Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực máy ép thủy lực

ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH:ĐỀ BÀI: Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực máy ép thủy lực với các thong số sau: Lực ép: 70 tấn Chu kì ép: 3 lần/phút... PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP Trên t

ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH:

ĐỀ BÀI: Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực máy ép thủy lực với các thong số sau:

Lực ép: 70 tấn Chu kì ép: 3 lần/phút

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP

Trên thế giới hiện nay có nhiều công ty chế tạo máy ép phục vụ cho ngành công nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép dùng trong sản xuất giày, máy ép dùng để nong lỗ trong sản xuất chi tiết máy, máy ép dùng để đột, máy ép dùng để ép gạch, dùng để ép ván dăm… Tuy nhiên tính đa dạng trong khâu thiết kế sản phẩm này chưa có, vì lí

do nhu cầu sử dụng mặt hàng này không nhiều Nên đa số các công ty chuyên sản xuất máy ép luôn sản xuất theo đơn đặt hàng của đối tác Điều này đã dẫn đến thực trạng nước ta chưa có công ty nào thiết kế

và chế tạo ra máy ép hoàn chỉnh Do kinh nghiệm cũng như công nghệ là chưa đủ, mà các công ty chủ yếu là phân phối lại sản phẩm của các công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặt hàng tại Việt Nam rồi đưa về các công ty chính để chế tạo

Qua tìm hiểu các công ty chuyên sản xuất và chế tạo máy ép chủ yếu tập trung ở những nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như tại Mĩ có công ty DENISON được thành lập từ năm 1900, tại Ấn Độ

có công ty VELJAN, công ty YOKEN của Đài Loan chuyên cung cấp các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức có tập đoàn REXROTH chuyên về sản xuất chế tạo, sửa chữa và bảo dưỡng các loại máy ép thủy lực cũng như cung cấp thiết bị phụ tùng cho các hệ thống thủy lực khí nén Tại Việt Nam có công ty Cổ phần Công nghệ Quỳnh, công ty T.A.T tại Tp HCM, công ty Long Quân tại Hà Nội là các công

ty chuyên về phân phối, lấp đặt, thiết kế, tư vấn hệ thống thủy lực khí nén hàng đầu tại Việt Nam

Dưới đây là một số loại máy ép thủy lực đang có trên thị trường Việt Nam hình 1.1

a) b) c)

d) e) f)

Hình 1.1 – Một số máy ép thủy lực

a) Máy ép thử mẫu bê tông

b) Máy ép gia nhiệt sửa lốp xe máy theo công nghệ Nhật c) Máy ép để đóng gói bao bì nhựa

d) Máy ép khung chữ H.

e) Máy ép ván dăm.

f) Máy ép thủy lực 1200 tấn

Hình1.2 – Phân loại các máy ép thủy lực theo chức năng công nghệ.

a- Để gia công kim loại; b- Để gia công vật liệu phi kim loại

Theo chức năng công nghệ các máy ép được chia ra làm máy ép để

cho kim loại (hình 1.3a) và cho vật liệu phi kim loại (hình 1.3b) Máy

ép để cho kim loại được chia làm 5 nhóm: Để rèn và dập, để ép chảy,

để dập tấm, để thực hiện các công việc lắp ráp và để xử lí các phế liệu

kim loại Do các máy ép có nhiều loại khác nhau nên người ta thường dùng lực ép định mức PH là thông số phổ bién nhất

Trong số các máy ép thuộc nhóm 1 có thể kể tên: Máy ép để rèn – rèn tự do có dập trong khuôn, PH= 5÷20MN; Máy ép để dập – dập nóng các chi tiết bằng magiê và hợp kim nhôm, PH= 10÷700MN; Máy ép đột – để đột nóng các phôi bằng thép trong cối kín, PH= 1.5÷30MN; Máy

ép để chuốt kéo – chuốt kéo các phôi rèn qua các vòng, PH= 0.75÷15MN

Trong số các máy ép của nhóm 2 có thể kể: Máy ép thanh - ống và máy ép thanh - ống, dùng để ép kim loại màu và thép, PH= 0.4÷120MN

Trong nhóm 3 có thể kể tên các loại: Máy ép để dập tấm kiểu tác dụng đơn giản, PH= 0.5÷10MN; Máy ép vuốt để vuốt sâu các chi tiết hình trụ, PH= 0.3÷4MN; Máy ép để gấp mép, tạo mặt bích, để uốn và dập các vật liệu dạng tấm dày, PH= 3÷45MN; Máy ép để lốc, để uốn lốc vật liệu dạng tấm dày và nóng, PH= 3÷200MN

Trong nhóm 5 phải kể tên các loại máy ép đóng gói và đóng bánh, được dùng để ép các phế liệu như phoi kim loại, PH= 1÷6MN Các máy

ép thủy lực dùng cho các loại vật liệu phi kim loại gồm có máy ép cho các loại bột, chất dẻo và để ép các tấm phoi gỗ, gỗ dán…

?

0.00 Bar

0.00 Bar

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY ÉP 70 TẤN:

Ta chọn thiết kế máy ép đa năng Đây là lại máy ép được sử dụng rộng rãi để thực hiện các công đoạn ép-lắp ráp, dập tấm, chuốt ép và hàng loạt các công việc gia công khác Máy có thể thực hiện một số công việc như đột lỗ, tán ri vê kiểu máy ép thủy lục kiểu chữ C đây là kiểu máy kết cấu đơn giản không gian làm việc lớn và phù hợp với lực

ép nhỏ hơn 100 tấn

Sơ đồ thủy lực:

Hệ thống thủy lực cảu máy ép bao gồm:

 Trạm nguồn: bao gồm:

+ bơm, là thiết bị để chuyển cơ năng sang thủy năng

+ động cơ điện, là thiết bị chuyển năng lượng điện thành cơ năng, + thùng dầu, là thiết bị chứa lượng dầu cần thiết cho hệ thủy lực, + thước đo dầu, là thiết bị để xác định mức dầu trong thùng dầu, + nắp thùng dầu, để tránh bụi bẩn rơi vào thùng dầu

+ lọc dầu, để tránh các cặn bẩn ảnh hưởng đến hệ thống thủy lực, + đế van: là thiết bị để tổ hợp các đường ống thủy lực và tạo đế lắp các van

+ đông hồ áp suất: để biết áp suất của hệ thống

+ khóa lắp trước đồng hồ áp suất: để bảo vệ đồng hồ khi không dung đến

+ hệ thống van: để điều hành và đảm bảo hệ thống hoạt động

Tóm lại: trạm nguồn là trạm chuyển hóa nắng lượng cơ thành thủy năng cung cấp cho hệ thống.

 Van phân phối: ta sử dụng van 4/3 điều khiển điện để điều khiển cơ cáu chấp hành

 Cơ cấu chấp hành: xylanh có tác dụng chuyển thủy năng thành cơ năng tạo lực ép cho máy ép

 Van an toàn: ổn định áp suất hệ thống, nghĩa là nó bảo vệ hệ thống luôn dưới áp suất nguy hiểm

 Van chống lún: giữ áp suất hệ thống khi có sự cố

 Ngoài và còn có hệ thống đường ống và các thiết bị đường ống

PHẦN III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC.

3.1.Tính chọn Xylanh:

3.1.1.Thông số thiết kế:

 Chọ áp suất lầm việc của hệ thống là p= 270 bar

 Lực ép đầu cần xy lanh F=70 tấn = 70.9,81 KN

 Thời gian 1 hành trình 20s

 Thời gian giữ ép 3s

 Hành trình pít tong l= 300mm

3.1.2.Tính toán các thong số:

Ta có:

2

4

4 4.70.9,81.1000

0.18 3,14.270.100000

D

F p

F

p







Chọn theo tiêu chuẩn D=0,18 m=180mm

 Tính đường kính cần pít tông:

Ta có:

d=(0,6-0,8) D =(0,6-0,8).180=108- 144 mm chọn đường kính cần theo tiêu chuẩn:

d=125mm

3.1.3.Lưu lượng cần cấp cho xy lanh:

Gọi Vận tốc đi xuống của xy lanh là v1

Vận tốc đi lên của xy lanh là v2

Ta có:

1 2

20 3 17

l l

v v    s (1)

Ta lại có :

4

4

Q

v

D

Q v

D d







 (2)

Từ (1)(2)

 Q=0,00084m3/s=50,4 (l/phút)

v1=0,033 m/s

v2=0,052 m/s

3.2.Tính toán đường ống:

Để tính toán đường kính đường ống ta thường căn cứ vào vận tốc của dầu, nếu vận tốc lơn quá thì tổn thất sẽ lớn và nếu vận tốc nhỏ thì tổn thất nhỏ nhưng chi phí cho đường ống lại lớn thông thường ta chọn vận tốc các đoạn đường ống như sau:

+Đường ống hút : 0,8-1,2 m/s

+Đường ống đẩy : 3 - 5 m/s

+Đường ống xả : 1 - 1,6m/s

Đường kính ống được tính như sau:

4Q

d

v





Q: lưu lượng dầu qua ống

v: vận tốc dầu trong ống

3.2.1.Tính toán đường ống hút:

Đường kính ống hút là:

4 b

h

h

Q

d

v





Qb: lưu lượng bơm

Qb=1,1.Q=1,1.50,4=55,44 l/p

vh : vận tốc trong ống hút

vh=0,8-1,2 m/s



3

(0,03 0,04) 3,14.(0,8 1,2)

b h

h

Q

v





 Vậy ta phải chọn đường ống hút có đường kính từ 3-4 cm

3.2.2.Tính toán đường ống xả:

Đường ống xả là đường ống bắt đầu từ đế van đến bộ phận làm mát và

từ bộ phận làm mát về bể dầu

Ta có: đường kính đường ống xả:

4

x

x

Q

d

v





Trong đó: Q : lưu lượng qua ống xả

vx:vận tốc trong ống xả

vx=1-1,6 m/s



3

(0,025 0,030) 3,14.(1 1,6)

x

x

Q

v





 Vậy ta phải chọn đường ống xả có đường kính từ 2,5-3 cm

3.2.3.Tính toán đường ống đẩy:

Đường ống đẩy chia làm 2 phần: một phần nối từ bơm đến đế van và một phần nối từ đế van đến cơ cấu chấp hành(xylanh) Do vậy, ta chọn đường ống nối từ bơm đến đế van là ống cứng và phần nối từ van đến xylanh sẽ có một phần ống mền sau đó đên phần ống cứng

Ta có đường kính ống đẩy:

4

d

d

Q d

v





Trong đó: Q lưu lượng qua đường ống đẩy

vdvận tốc trong đường ống đẩy

vd=3-5 m/s

3

(0,015 0,020) 3,14.(3 5)

d

d

Q

v





 Vậy: ta phải chọn đường ống đẩy có đường kính từ 14-20mm và chịu được áp lực 270bar.

3.3.Tính toán bơm nguồn:

3.3.1.Tính toán các thông số cơ bản:

Ta có áp suất bơm:

pb=pyc+pw.

pyc: áp suất cần cho xilanh hoạt động

pyc=220bar

pw: áp suất bị tổn thất

Ta sẽ tiến hành xác định tổn thất áp suất của hệ thống:

Giả sử:

 Chiều dài ống hút L1=1m, vận tốc trong ống hút v1=1,2m/s, đường kính ống hút dh=30mm

 Chiều dài ống xả L2=1m, vận tốc ống xả v2= 1,6 m/s, đường kính ống xả dx=25mm

 Chiều dài ống đẩy 4m, vận tốc trong ống đẩy v3=3m/s, đường kính ống đẩy dd=20mm

Chọn dầu thủy lực vidamo ISO 32 TL, đây là dầu của công ty

VIDAMO là thành viên của tập đoàn dầu khí quốc gia việt nam PETROVIETNAM Dầu có các thông số kĩ thuật sau:

+ trọng lượng riêng: =8,6.103 N/m3

+ độ nhớt động học ở 40oC là:  =32.10-6m2/s

Ta có:

pw p d  p c với :pd: tổn thất áp suất dọc đường

Pc: tổn thất áp suất cục bộ



2 2

d

l v p

d g



Ta có:

1.0,03

v d

 Dòng chảy trong ống hút là dọng chảy tầng.



0,068

Re 937

h

h

2

6

1,6.0,025

32.10

x x

v d

 Dòng chảy trong ống hút là dọng chảy tầng



0,041

Re 1562

x

x

3

6

3.0,020

32.10

d d

v d

 Dòng chảy trong ống hút là dọng chảy tầng



0,034

Re 1875

d

d



p

2

3 5





2 2

v p

g





Chọn tổn thất qua van phân phối là 2 bar



c

 pw p d  p c 0,5 2,7 3,2  bar

 pb=pyc+pw.=270+3,2=273,2bar

Chọn áp suất bơm nguốn là pb = 280bar

Lưu lượng bơm:

1,1* 1,1*50,4 55,4 /

Chọn Qb=56 l/p

Vậy ta sẽ tiến hành thiết kế bơm với các thông số sau:

Pb=280bar

Qb=56 l/p

3.3.2.Tính toán thiết kế bơm nguồn:

Với áp suất 280bar và lưu lượng 56 l/p, ta sẽ chọn bơm bánh răng

ăn khớp ngoài là phù hợp nhất do:

+ áp suất bơm bánh răng <300bar

+ lưu lượng thương nhỏ hơn 100l/p

+kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp hơn các loại bơm khác

Chọn động cơ điện có số vòng quay là 1450v/p

 Lưu lượng riêng của bơm:

3 56.1000

38,6 / òng

1450 1450

Q

3.3.2.1 Tính bánh răng:

Ta có:

.2 2

Q Q

q D m b

q m z m b



Chọn: z=12,

6

b

m 

ηQ=0,9



0,9.12.2.3,12.6

q

 D=z.m=12.3,2=38 mm

 Da=(z+2).m=14.3,2=45 mm

b=(6-10).3,2=30 mm

Yêu cầu kĩ thuật khi gia công bánh răng:

+độ không đồng tâm của các đường kính đỉnh răng: <0,02;

+độ dảo ccuar profil răng với mặt đầu : <0,05;

+độ không song song của các mặt đầu: <0,01;

+độ không vuông góc của các mặt đầu với trục: <0,01;

+ độ côn và độ ô van cảu các bánh răng: <0,01;

+độ bong của các bề mặt gia công:   7 8

3.3.2.2 Tính vỏ bơm:

Ta có kích thước cuẩ vỏ bơm ở phần bao bánh rang được tính theo kích thước của bánh răng

 Chiều ngang của khoang hút và khoang đẩy là:

b+6=30+6=36 mm

chọn 

 Tính bề dày vỏ bơm:

Ta có ứng suất nén lên vỏ bơm là:

d

p



Với: Dv đường kính ngoài vỏ bơm

Da đường kính trong vỏ bơm hay đường kính đỉnh răng

Pd áp suất đẩy

ß1 ß2

Chọn vật liệu chế tạo vỏ là thép đúc có [ ]=1100 kG/cm 2

Ta có :

 [ ]

 Dv=77 mm

 Yêu cầu khi gia công vỏ bơm:

+dung sai của các tâm lỗ trục không lớn hơn 0,01;

+độ không song song các tâm lỗ trục không lớn hơn 0,01;

+độ không vuông góc các mặt đầu trục không lớn hơn 0,01; +bề mặt lỗ tiếp xúc với đỉnh răng không cho phép có độ lồi +độ bóng bề mặt tạo khe hẹp lằm kín :   7 8

3.3.2.3.Tính trục bơm:

a.tính trục chủ động:

ta có: lực hướng kính do áp suất chất lỏng tác dụng lên trục là:

L R  0,85 p b D 1071,65kN

Với: p độ chênh áp suất giữa khoang hút và khoang đẩy.

b chiều dày bánh răng

D đường kính vòng lăn bang răng

Mô men xoắn tavs dụng lện trục chủ động :

M max p b Dm m .(  2) 133  Nm

 Chọn kết cấu trục chủ động như hình vẽ:

Từ hình vẽ ta có:

F1=F2=L/2

Ta có: momen uốn trên trục do lực hướng kính gây ra rất nhỏ so với momen xoắn, do vậy ta bỏ qua momen uốn do lực L gây ra

 Đường kính sơ bộ trục được tính như sau:

3

0, 2[ ]

sb

M d





Chọn vật liệu chế tạo trục là thép CT5 có ứng suất xoắn cho phép [ ]=25 MPa

 dsb=30 mm

 [] =58

Do đường kính trục không nhỏ hơn đường kính vòng chân răng của bánh răng nhiều nên ta chọn kết cấu bánh răng liền trục

 Kích thước và kết cấu trục chủ động:

Lắp bạc

b.trục bị động:

chọn kích thước và kết cấu trục bị động theo trục chủ động để thuận tiện cho việc lắp ráp và phụ kiện

0,1[ ]

tr

M



3.4 Tính bể dầu:

3.4.1.chức năng, nhiệm vụ của bể dầu:

Trong hệ thống thủy lực, bể dầu có chức năng sau: -Cung cấp dầu cho hệ thống hoạt động

-Lắng đọng các cặn bẩn

-Tỏa nhiệt cho hệ thống

-Gá đặt trạm nguồn lên trên

3.4.2.Tính bể dầu:

Chọn kích thước của bể dầu như sau:

Chiều ngang: a

Chiều dài :b=2a

Chiều cao h=a

Ta có: thể tích của bể dầu tính theo lưu lượng bơm: V=3-5.Q=(3-5) 50,4=250 l

 a=0,5m

 b=1 m

 h=0,5m

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP 2

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY ÉP 70 TẤN: 6

PHẦN III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC 8

3.1.Tính chọn Xylanh: 8

3.1.1.Thông số thiết kế: 8

3.1.2.Tính toán các thong số: 8

3.1.3.Lưu lượng cần cấp cho xy lanh: 9

3.2.Tính toán đường ống: 9

3.2.1.Tính toán đường ống hút: 9

3.2.2.Tính toán đường ống xả: 10

3.2.3.Tính toán đường ống đẩy: 10

3.3.Tính toán bơm nguồn: 11

3.3.1.Tính toán các thông số cơ bản: 11

3.3.2.Tính toán thiết kế bơm nguồn: 13

3.4 Tính bể dầu: 16

3.4.1.chức năng, nhiệm vụ của bể dầu: 16

3.4.2.Tính bể dầu: 17