thiết kế - chế tạo khuôn đúc cánh bơm hướng trục phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu composite

- Máy đảo nước guồng cánh quạt kiểu trục dài loại cụm: Máy này do các cơ sở cơ khí tư nhân trong nước sản xuất: nó dựa trên cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hai loại máy trục ngắn trên

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC ĐẢO NƯỚC SỤC KHÍ PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 1.1 Tổng quan 3

1.2 Về tình hình nghiên cứu 3

1.2.1 Máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt 3

1.2.2 Máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí 6

1.2.3 Máy đảo nước dùng bơm 8

1.2.4 Máy đảo nước kiểu ly tâm văng 8

1.2.5 Máy sục khí kiểu chân vịt 9

1.2.6 Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục 10

1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm hướng trục 10

1.3.1 Phạm vi sử dụng 10

1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 10

1.3.3 Phương trình làm việc 13

1.3.4 Hình dạng cánh 14

1.3.5 Tính toán các thông số cơ bản trong bơm hướng trục 16

1.3.5.1 Chiều dài và bước cánh bánh xe công tác 16

1.3.5.2 Quan hệ giữa lực nâng và cột nước bơm, tam giác vận tốc 16

CHƯƠNG 2 18

XÂY DỰNG CÁNH BƠM HƯỚNG TRỤC BẰNG CÔNG NGHỆ CAD (PRO/ENGINEER 2001) 2.1 Các kích thước của bánh công tác cánh bơm hướng trục 18

2.2 Dựng cánh bơm 19

2.2.1 Tạo các đường Datum Curve (xoắn ốc) từ hàm 19

2.2.2 Tạo sườn cánh bơm 22

2.2.3 Tạo các mặt bao sườn cánh bơm 24

2.2.4 Chuyển cánh bơm từ mặt sang khối rắn 25

2.2.5 Tạo trục cánh bơm 26

CHƯƠNG 3 29

XÂY DỰNG KẾT CẤU KHUÔN 3.1 Tạo mặt phân khuôn 29

3.1.1 Tạo các mặt nối hai cánh 29

3.1.2 Tạo các mặt hỗ trợ và liên kết mặt 31

3.1.3 Che lỗ trục và tạo mặt kín thống nhất 33

3.2 Tách khuôn 33

3.2.1 Gọi chi tiết gia công 33

3.2.2 Tạo phôi bao trùm chi tiết 35

3.2.3 Tạo mặt phân khuôn chi tiết 36

3.2.4 Mở khuôn 39

3.3 Điều chỉnh khuôn 42

3.3.1 Chi tiết khuôn trên 43

3.3.2 Chi tiết khuôn dưới 43

3.3.3 Chi tiết được tách ra 45

3.4 Thiết kế hệ thống khuôn đúc 45

3.4.1 Đặc điểm công nghệ chế tạo cánh bơm composite 45

3.4.2 Hệ thống khuôn đúc 46

3.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 46

3.4.2.2 Bản vẽ lắp hệ thống khuôn đúc 47

CHƯƠNG 4 48

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KHUÔN CÁNH BƠM HƯỚNG TRỤC BẰNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 4.1 Gia công khuôn trên máy tiện T18A 48

4.1.1 QTCN gia công tấm khuôn trên 50

4.1.1.1 Thứ tự nguyên công 50

4.1.1.2 Trình tự các bước 51

1) Nguyên công 1 51

2) Nguyên công 2 54

1) Nguyên công 1 55

2) Nguyên công 2 55

4.1.3 QTCN gia công tấm khuôn dưới 56

4.1.3.1 Thứ tự nguyên công 56

4.1.3.2 Trình tự các bước 57

1) Nguyên công 1 57

2) Nguyên công 2 58

4.2 Gia công khuôn trên máy phay VMC 2216 59

4.2.1 QTCN gia công tấm khuôn trên 60

4.2.1.1 Nguyên công phay thô lòng khuôn 60

4.2.1.2 Nguyên công phay tinh lòng khuôn 69

4.2.1.3 Xuất file CNC 75

4.2.2 QTCN gia công tấm khuôn dưới 81

4.2.2.1 Nguyên công phay thô lòng khuôn 81

4.2.2.2 Nguyên công phay tinh lòng khuôn 91

4.2.2.3 Xuất file CNC 96

4.3 Lắp ráp khuôn 101

4.3 Tính toán sơ bộ chi phí gia công khuôn cánh bơm 102

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đã tạo ra bộ mặt mới cho thế giới ngày nay

Đó là kết quả của việc ứng dụng thành công những nghiên cứu khoa học và kỹ thuật vào tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, trong đó việc tạo ra công nghệ tự động hóa sản xuất đóng vai trò rất to lớn Nó có thể thay thế sức lao động của con người, đem lại năng suất, chất lượng cao hơn và ổn định hơn

Nhìn vào các quốc gia phát triển trên thế giới chúng ta thấy họ có nền công nghiệp rất tiên tiến, đều sở hữu những công nghệ, máy móc hiện đại Việc tự động hóa các ngành kinh tế, kỹ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã được thực hiện từ nhiều thập kỷ qua phục vụ đắc lực trong cuộc sống thực tiễn

Công nghệ tự động hóa trong ngành cơ khí chế tạo thực chất đó là sự liên kết các thành phần của quy trình sản xuất vào trong một hệ thống tích hợp được điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing – CIM), ứng dụng điển hình như các máy công cụ điều khiển số (NC và CNC)

Trong những năm gần đây việc mở rộng quan hệ hợp tác quốc tế đã tạo ra những điều kiện rất thuận lợi thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển Chúng ta đã tiếp cận được những thành tựu khoa học và kỹ thuật hiện đại của các nước phát triển trên thế giới Điều đó sẽ góp phần thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước được diễn ra nhanh chóng sớm sánh ngang cùng các nước phát triển nên việc sở hữu những công nghệ hiện đại trong đó có công nghệ tự động hóa sản xuất

cơ khí là bắt buộc chúng ta phải có

Đóng một vai trò to lớn như vậy nên không những sở hữu được mà chúng ta còn phải biết làm chủ và phổ biến chúng ra rộng rãi Vì vậy việc đào tạo con người

là việc cấp bách trước mắt Đối tượng dễ tiếp cận được với những công nghệ mới này là sinh viên các trường Đại học Kỹ thuật, cán bộ trong các viện nghiên cứu, con người trong các nhà máy, đặc biệt là trong các khu công nghiệp liên doanh với người nước ngoài

Tự nhận thức được tầm quan trọng cộng với điều kiện cơ sở vật chất sẵn có tại trường nên trong kỳ tốt nghiệp này được sự đồng ý của Ban lãnh đạo khoa cơ khí trường Đại học Nha Trang em đã chọn đề tài “ Thiết kế - chế tạo khuôn đúc cánh bơm hướng trục phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu composite ”

Nội dung đề tài:

1 Tổng quan về bơm hướng trục đảo nước sục khí phục vụ nuôi trồng thủy sản

2 Đặc điểm cấu tạo và phương pháp xây dựng mô hình cánh bơm bằng công

nghệ CAD

3 Xây dựng kết cấu khuôn và lập QTCN gia công nhờ công nghệ

CAD/CAM/CNC

4 Chế tạo khuôn trên máy CNC

5 Kết luận và đề xuất ý kiến

Trong thời gian thực hiện đề tài mặc dù bản thân đã nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu nhưng với trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô cùng các bạn

Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể quý thầy cô đã dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua Đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy Đặng Xuân Phương đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Duy Bảo Tịnh

Nha Trang, tháng11 năm 2007

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC ĐẢO NƯỚC SỤC KHÍ PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN

1.1 Tổng quan

Thủy sản được xác định là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn đem lại nhiều ngoại tệ cho đất nước, trong đó nuôi tôm là một ngành rất quan trọng đem lại lợi nhuận cao Nuôi tôm là hoạt động có tính rủi ro rất cao nếu cho tôm sinh trưởng

và phát triển một cách tự nhiên không có sự can thiệp của khoa học kỹ thuật Khi diện tích nuôi ngày càng tăng, mật độ thả nuôi cũng tăng lên, môi trường bị ô nhiễm nên tôm rất dể bị nhiễm bệnh, trong khi vốn đầu tư cho hoạt động nuôi tôm lại rất lớn, vì vậy vấn đề đặt ra là cần phải đảm bảo các yếu tố về môi trường cho tôm có thể sinh trưởng và phát triển bình thường bằng việc sử dụng các thiết bị nuôi tôm chuyên dùng Một trong các thiết bị không thể thiếu là thiết bị đảo nước sục khí nhằm đảm bảo lượng ôxy hòa tan trong nước ở một mức cần thiết (5-7mg/lít là tốt), tạo dòng chảy lưu động trong ao giúp tôm sinh trưởng và phát triển tốt

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại thiết bị đảo nước sục khí khác nhau: đảo nước sục khí kiểu chân vịt, đảo nước kiểu guồng cánh quạt, đảo nước sục khí kiểu thổi khí, đảo nước kiểu ly tâm văng… được sản xuất ở trong nước hoặc được nhập từ nước ngoài Các thiết bị này thường không thể thực hiện tốt cùng một lúc nhiều chức năng như tạo dòng chảy, gom chất thải rắn vào vùng giữa ao, sục khí

để làm tăng ôxy cả tầng mặt và tầng đáy, giải phóng khí độc Bên cạnh đó giá thành chế tạo thiết bị còn hơi cao

1.2 Về tình hình nghiên cứu

Đối với ngoài nước: đã nghiên cứu và chế tạo các loại bơm nước nông - công nghiệp Các bơm chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản cũng đã có nhưng chưa được nghiên cứu chế tạo bằng vật liệu phi kim loại

Đối với trong nước: các bơm nước chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản chủ

nghiên cứu thử nghiệm về bơm nước chuyên dụng từ vật liệu polimer và composite chưa được triển khai

Đa số các bơm chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản trong nước được chế tạo bằng cách copy lại nguyên lý và mẫu mã của các bơm nhập khẩu ở nước ngoài

để giảm giá thành Tuy nhiên nó vẫn chưa được cải tiến gì thêm về kết cấu và cách

sử dụng vật liệu Dưới đây là một số thiết bị đảo nước sục khí đang sử dụng hiện nay tại các trại nuôi trồng thủy sản trong nước:

1.2.1 Máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt

Là loại máy đảo nước được dùng tương đối rộng rãi ở các ao nuôi trên toàn quốc Nó làm việc theo nguyên lý cánh guồng quay hất nước lên thành những hạt nhỏ, tiếp xúc và thẩm thấu không khí (có ôxy) làm giàu hàm lượng oxy hòa tan trong nước.Cánh guồng làm bằng vật liệu nhựa hoặc kim loại Ưu điểm của thiết bị đảo nước kiểu guồng cánh là đơn giản và dễ chế tạo, do đó cơ khí công nghiệp địa phương hoặc các cơ sở cơ khí nhỏ cũng có thể sản xuất được một cách dễ dàng

Có hai loại máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt:

- Máy đảo nước guồng cánh quạt kiểu trục ngắn:

Máy đảo nước trục ngắn do Đài Loan và do Thái Lan sản xuất, nhưng có cấu

ạo tương tự nhau

Loan sản xuất: mỗi

máy chỉ có hai guồng Hình 1.1 Máy đảo nước sục khí kiểu trục ngắn chạy điện

Hình 1.2 Máy đảo nước sục khí kiểu trục dài chạy bằng động cơ

làm bằng thép không gỉ, bố trí hai bên và được động cơ điện dẫn động qua hộp giảm tốc trục vít- bánh vít Cả hệ thống được đặt trên khung và được làm nổi trên măt nước bằng các phao nhựa Khung cố định bằng bốn cọc cắm thẳng đứng xuống đáy

ao và có thể điều chỉnh chiều sâu gập của cánh quạt

Máy đảo nước do Thái Lan sản xuất: có cấu tạo tương tự như máy của Đài

Loan sản xuất nhưng có bốn guồng (mỗi bên hai guồng) Guồng được làm bằng nhựa PVC có 8 cánh

- Máy đảo nước guồng cánh quạt kiểu trục dài (loại cụm):

Máy này do các cơ sở cơ khí tư nhân trong nước sản xuất: nó dựa trên cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hai loại máy trục ngắn trên nhưng có giá thành tương đối thấp Máy gồm động cơ Diezel dẫn động, chuyển động quay được truyền qua hộp giảm tốc đến trục các-đăng và dẫn đến trục guồng, trên trục guồng có lắp các guồng

Tùy theo diện tích và hình dạng của ao nuôi tôm, khả năng tài chính của người nuôi tôm, công suất và số vòng quay của động cơ… mà có các phương án truyền động giảm tốc, số lượng guồng, số lượng cánh và kích thước bề mặt cánh khác nhau Trên thực tế hiện nay có các kiểu truyền động giảm tốc như sau: đai – đai; đai - bánh răng; đai -hộp số; đĩa xích

Nhận xét về các loại máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt trên:

Các loại máy đảo nước kiểu guồng cánh trên (cả loại trục ngắn và trục dài)

có cấu tạo tương tự nhau, chỉ khác ở chỗ chạy bằng động cơ điện hay động cơ

Diesel, số lượng guồng nhiều hay ít, chúng có một số ưu nhược điểm chung sau:

-Ưu điểm:

+ Có khả năng khuếch tán ôxy vào nước tốt và giải phóng khí độc (H2S,

NH3…) ra ngoài nhanh chóng

+ Tạo dòng chạy nhẹ, đều và luân chuyển thường xuyên trong ao (nếu bố trí

máy hợp lý) Ngoài ra đối với loại máy trục ngắn thì việc bố trí, lắp đặt máy trong

ao tương đối thuận tiện, dễ dàng Còn loại máy trục dài tạo được dòng chảy rộng Thiết bị không phụ thuộc vào nguồn điện do sử dụng động Diesel

- Nhược điểm:

+ Chi phí cho toàn bộ hệ thống khá cao

+ Lượng ôxy khuếch tán không đều và dòng chảy không rộng (đối với loại trục ngắn) Lượng ôxy chủ yếu hòa tan ở tầng mặt, ít hòa tan ở tầng đáy

+ Chưa tập trung chất bẩn vào một nơi nhất định để dễ dàng xử lý

1.2.2 Máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí

Có hai loại:

- Loại thứ nhất hoạt động như một máy nén vô cấp, máy nén đặt trên bờ và hơi được dẫn theo hệ thống ống có khoan lỗ đặt dưới đáy ao sục khí cho ao nuôi Máy sục khí kiểu khí nén được dẫn động từ động cơ Diezel hoạt động cung cấp không khí có áp xuất cao vào bình chứa có áp suất thường từ 5-8 kgf/cm2 Từ bình

chứa, khí được dẫn theo ống xuống đáy ao và tỏa ra khắp ao như hình vẽ 1.3

- Loại thứ hai hoạt động như một cánh quạt thổi không khí vào nước qua ống thổi Các loại đảo nước-sục khí kiểu này sử dụng không phổ biến trong các ao nuôi

ở Việt Nam Thiết bị này có ưu điểm cho năng suất hòa tan ôxy cao và thải khí độc lớn Nhưng không tạo được dòng chảy hợp lý và không gom được chất bẩn trong ao nuôi để tạo vùng ao sạch cho tôm phát triển (hình 1.4)

Hình 1.4 Máy thổi khí (do hãng VIKYNO sản xuất)

Ao nuôi tôm

1.2.3 Máy đảo nước dùng bơm

- Hiện nay thiết bị đảo nước này được dùng chủ yếu ở Philippin Với phương pháp này nước trong ao được bơm hút và đẩy qua đường ống phun ở đầu ao phía kia Cách bố trí như hình vẽ 1.5 dưới đây

- Phương pháp sục khí dùng bơm này có ưu điểm là đơn giản, hiệu quả và làm việc tin cậy và tạo nồng độ ôxy đồng đều theo các tầng nước Tuy nhiên phương pháp này cũng còn nhiều nhược là năng suất khuếch tan ôxy thấp và khó gom chất thải bẩn trong ao

1.2.4 Máy đảo nước kiểu ly tâm văng

Sử dụng chủ yếu trong các ao nuôi nước ngọt, chúng hoạt động theo nguyên

lý như sau: đĩa công tác quay hút ở giữa văng nước ra xung quanh tạo nên các tia nhỏ trước khi rơi xuống chúng sẽ thẩm thấu ôxy trong không khí Ở Việt Nam loại này hầu như chưa được sử dụng vì hiệu quả sử dụng không cao

1.2.5 Máy sục khí kiểu chân vịt

Loại máy đảo nước kiểu chân vịt đặt sâu vào trong nước Chân vịt chế tạo bằng hợp kim đồng được dẫn động bằng động cơ điện đặt chìm trong nước Toàn bộ

hệ thống được treo trên khung phao nổi Khi động cơ điện hoạt động làm quay chân vịt, nhờ cấu tạo xoắn của cánh chân vịt nó đẩy nước qua mặt đạp làm khấy động vùng nước sau chân vịt, áp suất ở vùng trước cánh chân vịt giảm xuống thấp hơn áp suất khí quyển Không khí được dẫn theo một ống đi xuống vùng áp suất thấp trước và trong trục ống của cánh và làm khuếch tán ôxy vào nước

Hình 1.6 Máy đảo nước sục khí kiểu chân vịt

Loại máy sục khí kiểu này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, lượng oxy hòa tan

ở tầng đáy cao Tuy nhiên dòng nước mà chân vịt tạo ra có xu hướng chảy theo hướng kính nên không tạo được dòng chảy tốt trong ao để gom chất bẩn, làm xói mòn đáy ao nơi đặt máy

1.2.6 Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục

Nguyên lý làm việc và cơ sở lý thuyết của bơm hướng trục:

Bơm hướng trục nằm trong nhóm bơm cánh dẫn, tuy nhiên nó khác với bơm li tâm ở chỗ chất lỏng chuyển động trong bơm hướng trục không thẳng góc với trục bơm mà chuyển động trong các mặt trụ đồng tâm với trục bơm, nghĩa là vận tốc vòng ở lối ra và lối vào của bánh công tác (cánh bơm) là như nhau: u1 =u2 = u Xét một phần tử chất lỏng bị cánh dẫn đẩy khi quay tròn, vì cánh dẫn có mặt nghiêng nên phần tử chất lỏng chuyển động theo quỹ đạo xoắn khi đi qua mặt cánh Để hiểu

rõ hơn về kiểu bơm hướng trục đảo nước sục khí làm việc như thế nào thì chúng ta

đi tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của nó dưới đây

1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm hướng trục

1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Kết cấu của bơm hướng trục đơn giản và chắt chắn, gồm phần động và phần tĩnh

Phần động là bánh công tác còn gọi là guồng động được gắn liền với trục Bánh công tác hình khối trụ có gắn các cánh dẫn mặt cong phân bố đều xung quanh

Số cánh dẫn thông dụng của bánh công tác là 3 đến 6 cánh

Phần tĩnh là vỏ bơm có dạng hình trụ rỗng, phía trong có các cánh dẫn hướng còn gọi là guồng khuếch tán và bộ phận đỡ trục Phía trên bộ phận dẫn hướng thân bơm uốn cong để tiện bố trí các bộ phận dẫn động trục bơm

Trục của bơm hướng trục thường được nối trực tiếp với động cơ điện, khi bơm làm việc bánh công tác quay trong môi trường chất lỏng và do có các cánh dẫn mặt cong dạng công xôn (cong theo không gian ba chiều) nên chất lỏng được hút vào bơm và chuyển động theo mặt hình trụ có bán kính quay không đổi nghĩa là chất lỏng chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc có phương song song với trục bơm

Khi bánh công tác của bơm quay, qua các cánh dẫn cơ năng của động cơ truyền cho chất lỏng, tạo nên dòng chảy liên tục qua bánh công tác Đồng thời cũng tạo cho dòng lưu thể một năng lượng động năng rất lớn, làm cho dòng chảy sau khi qua bánh công tác không ổn định ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy

Để khắc phục điều này, phía sau bánh công tác (guồng động) được đặt các cánh hướng còn gọi là guồng khuếch tán có tác dụng biến động năng của dòng chất lỏng lúc rời bánh công tác thành thế năng (áp lực) hình thành cột nước của bơm hướng trục

Hình 1.7 Nguyên lý cấu tạo bơm cánh nâng 1- guồng động; 2- guồng khuếch tán; 3- trục;

4- vỏ bơm; 5- ổ đỡ

Cột áp trong bơm hướng trục được hình thành nhờ vào nguyên lý lực cánh nâng Đó là do sự chênh lệch về trị số của các thành phần vận tốc tương đối và tuyệt đối ở các cữa ra và vào của bánh công tác Hình vẽ thể hiện tiết diện ngang của

Dòng chảy đến cánh với vận tốc

W∞ Do cánh đặt nghiêng một góc δ so

với dòng chảy đến nên phía trên lưng

cánh tạo ra các dòng xoáy, chính vì vậy

mà dòng xoáy này đã gây lên cánh một

lực R có phương tạo với phương thẳng

đứng một góc λ Lực R được phân tích Hình 1.8 Nguyên lý cánh nâng

thành Ry (lực nâng) và Rx (lực cản) Giá trị các lực này được tính theo công thức sau:

Hình 1.9 - thể hiện mặt cắt hình trụ quanh guồng động đi qua A-A ở hình 1.7

và khai triển ra ở hình 1.10 - thể hiện tam giác vận tốc ở cữa vào guồng động Tam giác vận tốc ở cữa ra thể hiện ở hình 1.9

1 1

c   ; c2 w2 u2 (1.3)

Hình 1.9 Khai triển mặt cắt hình trụ Hình 1.10 Tam giác vận tốc

đi qua A-A ở hình 1.1

Từ hình 1.7 cho thấy: khi guồng động quay dưới tác dụng của momen quay M thì nước sẽ được hút vào và đẩy lên qua guồng khuếch tán chảy vào ống đẩy Lực R tác dụng lên guồng động qua các cánh guồng Lực này được phân tích lực thẳng đứng RT và lực ngang RN Lực RT tác dụng lên gối đỡ chặn; lực RN tạo ra mômen cản có xu hướng bắt guồng động quay theo chiều ngược lại

w - vận tốc tương đối, có phương tiếp

tuyến với biên dạng cánh dẫn

 - góc giữa u và c

 - góc giữa w và u, biểu thị góc bố trí

cánh dẫn Hình 1.11 Tam giác vận tốc kết hợp

1 - gọi là góc vào, 2 - gọi là góc ra

c u - hình chiếu của c lên phương u;

c R - hình chiếu của c lên phương vuông góc với u

Phương trình cơ bản đối với bơm cánh dẫn tổng quát:

g

c u c u

H1  2 2u  1 1u (1.4)

Vì vận tốc quay của mỗi phân tố chất lỏng bất kỳ là không đổi trong suốt quá

trình chuyển động qua guồng động từ cữa vào đến cữa ra nên u1 = u2 = u = const

c1u = 0 ( vì ở cữa vào bánh công tác, dòng chất lỏng chưa có chuyển động quay)

g

c u

w w H

22

2 1 2 2 2 2 2 1 1

khỏi bánh công tác thì lại khác nhau Đối với bơm ly tâm, mọi phân tố dịch thể ra khỏi bánh công tác có giá trị cột nước gần bằng nhau và đó là giá trị lớn nhất, còn đối với bơm hướng trục, do phân tố chuyển động trong các mặt trụ có bán kính khác nhau nên có cột nước khác nhau với sự phân bố trị số cột nước tăng dần từ tâm quay

ra ngoài theo dạng đường cong bậc hai

Cột áp thực tế của bơm hướng trục:

g

u K

Cột áp tĩnh trong bơm hướng trục

được tạo nên nhờ vào độ mở rộng các máng

dẫn bánh công tác

H1∞t =

g

w w

2

2 2 2

1 

(1.8)

Hình 1.12 Bánh công tác bơm hướng trục

Vì vậy các máng dẫn của bánh công tác phải có độ mở rộng đủ để tạo nên cột

áp tĩnh cần thiết cho bơm (w1 > w2) Điều này gây nên các tổn thất phụ, vì lực quán tính của dòng chảy qua máng dẫn có vận tốc thay đổi lớn Để giảm tổn thất phụ thêm này, các máng dẫn của bơm hướng trục cần được gia công chính xác và có độ nhẵn bề mặt cao

Để dòng chất lỏng qua bánh công tác bơm hướng trục được cân bằng ổn định, các máng dẫn phải có kết cấu sao cho cột áp của mỗi nguyên tố chất lỏng được tạo nên bởi cánh dẫn ở mọi vị trí phải như nhau, tức là:

c2u = u – cR cotgβ2 với u = cR cotgβ1 (1.11)

c2u = cR(cotgβ1 – cotgβ2) (1.12)

)cot

2 1

g

c n



= const (đối với bơm cụ thể, n = const, cR = const) Bánh công tác của bơm hướng trục chỉ tạo được cột áp khi cánh dẫn có góc ra lớn hơn góc vào (β2 > β1), mặt cánh dẫn không thể là mặt phẳng mà phải là mặt cong Trị số β1 và β2 càng

chênh lệch thì độ cong của cánh

dẫn càng lớn

Nếu hai bơm làm việc có

cột áp như nhau, bơm nào có số

vòng quay làm việc ít hơn thì

cánh dẫn của bánh công tác của

bơm đó có độ cong lớn hơn

Hình 1.13 Tiết diện mặt cắt cánh dẫn

Điều kiện để phương trình (1.14) được đảm bảo khi:

R(cotgβ1 – cotgβ2) = const

Do đó các cặp trị số (β1, β2) không cố định, chúng phải thay đổi theo bán kính

R, nghĩa là độ cong cánh dẫn không đồng đều ở mọi nơi, mà phía trong sát trục độ cong cánh dẫn lớn nhất và giảm dần từ trong ra ngoài theo hướng kính Độ cong cánh dẫn nhỏ nhất ứng với bán kính lớn nhất Vì độ cong thay đổi như vậy nên mặt cánh dẫn là cong theo ba chiều không gian

1.3.5 Tính toán các thông số cơ bản trong bơm hướng trục

1.3.5.1 Chiều dài và bước cánh bánh xe công tác

Hình 1.14 thể hiện các kích thước chủ yếu của cánh bánh công tác bơm

Trường hợp với các đường kính D ≠ De thì hệ số ε là hệ số phụ thuộc vào

đường kính tại vị trí nghiên cứu:

e i

e e e i

D D D

D D

 (1.18)

Hình 1.14 Kích thước bánh công tác

1.3.5.2 Quan hệ giữa lực nâng và cột nước bơm, tam giác vận tốc

Phương trình năng lượng của bơm:

).(

gH   (1.19) Khi bơm cho năng lượng cực đại thì cu1 = 0 khi đó:

gH c

H u

2



 , (m/s) (1.20)

Khi bơm làm việc, lực do chất lỏng tác

dụng lên cánh là dR với thành phần theo

phương của vận tốc u là dRu và theo hướng

)sin(

m

YG H

c t g

uw l G

H    (1.23)

)sin(

cossin

2

H g l

t C

H

YG (1.24) Trong đó:

 Q - hệ số hiệu suất thể tích;  m - hệ số hiệu suất cơ khí;

 - hệ số hiệu suất chung

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CÁNH BƠM HƯỚNG TRỤC BẰNG

CÔNG NGHỆ CAD (PRO/ENGINEER 2001)

Hiện nay có rất nhiều phần mềm CAD/CAM khác nhau trên thị trường mạnh nhất là các phần mềm thương mại như Cimatron, Pro/Engineer, Mastercam, Solid work , nhưng trong đó Pro/Engineer là một trong những phần mềm mạnh và phổ biến hiện nay Nó có nhiều tính năng và đã được các nhà máy, công ty cơ khí chế tạo máy, gia công khuôn mẫu sử dụng nhiều, đặc biệt là khu vực thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam Do vậy phần mềm Pro/Engineer đã được chọn để xây dựng bánh công tác cánh bơm hướng trục

2.1 Các kích thước của bánh công tác cánh bơm hướng trục

Hình 2.1 Bản vẽ bánh công tác của bơm

 Tạo sườn cho cánh bơm

 Tạo các mặt bao sườn cánh

 Chuyển cánh bơm từ mặt sang khối rắn

 Tạo lỗ trục

 Cắt rãnh then

 Bo tròn các góc cạnh

Cụ thể các bước được tiến hành như sau:

2.2.1 Tạo các đường Datum Curve (xoắn ốc) từ hàm

Đầu tiên, khởi động chương trình bằng cách: Nhấp chọn Start > Programs > Proe 2001 Khi màn hình làm việc của Proe 2001 xuất hiện, thực hiện các thao tác nhấp chọn như sau:

Chọn New hoặc Create a new object Hộp thoại New xuất hiện, ở khung Type chọn Part còn trong khung Syb-type chọn Solid dùng tạo khối chi tiết

Từ Menu Manager nhấp chọn vào Set Up > Unit > mmNs > Set > Ok > Close > Done thiết lập lại đơn vị tính cho hệ thống Nhấp chuột vào Done của Menu Manager hoàn thành việc thiết lập đơn vị tính Thực hiện tiếp theo là tạo tọa

độ cho cánh bơm bằng cách nhấp chọn ba mặt phẳng trên màn hình làm việc sau đó xác định tọa độ x,y,z

Hình 2.3

Bước tiếp theo là vẽ các đường Datum Curve là những đường xoắn ốc bằng cánh sử dụng hàm From Equation để tạo sườn cho cánh bơm Nhấp chuột tại vị trí Insert a datum curve trên thanh công cụ sau đó chọn: From Equation > Done > Pick

z = t*41.6 + 4

Sau đó nhấn Ok ở hình dưới để được đường Curve thứ nhất

2.2.2 Tạo sườn cánh bơm

Các đường Datum Curve được tạo ra không trực tiếp dùng dựng cánh bơm,

mà tương ứng với mỗi đường Curve đó sẽ tạo ra hai đường Daum Curve là cạnh trên và dưới của cánh bơm, tạo chiều dày cho cánh Cách thực hiện như sau:

Nhấp chọn chuột tới vị trí Insert a datum curve trên thanh công cụ sau đó tiếp tục chọn: On Curve > Add New > Actual Len > Add New > Pick

Chọn vị trí các điểm trên đường Curve, sau đó nhấp vào Done Sel > Add New > Done Kết quả như hình

Hình 2.8

Các điểm được tạo ra trên đường Curve được dùng để dựng hai đường Curve làm thành chiều dày của cánh bơm, bằng cách dùng lệnh Offset Point Chỉ con trỏ ở

vị trí Insert a datum curve trên thanh công cụ sau đó chọn:

Offset Point > Coord Sys > CSO > Pick > Done Sel Các điểm được tạo ra với toạ độ x=0, y=0, z Sau khi nhập giá trị z xong, chọn Done kết quả lần lượt như sau

Hình 2.9 Hình 2.10

Bước tiếp là tạo các đường Curve đi qua các điểm, với lệnh Thru Points được thực hiện như sau:

Nhấp chọn con trỏ ở vị trí Insert a datum cyrve trên thanh công cụ sau đó chọn: Thru Point > Done > Spline > Whole Array > Add Point > Pick

Sau khi chọn xong các điểm, chọn Done > Ok trên hộp thoại CURVE: Through Points Các đường Curve lần lượt được tạo như các hình dưới

Hình 2.11 Hình 2.12

Với 3 đường Curve được tạo ra từ ba hàm ở trên sẽ dựng được 6 đường Curve

ở hình dưới để tạo sườn cho cánh bơm

2.2.3 Tạo các mặt bao sườn cánh bơm

Chọn Create > Surface > New > Advanced > Boundaries > Done > Blended Surface > Done > First Dir > Add Item > Pick

Chọn lần lượt các đường Curve xong, nhấp Done Curves > Ok trên hộp thoại SURFACE: Blended Kết quả như sau

Hình 2.14

Các mặt còn lại lần lượt được tạo với cách làm hoàn toàn tương tự như trên Cách tạo đường curve trên mép cánh bằng lệnh Compsite để tạo mặt cho cánh Nhấp chọn con trỏ ở vị trí Insert a datum curve sau đó chọn:

Composite > Done > Exact > Done > Pick

Nhấp chọn mép trên và dưới, chọn One By One > Select > Done > Ok trên hộp thoại CURVE: Composite Tất cả các mặt cánh bơm được tạo thành như sau

Hình 2.15

Bước tiếp theo là Merge chúng lại với nhau để chuyển từ mặt sang khối rắn

Cách thực hiện như sau:

Chọn Create > Surface > Merge > Pick lần lượt hai mặt cạnh nhau

Hình 2.16

2.2.4 Chuyển cánh bơm từ mặt sang khối rắn

Sau khi đã Merge xong tất cả các mặt, tiến hành tạo khối rắn cho cánh bơm Nhấp chọn:

Feature > Create > Solid > Protrusion > Solid > Use Quilt > Done > Pick chọn

cánh bơm Sau đó chọn con trỏ ở vi trí V trên hộp thoại PROTRUSION: Use Quilt

Hình dạng cánh bơm khối rắn được tạo thành

Thực hiện lệnh Copy và Move được ba cánh bơm như hình dưới và vị trí phân bố các cánh bơm trên mặt phẳng

Hình 2.18 Hình 2.19

2.2.5 Tạo trục cánh bơm

Chọn Feature > Create > Protrution >

Extrude > Solid > Done Với d = 57.23

Chọn Feature > Create > Solid >

Cut > Extrude > Solid > Done

Hình 2.22

Sau khi đã thực hiện bo tròn tất cả các góc cạnh cần thiết ta thu được cánh bơm hướng trục hoàn chỉnh như hình sau:

Hình 2.26

Kết quả này sẽ được dùng để phục vụ cho việc xây dựng kết cấu khuôn trong chương 3

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG KẾT CẤU KHUÔN

Cánh bơm 3D đã được dựng trong chương trên nhưng chưa thể dùng nó để thực hiện phân khuôn và để xây dựng được kết cấu khuôn chúng ta phải thực hiện các bước chính sau đây:

 Tạo mặt phân khuôn

 Tạo các mặt nối hai cánh

 Tạo các mặt hỗ trợ và liên kết mặt

 Che lỗ trục và tạo mặt kín thống nhất

 Tách khuôn

 Thực hiện gọi chi tiết gia công

 Tạo phôi bao trùm chi tiết

 Tạo mặt phân khuôn chi tiết

 Mở khuôn

 Điều chỉnh khuôn

 Chi tiết khuôn trên

 Chi tiết khuôn dưới

 Chi tiết được tách ra

 Thiết kế hệ thống khuôn đúc

Cụ thể các bước được thực hiện như dưới đây:

3.1 Tạo mặt phân khuôn

3.1.1 Tạo các mặt nối hai cánh

Thêm các mặt ở vị trí đánh dấu như hình dưới

Hình 3.1

Cách thực hiện như sau: Tạo các đường Curve bằng cách nhấp chọn con trỏ chuột ở vị trí Insert a datum curve trên thanh công cụ sau đó chọn:

Composite > Done > Exact > Done > One By One > Select > Pick > Done Sel > Done

Tạo điểm trên các đường Curve vừa được tạo bằng cách nhấp chọn con trỏ ở vị Insert a datum point trên thanh công cụ Tiếp

theo Pick chọn vị trí các điểm trên đường Curve

sau đó dùng lệnh Thru Points để tạo các đường

Curve đi qua các điểm, nhấp chọn con trỏ ở vị

trí insert a datum curve trên thanh công cụ sau

đó chọn:

Thru Points > Done > Spline > Whole

Array > Add Point > Pick > Done Nhấp Ok trên

hộp thoại CURVE: Through Points Kết quả như

Projected > Done > Select > Done > One By One > Pick > Done Sel > Done chọn Ok trên hộp thoại CURVE: Projected, Selected Section

Hình 3.6 Hình 3.7

Thực hiện copy tất cả các mặt cánh phía trên và mặt trụ của cánh bằng cách

Feature > Create > Surface > New >

Copy > Done Sau đó thực hiện liên kết

tất cả các mặt trên lại với nhau thành một

mặt kín và thống nhất bằng lệnh Merge

Feature > Create > Surface > Merge

Tiếp theo tạo một mặt phẳng có

đường kính bằng đường kính ngoài cùng

của cánh bơm bằng cách chọn:

Feature > Create > Surface > New >

Extrude > Done Kết quả như hình bên

Hình 3.8

Thực hiện lệnh Merge:

Chọn Feature > Create > Surface > Merge sau đó chọn vào Intersect > Side 1 >

Side 2 rồi nhấn chọn con trỏ ở vị trí V như hình dưới

Hình 3.9

Hình 3.10

Kết quả thu được như sau:

Hình 3.13 Hình 3.14

Sau đó thiết lập lại đơn vị cho hệ thống bằng cách chọn như sau: Set Up > Units > Millimeter Newton Second (mmNs) > Set > Ok > Close > Done

Thực hiện lệnh gọi chi tiết bằng cách nhấp chọn:

Mold Model > Assemble > Ref Model Hộp thoại Open xuất hiện, nhấp chọn chi tiết cánh bơm như hình dưới

Hình 3.15 Hình 3.16

Xuất hiện hộp thoại Create Reference Mold,

nhấp chọn Merge By Ref > Ok ở hình bên

Hình 3.17

3.2.2 Tạo phôi bao trùm chi tiết

Trên menu Mold Model chọn Create > Workpiece > Manual để tạo phôi cho chi tiết

Lựa chọn các mục trên hộp thoại Component Create và trên hộp thoại Creation Options sau đó chọn Ok như hình sau

3.2.3 Tạo mặt phân khuôn chi tiết

Nhấp chọn Done/Return > Done/Return trên Menu Manager Tạo mặt phân khuôn cho phôi bằng cách nhấp chọn Parting Surf > Create trên Menu Mold

Xuất hiện hộp thoại Parting Surface Name để

đặt tên cho mặt phân khuôn thứ nhất xong nhấn

Ok

Hình 3.22

Trên menu Surf Define tiếp tục chọn Add > Copy > Done > Quilt Surfs > Pick Nhấp chọn bề mặt trên chi tiết như hình dưới Sau khi đã xác định bề mặt được chọn xong nhấp Done > Ok trên hộp thoại SURFACE: Copy

Hình 3.23

Trên Menu Surf Define chọn Add > Flat > Done > Make Datum > Offset Thực hiện chọn mặt và nhập giá trị cần thiết bằng cách nhấp chọn Enter Value như hình dưới

Hình 3.24

Nhập khoảng cách cho mặt

mới

Sau đó chọn Done > Okay > Ok trên hộp thoại SURFACE: Flat Mặt được tạo ra

có đường kính bằng đường kính của phôi d = 160 ở vị trí con trỏ hình dưới

Hình 3.25

Tiếp theo thực hiện kết nối hai mặt phân khuôn lại với nhau, trên Menu Surf Define chọn Merge > Pick Sau khi chọn xong mặt sẽ xuất hiện mặt phân khuôn được kết nối với nhau ở dạng lưới Chọn Intersect > Side 1 > Side 2 trên hộp thoại SURFACE MERGE, sau đó chọn con trỏ ở vị trí hình bên

Hình 3.26

Hình 3.27

Mặt phân khuôn được tạo ra nằm ẩn bên trong nên tiếp tục tạo ra một mặt phẳng cắt ngang phôi trùng với mặt phân khuôn có d = 160