta cũng nhận k = 1

Việc sử dụng hơi n-ớc hay không khí phản ánh chế độ làm việc của máy búa bởi các giai đoạn giãn và nén của hơi n-ớc và không khí xảy ra khác nhau

Nếu ở giai đoạn giãn đầu sử dụng hơi n-ớc khô bão hoà và không khí nóng, trong

đó hơi n-ớc giãn theo quy luật đ-ờng đoạn nhiệt đ-ợc thay bằng đ-ờng cong pV = const,

thì 1 kg hơi n-ớc khô bão hoà sẽ sinh ra công lớn hơn rất nhiều so với công do 1 kg không khí nén sinh ra [5] Điều này đ-ợc giải thích là thể tích riêng của hơi n-ớc khô bão hoà ở trạng thái ban đầu so với thể tích riêng của không khí nén Ngoài ra, với mức

độ giãn đã cho thì áp suất cuối cùng của hơi n-ớc cao hơn so với áp suất của không khí

2.3 Giản đồ chỉ thị lý thuyết và chế độ làm việc của máy búa

Công do hơi n-ớc sinh ra trong các buồng trên và d-ới của xilanh kèm theo các quá trình công tác nhất định, các quá trình này có thể đ-ợc biểu thị một cách gần đúng nhờ giản đồ chỉ thị lý thuyết

Giản đồ chỉ thị lý thuyết mang đầy đủ tính trừu t-ợng và đ-ợc xác định trên cơ sở giả thiết các cửa của van tr-ợt đ-ợc đóng và mở tức thời Để tiện cho việc khảo sát các thông số của giản đồ, ng-ời ta thống nhất các ký hiệu sau:

H m - hành trình lớn nhất của pittông khi không có vật rèn;

F - diện tích mặt trên của pittông;

F - diện tích mặt d-ới của pittông;

(1 - )F - diện tích tiết diện cán pittông;

p - áp suất của hơi n-ớc, p = 0,7  0,9 MPa;

p 1 - áp suất của hơi n-ớc đã sử dụng (hơi thải) trong xilanh, p 1 = 1,1p 0

p 0 - áp suất của môi tr-ờng bên ngoài; p 0 = 0,1 MPa;

u H m - chiều cao toàn phần khoảng không có hại d-ới của xilanh (có tính đến thể tích của rãnh đ-ờng ống dẫn)

Khoảng không có hại d-ới đ-ợc dùng để khử các va đập có thể của pittông lên nắp d-ới của xilanh Chiều cao toàn phần của khoảng không có hại d-ới là:

, u , u m

trong đó

, u

 H m - chiều cao khoảng không có hại d-ới của xilanh;

m ,

0

 - chiều cao khoảng không có hại trên của xilanh;

m ,H

V u.k và V o.k - t-ơng ứng là thể tích của rãnh d-ới và rãnh trên

Hành trình lắp ráp của đầu tr-ợt H đ-ợc tính từ nắp trên của xilanh đến mặt trên

của pittông khi pittông ở vị trí d-ới cùng và không có vật rèn:

Trên hình 2.4 giới thiệu giản đồ chỉ thị lý thuyết và sơ đồ vị trí của van tr-ợt trong

áo van ở các giai đoạn làm việc khác nhau của máy búa

Khảo sát giản đồ (hình 2.4) đối với buồng d-ới của xilanh trong hành trình lên

trên của bộ phận động Đoạn H m ký hiệu giai đoạn nạp hơi d-ới Giai đoạn này phụ

thuộc vào trị số của đoạn ab - ký hiệu khoảng cách tính từ gờ trên của cửa d-ới áo van

đến mép d-ới của van tr-ợt Đoạn ab trên áo van xác định vị trí d-ới ban đầu của van tr-ợt Van tr-ợt cần đ-ợc đặt ở vị trí này khi hiệu chỉnh Trị số của đoạn ab đ-ợc xác

định bằng cách tính toán Nếu tăng đoạn này so với trị số tính toán sẽ làm tăng giai đoạn nạp hơi d-ới Trong tr-ờng hợp đó bộ phận động sẽ làm tăng động năng lớn hơn so với tính toán và kết quả là tạo điều kiện để pittông va đập vào nắp xilanh Vì vậy, để không xảy ra hiện t-ợng trên thì khi bắt đầu hiệu chỉnh nên đặt van tr-ợt ở vị trí sao cho đoạn

ab trở nên nhỏ hơn so với tính toán

Hơi mới đ-ợc đ-a vào buồng d-ới của xilanh theo rãnh II (hình 2.1, c) qua cửa

d-ới của áo van Van tr-ợt đ-ợc liên kết cơ khí với bộ phận động của máy búa nên khi nâng bộ phận động lên thì van tr-ợt cũng đ-ợc nâng lên ở thời điểm đầu khi nâng, cửa

áo van đ-ợc mở hoàn toàn (hình 2.4) Theo mức độ chuyển động lên trên van tr-ợt bắt

theo, trên đoạn H m hơi sẽ giãn theo đ-ờng cong bc t-ơng ứng với quá trình pV = const

Điểm b trên giản đồ ký hiệu vị trí ngắt hơi d-ới, còn đoạn H m t-ơng ứng với đoạn giãn

hơi d-ới Đến cuối hành trình lên trên còn lại đoạn (1 -  - )H m Trên đoạn này van tr-ợt mở các cửa d-ới của áo van, l-u thông buồng d-ới xilanh với đ-ờng ống xả qua

rãnh II (hình 2.1, c) áp suất trong buồng d-ới giảm xuống áp suất p1 trong đ-ờng ống

xả Đoạn (1 -  - )H m đ-ợc gọi là giai đoạn xả hơi d-ới

ở buồng trên xilanh trong hành trình đi lên của bộ phận động, đồng thời với công

của hơi d-ới còn có công của hơi trên ở đầu giai đoạn nâng lên, trên đoạn (1 - ' - ')H m xảy ra sự xả hơi trên theo rãnh I (hình 2.1, c) vào đ-ờng ống xả với áp suất p 1 Điểm b'

là điểm ngừng thải hơi trên, tiếp theo hơi bị nén trên đoạn 'H m Sau điểm c' van tr-ợt

bắt đầu mở các cửa trên của áo van, l-u thông buồng trên xilanh với đ-ờng ống nạp theo

rãnh I, qua đó hơi n-ớc đ-ợc đ-a vào áp suất hơi n-ớc trên pittông đ-ợc nâng lên đến trị

số áp suất hơi mới và giữ không đổi cho đến cuối hành trình lên trên Đoạn 'H m ở hành trình lên trên đ-ợc gọi là đoạn nạp sớm của hơi trên Khi đạt tới vị trí trên cùng của hành trình, bộ phận động bắt đầu chuyển động xuống nhanh dần

Khảo sát giản đồ đối với buồng trên của xilanh ở hành trình xuống d-ới của bộ

phận động Đoạn 'H m hiện thời là đoạn nạp hơi trên Điểm d' là điểm ngừng nạp hơi trên Trên đoạn 'H m hơi trên sẽ giãn theo đ-ờng cong pV = const

Tại điểm f' van tr-ợt mở các cửa trên của áo van và l-u thông buồng trên của xilanh với đ-ờng ống xả áp suất hơi giảm dần đến p 1 và giữ không đổi trên đoạn xả (1 -

' - ')H m

Khi đạt tới vị trí d-ới sẽ xuất hiện va đập và bộ phận động bắt đầu chuyển động nhanh lên trên Chu trình đ-ợc lặp lại Giản đồ trên hình 2.4 t-ơng ứng với các va đập liên tiếp nhau theo giả thiết các cửa của van tr-ợt đ-ợc đóng và mở tức thời Tuy nhiên, trong thực tế lại không xảy ra nh- vậy

Hình 2.4 Giản đồ chỉ thị lý thuyết và sơ đồ vị trí của van tr-ợt

Giản đồ chỉ thị thực tế nhận đ-ợc khi thử nghiệm máy búa bằng cách ghi lại sự thay đổi áp suất trong cả hai buồng của xilanh công tác nhờ đồng hồ và cảm biến đo áp suất lại khác xa so với giản đồ chỉ thị lý thuyết đ-ợc thể hiện trên hình 2.4 Việc xây dựng giản đồ chỉ thị thực tế sẽ đ-ợc xem xét sau

Phụ thuộc vào đặc điểm phân bố các chu kỳ công tác của hơi n-ớc, máy búa có thể làm việc trong các chế độ sau:

Chế độ va đập liên tiếp tự động - va

đập đ-ợc thực hiện nhờ chuyển động lên và

xuống của bộ phận động không bị ngắt

quãng bởi các khoảng tạm dừng (hình 2.5,

a) Trong chuyển động lên trên khi đạt tới vị

trí trên cùng của hành trình, đầu tr-ợt nhanh

chóng chuyển động xuống d-ới

với năng l-ợng cực đại luôn kèm theo thời

gian tạm dừng khi đầu búa ở vị trí d-ới

Hình 2.5 Các chế độ làm việc của máy

búa

2.4 Cơ cấu phân phối hơi

2.4.1 Cơ cấu phân phối hơi của máy búa rèn

Để nhận đ-ợc các va đập liên tiếp giống nhau khi máy búa làm việc với năng l-ợng nh- nhau thì trong mỗi va đập các giá trị của giai đoạn nạp, giãn và xả phải giống nhau đối với cả hơi trên lẫn hơi d-ới Điều này đạt đ-ợc bằng cách giữ cho chuyển động của van tr-ợt theo tỷ lệ không đổi đối với chuyển động của đầu tr-ợt, nghĩa là giữ đ-ợc mối liên hệ động học xác định giữa bộ phận động và van tr-ợt

Mối liên hệ này đ-ợc thực hiện nhờ cơ cấu phân phối hơi t-ơng ứng Công dụng của cơ cấu phân phối hơi là nhằm đảm bảo tính đầy đủ cao nhất của các đoạn công tác trên giản đồ chỉ thị vì công có ích của máy búa tr-ớc hết đ-ợc xác định bởi tính đầy đủ

của giản đồ trên các đoạn H m và 'H m

Để giảm kích th-ớc bao của cơ cấu phân phối hơi cần phải thiết lập đ-ợc tỷ xích

thực tế, ng-ời ta sử dụng tỷ xích này với các trị số sau: đối với máy búa rèn mv = 1/20  1/25, còn đối với máy búa dập mv = 1/40

Hình 2.6 Sơ đồ kết cấu cơ cấu phân phối hơi của máy búa rèn (a & b) và máy búa

với van tr-ợt Liên kết này có kết cấu d-ới dạng tay gạt cong abc (hình 2.6, a) Nhánh ab của tay gạt (có dạng hình l-ỡi liềm) tiếp xúc với bộ phận động, còn nhánh bc liên kết với thanh kéo của van tr-ợt Tay gạt cong abc có kết cấu nh- vậy thể hiện chức năng điều

khiển tự động của nó Ngoài ra, trên máy búa còn lắp cơ cấu điều chỉnh bằng tay nhờ tay

gạt def

Hoạt động điều khiển tự động của cơ cấu đ-ợc thực hiện nhờ tay gạt cong lắc qua

lắc lại quanh trục b Chính trục b lại thuộc tay gạt bgh, trục g đ-ợc giữ cố định Vị trí ban đầu của van tr-ợt (đoạn ab trên hình 2.4, a) hoặc độ dài đoạn H m đ-ợc điều chỉnh

nhờ tay gạt bgh Đầu tr-ợt đ-ợc nâng tới độ cao toàn phần của hành trình H m nhờ tay gạt bgh ở vị trí trên cùng bởi vì tại vị trí này H m có độ lớn cực đại Khi nhấn tay gạt f thì tay

gạt cong không tiếp xúc với bộ phận động và máy búa chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay

Trong các máy búa rèn hiện đại, ng-ời ta sử dụng cơ cấu có liên kết động cố định với đầu tr-ợt khi máy búa làm việc ở chế độ va đập bất kỳ (hình 2.6, b)

2.4.2 Cơ cấu phân phối hơi của máy búa dập

Cơ cấu phân phối hơi của máy búa dập có kết cấu hơi khác (hình 2.6, c) so với cơ cấu phân phối hơi ở máy búa rèn Điều này đ-ợc hiểu là do trong quá trình rèn, thợ máy

điều khiển thiết bị còn thợ rèn thực hiện công việc rèn Thợ rèn ra hiệu cho thợ máy điều khiển các chế độ va đập theo yêu cầu của mình

Khi làm việc với máy búa dập, thợ dập tự điều khiển máy búa Do thợ dập phải dùng tay để điều khiển vật dập nên việc điều khiển máy đ-ợc thực hiện nhờ bàn đạp

Hình 2.7 Sơ đồ vị trí van tr-ợt trong áo van ở chế độ va đập đơn nhát

1, 4, 5, 6 - đầu búa ở trên; 2, 3 - đầu búa ở d-ới

Trong thời gian tạm dừng và điều khiển vật dập, bộ phận động đ-ợc nâng lên vị trí trên cùng Bộ phận động có thể thực hiện chu trình đảo búa Lúc này bàn đạp đ-ợc tự do (nhả ra) và trở về vị trí cố định nhờ lò xo đẩy Van tr-ợt nằm ở vị trí trên cùng, khi đó các cửa trên của áo van phải đ-ợc mở một chút (hình 2.7, e) Bộ phận động đi xuống và

làm lệch tay gạt cong Van tr-ợt hạ xuống và che kín dần các cửa trên và mở dần các cửa d-ới của áo van (hình 2.7, f) Hơi n-ớc vào mặt d-ới của pittông và đẩy bộ phận

động ng-ợc lên trên Chu trình này đ-ợc lặp đi lặp lại cho đến khi bàn đạp đ-ợc tự do (nhả ra)

Để thực hiện hành trình xuống d-ới thứ nhất, cần phải nhấn bàn đạp khi bộ phận

động đang ở vị trí trên cùng của hành trình (hình 2.7, b) Bằng cách nạp hơi trên và xả hơi d-ới, van tr-ợt ở vị trí trên cùng (hình 2.7, c) sau khi dịch chuyển lên trên một đoạn

h n Bộ phận động chuyển h-ớng xuống d-ới Tiếp theo, van tr-ợt tự động dịch chuyển

xuống d-ới một đoạn h m bảo đảm cho tất cả các giai đoạn công tác của hơi (hình 2.7, d) Khi nhấn bàn đạp thì van tiết l-u 1 mở (hình 2.6, c) Van này điều chỉnh độ lớn của rãnh thông qua phụ thuộc vào độ sâu của bàn đạp khi nhấn Cơ cấu phân phối hơi

đ-ợc trang bị van tiết l-u có bộ tiết chế 2 (hình 2.6, c) đ-ợc liên kết với van tiết l-u nhờ thanh kéo

Khi quay tay gạt của bộ tiết chế, tiết diện thông qua của van tiết l-u thay đổi Trong thời gian làm việc của máy búa khi nhấn bàn đạp, van tiết l-u quay để làm tăng tiết diện thông qua và giảm sức cản luồng hơi Khi nhả bàn đạp thì van tiết l-u đóng dần cửa, làm tăng sức cản cục bộ của luồng hơi và làm giảm áp suất hơi ở cửa ra của van tiết l-u Điều này làm giảm chi phí hơi trong chu trình đảo búa và hành trình lên trên Nếu không nhấn hết bàn đạp ở cuối hành trình của bộ phận động thì khi bộ phận

động ở vị d-ới, van tr-ợt sẽ chiếm vị trí mà tại đó chỉ có một l-ợng nhỏ hơi mới vào buồng d-ới xilanh để nâng bộ phận động lên Năng l-ợng hơi hầu nh- không đủ để nâng

bộ phận động bởi vì trong thời điểm tiếp sau các cửa d-ới của áo van tr-ợt bị đóng và có thể xảy ra va đập kép nguy hiểm

Để thực hiện hành trình ng-ợc bình th-ờng (hành trình không tải lên trên), thợ dập phải nhả bàn đạp ở cuối hành trình xuống d-ới Van tr-ợt hạ xuống một đoạn hn và chiếm vị trí d-ới theo tính toán (hình 2.7, a), xảy ra giai đoạn nạp hơi d-ới và xả hơi trên Bộ phận động chuyển h-ớng lên trên Van tr-ợt cũng đ-ợc nâng lên, đóng dần các cửa trên và d-ới và tự động thực hiện các giai đoạn công tác của hơi

Trong quá trình nâng van tr-ợt lên, tốc độ tức thời của hơi trong các cửa d-ới của

áo van tăng lên bởi vì tốc độ nâng bộ phận động tăng lên và tiết diện của các cửa này giảm xuống Tới thời điểm xác định, cùng với sự gia tăng tốc độ của hơi thì áp suất của

nó giảm xuống Sau đó, khi tốc độ hơi đạt tới gần 80 m/s (của không khí nén tới 60 m/s) thì bắt đầu quá trình hạ áp - điều tiết (tiết l-u) hơi áp suất trong buồng d-ới xilanh trở

nên thấp hơn áp suất hơi mới Trên giản đồ chỉ thị (hình 2.8) thời điểm này đ-ợc đánh

Trong thực tế hơi n-ớc cần phải khắc phục sức cản cục bộ khi chuyển động dọc ống nạp qua van tiết l-u và theo các rãnh của hộp van có những đ-ờng uốn và tiết diện thay đổi Trị số áp suất của hơi ban đầu (hơi mới) phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của hơi và sức cản cục bộ Do diện tích tiết diện của ống nạp và các rãnh nhỏ hơn nhiều so với tiết diện của pittông, nên tốc độ của hơi trong ống và rãnh khá lớn ngay cả khi tốc độ của pittông không lớn Ngoài ra, cũng nên tính rằng theo mức độ lên trên của bộ phận

động tiết diện các cửa của áo van giảm xuống Do đó, không khó khăn khi đ-a ra kết luận rằng, theo mức tăng tốc độ của pittông, áp suất hơi ở buồng d-ới xilanh của giai

đoạn nạp H m có thể không giữ đ-ợc không đổi và có trị số bằng áp suất ban đầu p nh-

đã đ-ợc công nhận khi xây dựng giản đồ chỉ thị lý thuyết (hình 2.4)

áp suất của hơi d-ới có thể đ-ợc giữ không đổi chỉ tới thời điểm xác định, ví dụ,

thời điểm này đ-ợc xác định bởi điểm [a 1] chẳng hạn Sau thời điểm đó áp suất cần phải giảm xuống (hình 2.8) Sự giảm áp suất đ-ợc tiếp tục cho tới điểm b1, khi kết thúc giai

của các cửa d-ới nh- vậy, áp suất của hơi giảm từ từ tới áp suất cuối p kd theo đ-ờng cong

ce 1 (hình 2.8), đ-ờng cong này nằm bên trên đ-ờng nằm ngang p 1

Khi bộ phận động tiếp tục chuyển động xuống d-ới thì trên đoạn xả (1 -  - )H m hơi d-ới sẽ có áp suất gần bằng áp suất p 1 Trên đoạn H m l-ợng hơi còn lại bị nén với

áp suất thay đổi theo đ-ờng cong pV = const

Hình 2.8 Giản đồ chỉ thị thực của hơi d-ới

Trên đoạn cuối giai đoạn nạp sớm H m, do các cửa d-ới mở từ từ nên áp suất của

hơi có thể không tăng ngay tức thì tới trị số p Công nhận rằng, áp suất hơi sẽ thay đổi theo h-ớng kéo dài đ-ờng cong nén pV = const cho tới thời điểm va đập

T-ơng tự, có thể xây dựng giản đồ chỉ thị thực cho hơi trên (hình 2.9)

D-ới đây sẽ giới thiệu ph-ơng pháp xây dựng giản đồ chỉ thị đơn giản theo cách gần đúng của giáo s- Zimin A I dùng cho máy búa hơi n-ớc - không khí nén [7] Có thể sử dụng ph-ơng pháp t-ơng tự để tính toán máy hơi n-ớc

Công nhận rằng, điểm đầu a I của đ-ờng cong giãn hơi nằm ở giữa đoạn [a 1 ]b

(hình 2.8) Từ điểm này dựng đ-ờng cong pV = const cho tới điểm c 1 và nối trơn liền với

đoạn thẳng a[a I ] qua điểm [a I ] sẽ nhận đ-ợc sự thay đổi áp suất hơi theo đ-ờng a[a I ]b I c I trên các đoạn hành trình của bộ phận động ( + )H m

Trên đoạn hành trình tiếp theo (1 -  - )H m xảy ra sự xả sớm hơi d-ới Quá trình

xả hơi từ buồng d-ới xilanh trong tr-ờng hợp đã cho giống nh- tr-ờng hợp chất lỏng chảy từ bình chứa có thể tích giới hạn thay đổi qua tiết diện thay đổi (các cửa d-ới của

áo van) vào buồng có áp suất không đổi và thể tích vô hạn (đ-ờng ống xả)

Đối với tr-ờng hợp này, có thể công nhận các thông số của hơi còn lại trong buồng

d-ới xilanh tiếp tục thay đổi theo đ-ờng cong giãn pV = const trong quá trình xả giống nh- sự kéo dài đ-ờng cong b I c I (hình 2.8)

áp suất hơi tại điểm e I trong tr-ờng hợp này đ-ợc xác định theo công thức:

Khi pittông chuyển động xuống d-ới, áp suất của hơi còn lại trong buồng d-ới

bằng áp suất p 1 của hơi đã sử dụng Điều này xảy ra sau khi pittông vừa mới dịch chuyển khỏi vị trí trên cùng xuống d-ới Sự giảm áp suất khi đó đ-ợc biểu thị bằng đ-ờng cong

c 1 e 2 e 4 e 3 , đ-ờng cong này đ-ợc nối trơn liền với đoạn thẳng ed Đ-ờng cong e 2 e 4 cũng

nh- đ-ờng cong e 4 e 3 đ-ợc vẽ theo cách gần đúng (-ớc phỏng)

Theo mức độ tiếp tục đi xuống của pittông do nó chuyển động nhanh dần và các cửa d-ới của van đóng dần, hơi thoát ra khỏi xilanh bởi pittông sẽ chịu sức cản chuyển

động Do đó, áp suất hơi khi xả gần điểm d cần đ-ợc nâng lên cao hơn đ-ờng de đôi

chút Tuy nhiên, trên cơ sở các số liệu thực nghiệm có thể công nhận một cách gần đúng

rằng, đ-ờng xả của hơi d-ới sẽ trùng với đ-ờng thẳng de, theo đó p 1 đ-ợc thiết lập bằng

1,1p 01 (p 01 - áp suất hơi trong đ-ờng ống xả)

Trên đoạn nén H m áp suất hơi từ điểm d đến điểm f thay đổi theo đ-ờng cong pV

= const

ở giai đoạn nạp sớm hơi d-ới trên đoạn H m không xảy ra sự tăng đột ngột áp suất

của hơi bởi vì tại thời điểm bắt đầu nạp ở điểm f các cửa nạp mới bắt đầu mở, nên hơi mới trong buồng van có áp suất cao hơn áp suất tại điểm f buộc phải vào buồng d-ới

pittông qua khe hẹp của các cửa này

Các định luật nhiệt động học cho biết rằng, khi hơi bão hoà từ bình chứa có dung tích vô hạn (nồi hơi) chảy vào buồng có áp suất và dung tích thay đổi (xilanh công tác) qua tiết diện thay đổi của cửa van tr-ợt thì các thông số của hơi trong xilanh thay đổi

theo đ-ờng cong pV = const, đúng nh- kết quả thực nghiệm đã đ-ợc xác nhận

Hình 2.9 Giản đồ chỉ thị thực của hơi trên

Khi xây dựng giản đồ đ-ờng cong fh (hình 2.8) có thể cắt đ-ờng áp suất p Khi đó

ở cuối hành trình xuống d-ới của bộ phận động, áp suất p' kd sẽ lớn hơn áp suất p Các kết

quả nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, trong tr-ờng hợp này luôn có sự tạo thành

vòng khuyết cắt đ-ờng cong fh với áp suất d- cực đại cao hơn áp suất p tới 0,1  0,2 MPa Trên hình 2.8 thể hiện một nhánh của đ-ờng cong pV = const nằm bên trên đ-ờng

áp suất p đ-ợc vẽ bằng đ-ờng nét đứt, còn vòng khuyết đ-ợc vẽ bằng đ-ờng nét liền

Theo cách t-ơng tự có thể xây dựng giản đồ chỉ thị thực của hơi trên (hình 2.9) [7]

Nhờ ph-ơng pháp trên đây ng-ời ta xây dựng đ-ợc giản đồ chỉ thị thực cho máy búa Đối với máy búa rèn có thể xây dựng giản đồ chỉ thị ở chế độ va đập liên tiếp và va

đập đơn nhát Đối với máy búa dập có thể nhận đ-ợc giản đồ chỉ thị ở chế độ va đập liên tiếp, va đập đơn nhát và chu trình đảo búa

Các thông số cần thiết để xây dựng giản đồ chỉ thị thực có thể đ-ợc xác định bằng cách tính toán D-ới đây sẽ giới thiệu ph-ơng pháp tính toán các thông số này áp dụng cho máy búa dập

2.6 Tính toán các thông số cơ bản

Bằng cách tính toán cho phép xác định các thông số cơ bản về hình học (kích th-ớc), động học, lực và năng l-ợng Tuy nhiên, tr-ớc khi tính toán cần phải nghiên cứu

kỹ các tài liệu kỹ thuật, kinh nghiệm sản xuất và các số liệu nghiên cứu thực nghiệm về máy búa Khối l-ợng của bộ phận động, động năng của va đập và các thông số đặc tr-ng cho không gian dập của máy búa đều đ-ợc xác định trên cơ sở tiêu chuẩn nhà n-ớc đối với máy búa hơi n-ớc - không khí nén

Việc tính toán tr-ớc hết nên đ-ợc thực hiện đối với chế độ va đập liên tiếp của máy búa, sau đó tính cho chế độ đảo búa và chế độ va đập đơn nhát, bởi vì khi thiết kế máy búa cần dựa trên cơ sở các thông số tính toán đ-ợc xác định đối với cả ba chế độ làm việc trên

Khi máy búa làm việc ở chế độ va đập liên tiếp, công nhận rằng hành trình toàn phần của bộ phận động đ-ợc thực hiện khi không có vật dập, tức là t-ơng ứng với hành trình khi nửa khuôn trên và nửa khuôn d-ới va chạm nhau

Xét chuyển động lên trên của bộ phận động Khi máy búa làm việc ở chế độ va

đập liên tiếp, tổng các công sinh ra của tất cả các lực tác động lên hệ này phải bằng 0 để

đảm bảo cho bộ phận động dừng ở vị trí trên mà không va đập vào nắp trên của xilanh:

u 1



    (2.10) trong đó

F - diện tích mặt d-ới của pittông;

p - áp suất của hơi mới

Công cản hơi trên bao gồm công thải hơi vào ống xả trên đoạn (1 - ' - ')H m và

công nén hơi còn lại trên đoạn ('+'):

F - diện tích mặt trên của pittông;

p 1 - áp suất của hơi đã sử dụng, lấy lớn hơn áp suất hơi trên đ-ờng ống xả 10%, tức

Xét chuyển động xuống d-ới của hệ bộ phận động Trong tr-ờng hợp này tổng các

công sinh ra của lực tích cực và lực cản bằng động năng hiệu dụng L hd bởi vì ở cuối hành

v - tốc độ bộ phận động ở cuối hành trình xuống d-ới

Công của hơi trên khi bộ phận động chuyển động xuống d-ới đ-ợc xác định t-ơng tự nh- công của hơi d-ới ở hành trình lên trên

A' t = pFxtH m + pF(0 + xt)H mln

xt 0

0 1





  (2.14) Công cản hơi d-ới ở hành trình xuống d-ới cũng đ-ợc xác định t-ơng tự nh- công cản hơi trên ở hành trình lên trên

thức bổ sung cần thiết cho việc xác định các thông số này bằng cách xem xét quá trình

công tác của hơi trên và hơi d-ới

Công của hơi d-ới

Quy luật giãn hơi d-ới theo đ-ờng cong pV = const trên đoạn H m có thể diễn ra

theo nhiều cách khác nhau (hình 2.8); áp suất cuối p kd nhận đ-ợc có thể lớn hơn, bằng

hoặc nhỏ hơn áp suất p 1 trong đ-ờng ống xả

Khi giãn hơi đến áp suất p kd > p 1, hơi thực hiện công lớn nhất khi nâng bộ phận

động lên trên Tuy nhiên cần nhận thấy rằng, tại thời điểm đầu trong hành trình xuống

d-ới tiếp sau của bộ phận động, hơi n-ớc có áp suất cuối p kd >p 1 cần phải giảm xuống

tới áp suất p 1 Do mật độ hơi e 1 tại điểm e 1 lớn hơn mật độ e tại điểm e, nên sự chênh

áp sẽ kéo theo chi phí hơi vô ích:

F(1 + u)H m (e 1 - e )

Trong tr-ờng hợp tổng quát, sự giãn hơi diễn ra cho tới áp suất cuối p kd p 1 Khi

đó, kéo dài đ-ờng cong c 1 b 1 cho đến khi cắt đoạn thẳng a[a I ] của đoạn nạp H m tại điểm

a I , ta nhận đ-ợc đoạn aa I, đoạn này đ-ợc ký hiệu trên đây là xdH m Sử dụng biểu thức pV

T-ơng tự, khi bộ phận động chuyển động xuống d-ới thì hơi d-ới có thể có áp suất

cuối p' kd khác nhau (hình 2.8) phụ thuộc vào quỹ đạo của đ-ờng cong nén, tức là có thể

Ta sẽ tìm các biểu thức bổ sung trên cơ sở xây dựng giản đồ chỉ thị thực (hình 2.8) Theo điều kiện công nhận khi xây dựng giản đồ chỉ thị, điểm đầu của đ-ờng cong

pV = const khi bộ phận động ở hành trình lên trên là trung điểm của đoạn nối giữa điểm

đầu đoạn tiết l-u hơi [a I ] và điểm cuối b của đoạn nén hơi H m, do đó ta có:

 - xd = xd -

m

1H

] a [ a

hay  = 2xd -

m

1 H

] a [ a

Đoạn [a 1 ]b = H m - a[a 1 ] trên giản đồ chỉ thị (hình 2.8) t-ơng ứng với chiều cao

mở cửa d-ới của áo van tr-ợt theo tỷ xích 1/m v tại thời điểm bắt đầu tiết l-u hơi, tức là

[a 1 ]b =

v

dm a

khi đó a[a 1 ] = H m -

v

dm

a

(2.20)

trong đó: m v - tỷ xích của hành trình van tr-ợt

Công của hơi trên

Trong hành trình lên trên của bộ phận động (hình 2.9), áp suất cuối p' kt của hơi

trên khi nén theo đ-ờng cong pV = const trên đoạn (' + ')H m của hành trình không

đ-ợc nhỏ hơn áp suất p Trong tr-ờng hợp có thể xảy ra p' kt < p thì trong chuyển động

xuống d-ới tiếp sau áp suất của hơi trên sẽ không kịp nâng lên tới áp suất toàn phần của hơi mới, do đó làm giảm công có ích của nó trong hành trình xuống d-ới của bộ phận

động Vì vậy, hơi cần phải có áp suất cuối p' kt = p hoặc p' kt > p

Khi nén theo đ-ờng cong pV = const, ta có:

,

Trong hành trình xuống d-ới của bộ phận động, áp suất của hơi trên đ-ợc giữ

không đổi từ điểm e' đến điểm bắt đầu tiết l-u hơi [a II ] (hình 2.9) Quá trình giãn hơi

trên có thể xảy ra sao cho ở cuối đoạn (1 - ' - ')H m ta sẽ nhận đ-ợc p kt > p 1 , p kt = p 1 hoặc p kt < p 1

Để nhận đ-ợc năng l-ợng va đập lớn đến mức có thể thì áp suất cuối của hơi trên

tốt hơn là p kt > p 1 Trong tr-ờng hợp này, do sự chênh áp (p kt - p 1 ) ở đầu giai đoạn lên

trên tiếp sau của bộ phận động nên sẽ có sự chi phí hơi vô ích:

F(0 + 1)H m (kt - 1 );

trong đó kt và 1 - t-ơng ứng là mật độ của hơi n-ớc ở áp suất p kt và p 1

Khi giãn theo pV = const, ta nhận đ-ợc:

p(0 + xt) = p kt(0 + 1) (2.22)

suy ra p kt = p

10

xt 0

p 1

p

0 kt 0 0

Các biểu thức (2.21) - (2.21'') và (2.22) - (2.23) thu đ-ợc có liên hệ với các thông

số đầu và cuối của hơi trên khi bộ phận động chuyển động xuống d-ới và lên trên Các biểu thức bổ sung cần thiết để tính toán cũng sẽ nhận đ-ợc theo cách t-ơng tự nh- trong tr-ờng hợp trên đây khi xem xét giản đồ chỉ thị thực tế của hơi trên (hình 2.9)

Theo điều kiện đ-ợc công nhận khi xây dựng giản đồ chỉ thị thực, điểm đầu a II của

đ-ờng cong pV = const nằm ở trung điểm của đoạn thẳng nối giữa điểm bắt đầu tiết l-u hơi [a II ] và điểm cuối giai đoạn nén 'H m, do đó:

' = 2xt

-m

11H

] a [ ' e

Đoạn e'[a II ] có liên hệ với chiều cao của các cửa trên của áo van tr-ợt bởi biểu

thức sau:

] a [ ' e H '

m

a

11 m

t

Nh- vậy ta đã nhận đ-ợc tám biểu thức giải tích bổ sung (2.17'), (2.18'), (2.19), (2.20), (2.21''), (2.23) - (2.25) có liên hệ với thông số kích th-ớc, thông số lực và các thông số phân phối hơi

Trong biểu thức (2.20) và (2.25) có thông số chiều cao mở cửa trên và cửa d-ới

của áo van tại thời điểm bắt đầu tiết l-u hơi là a 0d và a 0t Ta sẽ xác định a 0d theo ph-ơng trình liên tục:

f 0dt = a 0d b dt = Fv t; suy ra a 0d = t

t d

v b

F



trong đó

f 0d = a 0d b d - diện tích cửa d-ới của áo van tại thời điểm bắt đầu tiết l-u hơi;

t - tốc độ hơi ở thời điểm bắt đầu tiết l-u; t = 80 m/s;

v t - tốc độ của bộ phận động tại thời điểm bắt đầu tiết l-u hơi

v t = j n t t (2.26’)

t t - thời gian chuyển động của bộ phận động tr-ớc khi bắt đầu tiết l-u hơi

Thay giá trị của vt vào biểu thức (2.26), ta có:

a od = n t

t d

t j b

F



Có thể xác định gia tốc theo ph-ơng trình chuyển động đ-ợc thành lập cho giai

đoạn nạp hơi d-ới:

Thay các giá trị của a 0d và a[a 1 ] vào ph-ơng trình (2.20), ta nhận đ-ợc ph-ơng

trình bậc hai đối với t t:

; 0 j

H 2 t m b

F 2

t

n

m t

v t d

v 2 t 2 d

2 2

v t d

t

j

H 2 m b

F m

Trong biểu thức này còn lại  là đại l-ợng ch-a biết Thay giá trị của t t vào biểu

thức (2.26'''), xác định a[a I ] Tiếp theo, thay giá trị của a[a I ] vào biểu thức (2.19), ta

nhận đ-ợc ph-ơng trình bậc hai đối với  Giải ph-ơng trình này sẽ xác định đ-ợc 

Tiếp tục thay giá trị của  vào biểu thức (2.26’’’’), xác định t t và theo biểu thức

(2.26'') và (2.26''') ta xác định đ-ợc các đại l-ợng phải tìm a 0d và a[a I ]

Theo cách t-ơng tự cũng xác định đ-ợc chiều cao mở các cửa trên của áo van tại

thời điểm bắt đầu điều tiết hơi a 0t và đoạn e'[a II ]

Bây giờ quay lại các ph-ơng trình xác định công của tất cả các lực tác dụng lên hệ

bộ phận động khi hệ này chuyển động lên trên [ph-ơng trình (2.12)] và xuống d-ới

(2.21'') vào ph-ơng trình (2.12) và sau đó rút gọn tất cả các số hạng của ph-ơng trình

này cho H m, ta nhận đ-ợc ph-ơng trình d-ới đây sau một số biến đổi t-ơng ứng

p G

R

1 p

p ln p 1

p

F

p p

p ln 1 ) 1 (

kt 0 0 1

u kd

u kd

p ln p p

p ln 1 1 p

1

, kt ,

kt 0 kd u

1

, kd ,

kd u u 1

0 kt

0 kt

H

L F 1 p G

R

1 p

p ln p 1

p

F

p p

p ln 1 ) 1 (

1 p

p ln p p

p ln 1 1 p

1

, kd ,

kd u kt

0

kt                (2.30)

Kết quả nhận đ-ợc hai ph-ơng trình để tính toán là (2.28) và (2.30) Số l-ợng ẩn

số trong các ph-ơng trình này phụ thuộc vào ph-ơng pháp tính toán Khi tính toán với mục đích cải tiến hoặc hiệu chỉnh máy búa đang hoạt động hoặc thiết kế máy búa mới

tại phòng thiết kế của nhà máy thì các đại l-ợng nh- H m , G, R, p 0 , p, p 1 , F, , u, 0 và

L hd là các đại l-ợng đã biết Các đại l-ợng ch-a biết còn lại là p kd , p' kd , p kt , p' kt, Phụ thuộc vào các đại l-ợng này không chỉ là đặc điểm chuyển động của bộ phận động, mà còn giá trị của các thông số khác có ảnh h-ởng đến sự phân bố các giai đoạn công tác của hơi: ,

', , '

Khi giải các ph-ơng trình này cần căn cứ vào đặc điểm cụ thể của từng máy búa, tham khảo các tiêu chuẩn quy định về kết cấu, kích th-ớc cơ bản và đặc tính kỹ thuật, các số liệu nghiên cứu thực nghiệm để tìm ph-ơng án tối -u cho máy búa cần thiết kế Một trong số các thông số cần l-u ý khi tính toán thiết kế máy búa là tốc độ chuyển động của bộ phận động Đối với máy búa dập khi làm việc ở chế độ va đập liên tiếp, tốc độ của bộ phận động nằm trong giới hạn:

1,5v n > v >1,25v n (2.31) trong đó v n - tốc độ của bộ phận động của máy búa tác động đơn

Tốc độ này có thể đ-ợc xác định khi giải ph-ơng trình chuyển động:

G - R = 0,9G = m 2

2dt

x d

G 9 ,

vn = t 0 , 9 gt

m

G 9 , 0 dt

trong đó g - gia tốc rơi tự do

Tích phân đẳng thức (2.33'), nhận đ-ợc

x 2

đổi tốc độ và năng l-ợng va đập của máy búa tới trị số lớn nhất khi va đập đơn nhát

Tính toán chu trình đảo búa

Khi tính toán chu trình đảo búa của máy búa dập cần chú ý đến một số đặc điểm

điều khiển máy búa [7]

Tr-ớc thời điểm giải phóng (nhả) bàn đạp, van tr-ợt nằm ở vị trí e (hình 2.7, e) sau khi xảy ra va đập ở vị trí này hơi d-ới đ-ợc xả ra qua các cửa của áo van vào đ-ờng ống xả áp suất ở mặt d-ới pittông trở nên thấp hơn áp suất của hơi mới Sau khi nhả bàn đạp thì lò xo t-ơng ứng nâng bàn đạp lên và đồng thời kéo van tr-ợt xuống một đoạn hn (ở vị

trí a hình 2.7, a) Khi đó, các cửa d-ới của áo van mở ra và nạp hơi mới vào buồng d-ới

xilanh Khi nhả bàn đạp, van tiết l-u quay làm giảm diện tiết diện thông qua của rãnh dẫn tới hai lần và tăng sức cản luồng hơi

Khi van tr-ợt từ vị trí e (hình 2.7, e) chuyển sang vị trí a, bộ phận động đ-ợc nâng

lên d-ới tác động của hơi d-ới và nhờ tay gạt cong nâng van tr-ợt lên Bậc d-ới của van