Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấnChương 1. Giới thiệu chung về máy ép.1.1máy ép là gì? Định nghĩa máy épMáy ép là một máy côn cụ được dùng để tạo ra nguồn lực cơ học tác động lên vật liệu làm vật liệu biến dạng và đạt được hình dạng mình mong muốn.Công dụng của máy ép: có thể tạo ra nguồn lực cơ học rất lớn. Lĩnh vực sử dụng máy épMáy ép là một trong những thiết bị gia công áp lực được sử dụng rất rộng rãi trong ngành chế tạo máy, dụng cụ, công nghiệp xây dựng, thực phẩm, quân sự…
Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Phần mở đầu Ngày nay trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, do vậy thiết kế và sản xuất các máy móc, thiết bị phục vụ cho sản xuất là hết sức cần thiết. Ngành cơ khí nói chung và ngành thủy lực nói riêng đóng góp một phần không nhỏ. Với khả năng tự động hóa cao, hoạt động an toàn, các máy móc thiết bị thủy lực có mặt rộng rãi ở mọi lĩnh vực trong nền kinh tế : xây dựng, giao thông, quốc phòng, nhà máy …. Trong ngành thủy lực được sử dụng rộng rãi ở những nơi cần lực lớn mặt khác công nghệ truyền động và điều khiển hệ thống thủy lực đã có nhiều bước tiến manh mẽ và được ứng dụng rộng rãi. Trong số đó không thể không kể đến máy ép thủy lực. Với kết cấu đơn giản dễ sử dụng công suất lớn, tạo lực ép với nhiều mức nặng nhẹ… được áp dụng vào rất nhiều ngành như gia công áp lực (dập tấm, dập khối, ), ép vật liệu xây dựng…… Mặc dù em rất cố gắng nỗ lực tuy nhiên do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về chuyên môn nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dung cũng như trong cách trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo , các bạn và những người quan tâm tới đồ án này để đồ án thêm hoàn thiện và mang tính thực tiễn cao hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Ngô Sỹ Lộc cùng các Thầy (Cô) giáo trong Bộ Môn Máy Tự Động Thủy Khí đã giúp chúng em trong suốt quá trình làm đồ án. GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 1 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Chương 1. Giới thiệu chung về máy ép. 1.1 máy ép là gì? - Định nghĩa máy ép Máy ép là một máy côn cụ được dùng để tạo ra nguồn lực cơ học tác động lên vật liệu làm vật liệu biến dạng và đạt được hình dạng mình mong muốn. - Công dụng của máy ép: có thể tạo ra nguồn lực cơ học rất lớn. - Lĩnh vực sử dụng máy ép Máy ép là một trong những thiết bị gia công áp lực được sử dụng rất rộng rãi trong ngành chế tạo máy, dụng cụ, công nghiệp xây dựng, thực phẩm, quân sự… 1.2 Phân loại máy ép 1.2.1 theo lực ép - ME loại nhỏ <10T - ME loại trung bình 10< F < 60T - ME loại lớn F> 60T - ME loại siêu lớn F>1000T 1.2.2 theo hình dạng - ME chữ C - ME chữ U - ME khung kín cố định. - ME có khung di động - Các loại ME di động khác trong dây chuyền tự động 1.2.3 theo pp dẫn động - cơ khí: trục khuỷu, trục vít, cam, xích, bánh răng - khí nén - thủy lực: dẫn động kiểu bơm, dẫn động dùng bộ tăng áp - Điện - Kết hợp 1.3 Mục tiêu đồ án. - Tính toán thiết kế HTDĐ thủy lực của máy ép thủy lực song động 200 tấn ép kim loại GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 2 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn - Thông số: Máy ép Thủy lực : 200 tấn Sử dụng : + 1 xy lanh ép chính (xy lanh chày ) + 2 xy lanh ép phụ để nâng bàn ép Áp suất làm việc : + 250 bar với xy lanh chính + 125 bar với 2 xy lanh phụ - V bàn ép nhanh = 10 cm/s - V ép =1 cm/s - V lên =52 cm/s - Có khả năng giữ tải Bàn ép có kích thước là 900 x 900 x 300 (mm) Khoảng cách tối đa từ bàn ép tới bàn máy 1000 mm Chương 2. Tính toán các kích thước sơ bộ của máy ép 2.1 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH: 2.1.1 Tính toán xylanh chính Lực ép thủy lực F = 200 tấn = 200 . 9,8 (kN) Áp suất khi ép (làm việc): P lv = 2500 bar Diện tích tính toán của xylanh là: 0784,0 10.250 10.8,9.200 5 3 === ep tt P F S (m 2 ) Đường kính tính toán của xylanh là: 316,0 0784,0 2 4 === ππ S D tt (m) D tt = 316 mm GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 3 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Chọn xylanh theo bàng tiêu chuẩn với : + Đường kính pittông: D = 320 (mm) = 0,32 (m) + Đường kính cần pittông: d = 220 (mm) D d Diện tích làm việc của xylanh là: 08,0 4 32,0. 4 . 22 === ππ D S lv (m 2 ) = 8 (dm 2 ) Áp suất làm việc: P lv lv S F = 5 3 10.245 08.0 10.8,9.200 == ( N/m 2 ) = 245 bar ≈ 250 bar Vận tốc khi ép: lv V = 1 (cm/s) = 10 (mm/s) = 6 (dm/ph) Vậy lưu lượng qua xy lanh chính: lv Q = lv S . lv V = 8 . 6 = 48 ( l/ph) Áp suất và lưu lượng yêu cầu trong khi ép: lv P = 250 bar , lv Q = 48 (l/ph) 2.1.2 Tính toán 2 xylanh nhỏ Chọn kích thước của bàn ép gắn cứng với cần pittong của xy lanh nhỏ Khối lượng riêng của thép khoảng 7,85 tấn/m3 Khối lượng của bàn ép m = V . ρ = 0,243 . 7,8 = 1.895 (tấn) GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 4 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Áp suất làm việc : p = 125bar Diện tích làm việc của xylanh 00074284,0 10.125 10.8,9.895,1.5,0 5 3 === ep tt P F S (m 2 ) Đường kính tính toán của xylanh là: 0307,0 00074284,0 2 4 === ππ S D tt (m) = 30,7 (mm) Chọn xylanh theo bảng tiêu chuẩn với D = 40 (mm) ; d = 20 (mm) Diện tích làm việc của xylanh là: 001256,0 4 04,0. 4 . 22 === ππ D S lv (m 2 ) = Hay 0,1256 (dm 2 ) Áp suất làm việc: P lv lv S F = 5 3 10.74 001256.0 10.8,9.895,1.5,0 == ( N/m 2 ) = 74 bar Vận tốc hồi bàn ép: lv V = 120 (mm/s) = 72 (dm/ph) Vậy lưu lượng qua xy lanh nhỏ: lv Q = lv S . lv V = 0,1256 . 72 = 9,04 ( l/ph) 2.2. thiết kế sơ bộ khung máy ép Từ trái sang phải 1250 (mm) Từ trước ra sau 875 (mm) Chiều cao tính từ sàn 3725 (mm) GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 5 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Khối lượng máy khoảng 10,8 tấn. 2.3. Sơ đồ nguyên lí hệ thống thủy lực GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 6 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn 2.4. Tính Q bơm và chọn các phần tử khác - Để đảm bảo yêu cầu áp suất của bơm cấp cho hệ thống, xác định áp suất bơm theo hệ số: P bơm ≥ 1,25 P lv =1,25.250 = 312,5 (bar) Có Qlv = 48 (lít) nện chọn Q bơm = 1,1.48= 52,8 (lit /ph) Vậy thông số để chọn bơm là: P bơm = 320 bar và Q bơm = 55 (l/ph). - Trong sơ đồ thủy lực ta sử dụng các phần tử thủy lực sau : + Bơm nguồn : Cung cấp áp suất và lưu lượng cho toàn bộ hệ thống thủy lực. Van an toàn : Để đảm bảo áp suất của hệ thống không vượt quá giá trị cho phép nhằm bảo vệ an toàn cho các thiết bị hệ thống không bị phá hỏng và hệ thống làm việc đúng yêu cầu của thiết kế . + Đồng hồ đo áp : Dùng để đo áp suất tại đầu ra của bơm ,từ đó xác định được điều kiện làm việc cụ thể của bơm trong từng trường hợp khác nhau . + Van phân phối 4/3 : Van có 4 cửa nhưng hoạt động ở 3 vị trí, van này có đặc điểm là ở chế độ chờ (không tải) tại vị trí van chưa hoạt động.Dầu sẽ qua van và hồi về bể . + Van 1 chiều có điều khiển : lấy tín hiệu từ áp suất dầu trong hệ thống để hoạt động, + Xylanh chính (xy lanh chày ): Tạo lực cần thiết để ép vật liệu. + Xylanh nhỏ : thực hiện quá trình xuống bàn ép nhanh và hồi bàn ép. + Tiết lưu : Điều chỉnh lưu lượng vào xylanh + Cụm làm mát : Thiết bị làm mát dùng để làm mát dầu của hệ thống ,tránh trường hợp dầu quá nóng dẫn đến thay đổi tính chất của dầu dẫn đến dầu bị sôi GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 7 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn -> làm xuất hiện bọt khí trong dầu -> hệ thống làm việc không ổn định (có thể gây rung ,giật ). + Cụm lọc dầu : Cụm này gồm có bộ lọc đi kèm với van 1 chiều có đặt mức áp suất. Dầu sẽ qua van 1 chiều khi bộ lọc hoạt động quá mức cho phép . + Bể dầu : Để đựng lượng dầu cần thiết cho hoạt động của hệ thống. + Hệ thống đường ống hút, đẩy và xả. Các đường ống này phải được tính toán để hợp lý với áp suất và lưu lượng dầu cung cấp cho hệ thống. 2.5. tính sơ bộ bể dầu. Việc tính toán kích thước bể dầu thường dựa trên lưu lượng lưu thông qua hệ thống và dựa trên điều kiện tỏa nhiệt của hệ thống. V = ( 3 ÷ 5 ) Q bơm = ( 3 ÷ 5 )x 52,8 (l/ph) = 158,4 ÷ 264 lit Lấy V=250 lít Bể dầu thường có xu hướng kích thước hẹp cao hơn là rộng thấp để tăng khả năng truyền nhiệt của dầu ra bên ngoài. Lượng dầu trong hệ thống phải luôn được điền đầy, không có gián đoạn. Để đảm báo cho sự lưu thông của dầu tạo điều kiện làm nguội tốt hơn, bên trong bể ngăn thành từng buồng có cửa lưu thông tương ứng ở phía dưới 2 vách ngăn có cửa sole với nhau và có kích thước hợp lý. 2 vách ngăn có chiều cao bằng chiều cao nhất trong bể. Mức dầu cao nhất trong bể bằng 0,7÷0,8 chiều cao thành bể. Ống hút của bơm và ống xả cần đặt ở vị trí đối nhau và phải ngập trong dầu và cách đáy bể 1 khoảng bằng 2÷3 D (D là đường kính ngoài của ống tương ứng). Đầu ống xả vát 1 góc 45° và quay vào mặt thành bể, ta có thể dùng lưới để khử xoáy của dầu khi hồi về bể. GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 8 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Đáy bể nên làm nghiêng 1 góc để thay dầu qua lỗ thoát khi cần thiết. Bể dầu nên được sơn màu sang để tăng khả năng bức xạ nhiệt , tăng khả năng làm mát của hệ thống. Ta chọn bể dầu có hình dạng hình chữ nhật, với các kích thước như sau Chiều ngang bể: a (m). Chiều dài bể: b = k 1 .a (m) Chiều cao bể; H = k 2 .a (m) k 1 , k 2 là hệ số tỷ lệ, thông thường k 1 = 1 ÷ 3 và k 2 = 1 ÷ 2, ở đây ta chọn k 1 =2, k 2 =1,5 Thông thường, chiều cao của dầu trong bể chỉ ở mức 0,8 chiều cao của bể là hợp lý chiều cao của dầu trong bể là: h = 0,8H = 1,2a Vậy thể tích dầu trong bể là: V = a.b.h = a. 2a. 1,2a = 2,4.a 3 = 250 (lít) Suy ra chiều ngang bể: a = 47,0 4,2 10.250 3 3 = − (m). chiều dài bể: b = 2a = 0,94 (m) chiều cao bể: H = 1,5a= 0,705 (m). 2.6 tính toán đường ống. Đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống thép đúc và ống mềm (ống cao su) chịu áp. GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 9 Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn Đường ống gồm 3 phần: đường ống hút, đường ống đẩy và đường ống xả: Thông thường, vận tốc cho phép trong các đường ống này như sau: Đối với ống hút : v hút ≤ 0,8 ÷ 1,5 m/s Đối với ống đẩy: v đẩy ≤ 3 ÷ 5 m/s. Đối với ống xả : v xả ≤ 1 ÷ 1,6 m/s. Đường kính trong của ống tính theo công thức: d = v. Q.4 bo m π 2.6.1 Tính toán đường kính ống hút Để tính toán lấy v hút = 1,5 m/s, đường kính thiết kế của ống hút là: d hút = 0279,0 60.5,1.14,3 10.55.4 4 3 == − hut bom v Q π (m) = 27,9 (mm) Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống hút là :d hút = 30 (mm), và đường kính ngoài ống hút là: D hút = 34 (mm). 2.6.2 Tính toán đường kính ống đẩy Chọn v đẩy = 5 m/s, Đường kính trong của ống đẩy theo thiết kế là: d dây = 0153,0 60.5.14,3 10.55.4 4 3 == − day bom v Q π ( m) = 15,3 (mm) Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống đẩy là: d dây = 18 (mm), và đường kính ngoài ống đẩy là:D đẩy = 22 (mm). GVHD: PGS. Ngô Sỹ Lộc SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page 10 [...].. .Thiết kế hệ thống dẫn động máy ép thủy lực 200 tấn 2.6.3 Tính toán đường kính ống xả Để tính toán lấy vận tốc ống xả là: vxả = 1,5 (m/s) Đường kính trong của ống xả theo thiết kế là: 4Qbom 4.55.10 −3 = = 0,0279 πv xa 3,14.1,5.60 dxảtk = (m) = 27,9 (mm) Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống xả là: dxả = 26 (mm),... đường kính trong ống xả là: dxả = 26 (mm), và đường kính ngoài ống xả Dxả = 30 (mm) Chương 3 Tính toán thiết kế máy bơm nguồn 3.1 chọn loại bơm 3.2 tính toán các thông số kích thước của bơm (chính) 3.3 Vẽ máy bơm 3.4 vẽ kĩ thuật 1 chi tiết (trục, xylanh) Kết Luận GVHD: PGS Ngô Sỹ Lộc 11 SVTH: Trương Hoàng Anh_ Lớp: CKĐL1-K55 Page . nhau . + Van phân phối 4/3 : Van có 4 cửa nhưng hoạt động ở 3 vị trí, van này có đặc điểm là ở chế độ chờ (không tải) tại vị trí van chưa hoạt động.Dầu sẽ qua van và hồi về bể . + Van 1 chiều. động, + Xylanh chính (xy lanh chày ): Tạo lực cần thiết để ép vật liệu. + Xylanh nhỏ : thực hiện quá trình xuống bàn ép nhanh và hồi bàn ép. + Tiết lưu : Điều chỉnh lưu lượng vào xylanh + Cụm. của xylanh 00074284,0 10.125 10.8,9.895,1.5,0 5 3 === ep tt P F S (m 2 ) Đường kính tính toán của xylanh là: 0307,0 00074284,0 2 4 === ππ S D tt (m) = 30,7 (mm) Chọn xylanh theo bảng