Thiết kế máy ép thủy lực

- Tính toán thông số xylanh ép chính tự chọn áp suất làm việc, xylanh nhỏ, bơm nguồn p,Q, động cơ kéo bơm tự chọn số vòng quay theo tiêu chuẩn dung tích bể dầu - Lựa chọn các phần tử thủ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

GIỚI THIỆU MÁY ÉP THỦY LỰC 4

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH 5

1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 5

1.2 KẾT CẤU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 6

1.3 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 7

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 10

2.1 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH: 10

2.1.1 Tính toán xylanh chính 10

2.1.2 Tính toán 2 xylanh nhỏ 11

2.2 TÍNH TOÁN CHỌN BƠM: 11

2.2.1 Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm 11

2.2.2 Tính toán chọn động cơ 12

2.3 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG 13

2.3.1 Tính toán đường kính ống hút 14

2.3.2 Tính toán đường kính ống đẩy 14

2.3.3 Tính toán đường kính ống xả 14

2.4 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BỂ DẦU 14

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 16

3.1 XÁC ĐỊNH VAN PHÂN PHỐI 16

3.2 VAN MỘT CHIỀU CÓ ĐIỀU KHIỂN 17

3.3 VAN AN TOÀN 18

3.4 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU 19

3.5 XÁC ĐỊNH LOẠI ỐNG NỐI 19

3.6 ÁP KẾ 20

3.7 BỘ LỌC DẦU 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

Thông số kỹ thuật Số liệu Ghi chú

Hành trình xylanh ép chính 600 mm

Tốc độ xuống bàn ép nhanh 100 mm/s

Xylanh ép chính sử dụng loại xylanh chày, ép từ trên xuống Sử dụng hay xylanh nhỏ cho hành trình bàn ép nhanh và hồi bàn ép

Yêu cầu:

- Đưa ra giải pháp bố trí các xylanh

- Thiết kế sơ đồ thủy lực

- Tính toán thông số xylanh ép chính (tự chọn áp suất làm việc), xylanh nhỏ, bơm nguồn (p,Q), động cơ kéo bơm (tự chọn số vòng quay theo tiêu chuẩn) dung tích bể dầu

- Lựa chọn các phần tử thủy lực phù hợp ( theo catalog của một nhà cung cấp bất kỳ

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơ khí nói

chung và ngành thủy lực nói riêng đóng một vai trò vô cùng quan trọng 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

Trong ngành thủy lực nói chung công nghệ ép thủy lực được ứng dụng phổ biến hơn cả.Với kết cấu đơn giản dễ sử dụng công nghệ ép thủy lực đã được đưa vào trong rất nhiều ngành công nghiệp lớn nhỏ khác nhau như:Luyện cán thép, Đóng tàu ,Dầu mỏ…

Mặc dù 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 thày

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 TRẦN KHÁNH DƯƠNG cùng các thầy cô trong bộ môn Máy Tự Động Thủy Khí đã giúp em trong suốt quá trình làm đồ án

GIỚI THIỆU MÁY ÉP THỦY LỰC

Trong những năm gần đây ở nước ta, kỹ thuật truyền động và điều khiển hệ thống thủy lực thể tích đã có những ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ, máy xây dựng, phương tiện vận chuyển, máy bay, tàu thủy…đó là do hệ thống thủy lực có rất nhiều ưu điểm quan trọng so vói các hệ

thống cơ khí hay điện: làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn và kích thước nhỏ gọn…

Chỉ nói riêng đến máy ép, từ loại nhỏ đến loại lớn, với những vật liệu ép, sản phẩm ép đa dạng thì hệ thống dẫn động thủy lực đều có thể ứng dụng được, đặc biệt là các máy ép cần công suất lớn do ưu điểm tạo ra được lực ép lớn mà các thiết

bị điện, cơ khí không làm đựoc Ví dụ như: máy ép kim loại, máy ép phế liệu, máy

ép viên thuốc nén, máy ép gạch…

Máy ép gạch ngói

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH

1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

1- Xylanh ép chính 10 – Van xả áp

2 - Xylanh nhỏ 11 – Van 1 chiều có điều khiển

3 – Tiết lưu 12 – Van phân phối

4 – Van chống rơi 13 – Van 1 chiều

5 – Van phân phối 14 – Van phân phối

6 – Tiết lưu 15 – Van an toàn

7 – Bơm nguồn 16 – Van xả

8 – Bộ làm mát 17 – Bể dầu

9 – Cụm bộ lọc

1.2 KẾT CẤU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

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 : 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 -> 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

1.3 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

- Hành trình xuống bàn ép nhanh : Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu sẽ qua van phân phối đến 2 xylanh nhỏ giúp kéo bàn ép xuống với tốc độ

nhanh Tiết lưu sẽ giúp điều chỉnh lưu lượng vào 2 xylanh bằng nhau và điều chỉnh đúng tốc độ yêu cầu

- Hành trình ép chính: Lúc này van phân phối số 5 sẽ trở về vị trí ở giữa, dầu

sẽ được cấp qua van số 14 lên xylanh ép chính để thực hiện hành trình ép

- Chế độ giữ tải : là chế độ mà xilanh sau khi ép xong sẽ đứng im nhằm làm cho vật liệu ép gắn kết bền chặt hơn, tạo sản phẩm đạt yêu cầu về độ bền cơ học.Lúc này van an toàn sẽ hoạt động để áp suất hệ thống không lên cao gây hỏng kết cấu sản phẩm

- Hành trình lùi bàn ép : Đóng van số 14, đưa van số 5 về vị trí như hình vẽ Dầu sẽ cấp qua van số 5 lên 2 xylanh nhỏ giúp đẩy bàn ép lên Trong thời gian này, sản phẩm sẽ được lấy ra khỏi bàn ép

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG

2.1 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH:

2.1.1 Tính toán xylanh chính

Lực ép F = 150 tấn = 150 9,8 (kN)

Áp suất khi ép (làm việc): Plv = 200 bar

Diện tích tính toán của xylanh là: S tt=

F

P ep=

150 9,8 103

200 105 =0 ,0735 (m2 )

Đường kính tính toán của xylanh là: D tt=√4 S π =2√0, 0735 π =0, 306 (m)

Dtt = 306 mm

Chọn xylanh theo bàng tiêu chuẩn với :

+ Đường kính pittông: D = 320 (mm) = 0,32 (m)

+ Đường kính cần pittông: d = 240 (mm)

d

Diện tích làm việc của xylanh là: S lv=

π D2

4 =

π 0 ,322

4 =0 , 0804 (m2 ) = 8,04 (dm2 )

Áp suất làm việc: Plv =

F

S lv =150 9,8.10

3

0.0804 =182,84.10

5 ( N/m2 ) = 182,84 bar Vận tốc khi ép: V lv = 9(mm/s) = 5,4 (dm/ph)

Vậy lưu lượng qua xy lanh chính: Q lv = S lv . V lv = 8,04 5,4 = 43,416 ( l/ph)

Áp suất và lưu lượng yêu cầu trong khi ép: P lv = 182,84 bar , Q lv = 43,416 (l/ph)

2.1.2 Tính toán 2 xylanh nhỏ

Chọn kích thước của bàn ép gắn cứng với cần pittong là (1m ; 1m ; 0,5m)

Khối lượng riêng của thép khoảng 7,85 tấn/m3

 Khối lượng của bàn ép m = V ρ = 0,5 7,85 = 3,925 (tấn)

Áp suất làm việc : p = 50bar

 Diện tích làm việc của xylanh

S tt= F

P ep=

0,5 3,925 9,8 103

50.105 =0 ,00385 (m2 )

Đường kính tính toán của xylanh là:

D tt=√4 S π =2√0,00385 π =0 , 07 (m) = 70(mm)

Chọn xylanh theo bảng tiêu chuẩn với D = 80 (mm) ; d = 50(mm)

Diện tích làm việc của xylanh là: S lv=

π D2

4 =

π 0 ,082

4 =0 , 00503 (m2 ) = 0,503 (dm2 )

Áp suất làm việc: Plv =

F

S lv =0,5.3,925.9,8.10

3

0.00503 =38,24.10

5 ( N/m2 ) = 38,24 bar

Vận tốc hồi bàn ép: V lv = 90(mm/s) = 54 (dm/ph)

Vậy lưu lượng qua xy lanh nhỏ: Q lv = S lv . V lv = 0,503 54 = 27,2 ( l/ph)

2.2 TÍNH TOÁN CHỌN BƠM:

2.2.1 Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm

Việc tính chọn mẫu bơm dựa trên thông số thiết kế bơm:

Để đảm bảo yêu cầu áp suất của bơm cấp cho hệ thống, xác định áp suất bơm theo

hệ số: Pbơm ≥ 1,2 Plv=1,2.182,84 ≈ 220 (bar)

Vậy thông số để chọn bơm là: Pbơm = 220bar và Qbơm= 53 (l/ph)

Nbơm =

Q bom P bom

612 =

53 220

612 =19,05 (kw) Chọn số vòng quay của bơm là 1450 (v/ph)

 Lưu lượng riêng của bơm là q = Q n = 53.103

1450 = 36,55(cm3/vg)

Tra catalogue của hãng REXROTH ta chọn loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài

có tên gọi: 1PF2G3-3X/038 RA 07 MSK

Thông số của bơm:

- q = 38 (cm3/vg)

- pmax = 240( bar)

- nmax = 3100 (v/ph)

GVHD: Mai Vĩnh Phúc 10 SVTH: Chau

2.2.2 Tính toán chọn động cơ

Việc tính toán chọn động cơ gồm các lựa chọn:

1) Chọn loại, kiểu động cơ: nếu chọn phù hợp thì động cơ sẽ có tính năng làm việc thích hợp với yêu cầu truyền động của máy Ở đây, chọn động cơ điện xoay chiều ba pha, do cấu tạo và vận hành đơn giản, nối trực tiếp với mạng điện xoay chiều, không cần biến đổi dòng điện

2) Chọn công suất của động cơ Nđc: phải dựa trên công suất của bơm, có tính đến tổn thất cơ khí Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn Nếu công suất động cơ nhỏ hơn công suất bơm thì động cơ sẽ làm việc quá tải, nhiệt tăng qúa trị số cho phép, động cơ chóng hỏng Khi động cơ truyền công suất cho bơm dầu sẽ có tổn thất cơ khí trên đường truyền công suất qua các thiết bị cơ khí hoặc do ma sát, thông thường tổn thất này chiếm khoảng

∆Nck ≈ 15% Nđc

Ngoài lượng tổn thất này ra thì 85% Nđc sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực

mà bơm dầu cấp cho hệ thống

Vậy công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là: Nđc =

N bom

85 %=

19 , 05kw

85 % ≈ 22(kw)

lấy Nđc = 22 (kw)

Số vòng quay của động cơ trùng với số vòng quay của bơm n = 1450 (vg/ph)

Tra phụ lục P1.3, trang 236,237 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, của tác giả Trịnh Chất-Lê Văn Uyển chọn được động cơ phù hợp, có các thông số như sau: Động cơ 4A180S4Y3: công suất 22 kw

vận tốc quay ndc = 1470 vòng/ phút

hiệu suất η = 90%

2.3 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

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 : vhút ≤ 2m/s

Đối với ống đẩy: vđẩy ≤ 5 ¿ 6 m/s

Đối với ống xả : vxả ≤ 3 ¿ 4 m/s

Đường kính trong của ống tính theo công thức: d = √4 Q bom

π v

2.3.1 Tính toán đường kính ống hút

Để tính toán lấy vhút = 1,5 m/s, đường kính thiết kế của ống hút là:

dhút = √4 Q bom

πv hut =√ 4 53 10−3

3,14 1,5 60=0, 0273 (m) = 27,3 (mm) Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống hút

là :dhút = 28 (mm), và đường kính ngoài ống hút là: Dhút = 32 (mm)

2.3.2 Tính toán đường kính ống đẩy

Chọn vđẩy = 5 m/s,

Đường kính trong của ống đẩy theo thiết kế là:

ddây = √4Q bom

πv day =√4.53.10−3

3,14 5.60=0,015 ( m) = 15 (mm)

GVHD: Mai Vĩnh Phúc 12 SVTH: Chau

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống đẩy là: ddây = 16 (mm), và đường kính ngoài ống đẩy là:Dđẩy = 20 (mm)

2.3.3 Tính toán đường kính ống xả

Để tính toán lấy vận tốc ống xả là: vxả = 2 (m/s)

Đường kính trong của ống xả theo thiết kế là:

dxảtk = √4 Q bom

πv xa =√4 53 10−3

3 ,14 2 60=0 ,0237 (m) = 23,7 (mm)

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống xả là: dxả = 24 (mm), và đường kính ngoài ống xả Dxả = 28 (mm)

2.4 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC 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 ) Qbơm = ( 3 ¿ 5 )x 53 (l/ph) = 159 ¿ 265 lit

Tham khảo cách tính toán và các công thức tính toán kích thước bể dầu trang

350 ¿ 352/quyển [2], ta tính toán kích thước bể dầu như sau:

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 = k1.a (m)

Chiều cao bể; H = k2.a (m)

k1, k2 là hệ số tỷ lệ, thông thường k1= 1 ¿ 3 và k2= 1 ¿ 2, ở đây ta chọn k1=2, k2=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.a3 = 265 (lít)

Suy ra chiều ngang bể: a =

3

√265.10−3 2,4 =0 ,48 (m).

chiều dài bể: b = 2a = 0,96 (m)

chiều cao bể: H = 1,5a= 0,72(m)

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG

3.1 XÁC ĐỊNH VAN PHÂN PHỐI

- Hệ thống ép hoạt động liên tục theo một quy trình khép kín và dựa vào tính kinh tế, lưu lượng và áp suất ta chọn van phân phối điều khiển điện

- Ta chọn van phân phối dạng 4/3 ( 4 cửa 3 vị trí)

Xác định van:

 Với lưu lượng qua van : Q = 28 (l/ph)

 Áp suất tại van: P = 108 (bar)

Tra Catalog của hãng REXROTH ta chọn van phân phối 2 cấp

Kí hiệu: 4 WE 6 J 6X/E G24…

GVHD: Mai Vĩnh Phúc 14 SVTH: Chau

Trong đú cỏc thụng số của van :

- 4 : van 4 cửa , 3 vi trớ

- WE : điều khiển van bằng điện ( Electro-Hydraulic)

- 6 : size 6

- J : tại vị trớ trung gian cửa A và B thụng nhau

- 6X : series 6X ( từ series 10 đến 19)

- E : loại van cú hiệu suất cao

- G24 : điều khiển cuộn từ bằng điện ỏp : 24DVC Đõy là loại van phõn phối 2 cấp: Pmax= 350 bar

Qmax=80 l/ph

3.2 VAN MỘT CHIỀU Cể ĐIỀU KHIỂN

Van này đợc lắp ở đầu dới của xi lanh, đợc điều khiển bằng thủy lực

 Với lu lợng : Q = 44 (l/ph)

 Áp suất : P = 183 (bar)

Tra Catalog hãng REXROTH ta chọn loại van nh sau:

Ký hiệu: SV 6 P B 2-6X với Pmax= 315 bar Qmax= 60 l/ph

Trong đú: - SV : van một chiều cú điều khiển 1 tớn hiệu

- 6 : size 6

- 2 : tổn thất ỏp suất ∆p =3 bar

- 6X : serises từ 60 đến 69

3.3 VAN AN TOÀN

 áp suất làm việc của bơm : P = 108 (bar)

 Lưu lượng của bơm : Q = 28 (l/ph)

Tra Catalogue của hãng REXROTH ta chon được van có các thông số như sau :

Ký hiệu : DB 6 K 1- 4X/ 315

Trong đó : - DB : van áp suất

- 6 :size 6

- 1 :núm xoay

- 4X: seri từ 40-49

GVHD: Mai Vĩnh Phúc 16 SVTH: Chau

- 315 : Áp suất max 315 bar

3.4 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU

Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dũng dầu Kớch thước đường ống được xác định thông qua lưu lượng chảy qua ống và vận tốc chảy qua cho phép

- Loai ống : ống mềm

- Đường kính ống : hút , đẩy , xả tương ứng 32 , 20 , 28 [mm]

- áp suất cực đại của chất lỏng chảy trong ống : 220 (bar)

3.5 XÁC ĐỊNH LOẠI ỐNG NỐI

Chọn loại ống nối siết chặt bằng đai ốc, đường kính ống chọn sao cho khớp với ống dẫn hỡnh dạng như sau:

a) ống nối vặn ren b) ống nối siết chặt

GVHD: Mai Vĩnh Phúc 18 SVTH: Chau

3.6 ÁP KẾ

- Dựng ỏp kế lũ so với chỉ số ỏp suất max 250 bar

- Căn sứ vào ỏp suất làm việc cực đai và độ chớnh xỏc yờu cầu của hệ thống cần đo

ta chọn loại hợp lớ nhất

3.7 BỘ LỌC DẦU

Bộ lọc dầu co nhiệm vụ làm sạch dầu cụng tỏc khỏi cỏc chất cặn bẩn từ bờn ngoài vào hoặc do sự mài mũn cỏc chi tiết khi làm việc , bảo đảm cho hệ thống làm việc ổn định , tăng tuổi thọ cỏc chi tiết Để làm sạch cỏc chất cặn bẩn dạng cứng người ta sử dụng phương phỏp cơ khớ Trong mỏy ộp thuỷ lực chọn lưới lọc bằng kim loại, bộ lọc bằng lưới kim loại cú ưu điểm là lưu lượng lớn , độ bền tương đối cao, khả năng chịu ỏp lực tốt

Từ Q = 53 (l/ph) và điều kiện là bộ lọc có thể lọc đợc chất bẩn có đờng kính 0,025 mm.Ta có đợc bộ lọc phù hợp

 Ký hiệu :

 Tên : RPL W/HC 6500 F 25

 áp suất làm việc cực đại : P = 25 (bar)

 Lu lợng cực đại : Q = 360 (l/ph)