đề tài đo lực kéo nén kim loại

đề tài đo lực kéo nén kim loại

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I Giới thiệu máy ép thủy lực giới Việt Nam Trên giớ ngày có nhiều công ty chế tạo máy kéo nén để phục vụ ngành công nghiệp nặng nhẹ nhằm kiểm tra tính bền vật liệu.Tuy nhiên tính đa dạng khâu thiết kế sản phẩm chưa có, nhu cầu sử dụng mặt hàng chưa nhiều Nên đa số công ty sản xuất máy ép sản xuất theo đơn đặt hàng đối tác Điều dẫn đến thực trạng nước ta công ty thiế kế chế tạo máy kéo nén hoàn chỉnh Do kinh nghiệm công nghệ chưa đủ, mà công ty chủ yếu phân phối lại sản phẩm công ty nước nhận đơn đặt hang Việt Nam đưa sang công ty để chế tạo Qua tìm hiểu công ty chuyên chế tạo sản xuất máy kéo nén chủ yếu tập trung nước có công nghiệp phát triển mạnh Mỹ có công ty DENISON thành lập từ năm 1900, Ấn Độ có công ty VELJAN, công ty YUKEN Đài Loan chuyên cung cấp loại van bơm thủy lực khí nén, Đức co tập đoàn REXROTH chuyên sản xuất chế tạo sửa chữa bảo dưỡng loại máy ép thủy lực cung cấp thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực khí nén số công ty khác ASHUN – Đài Loan, TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan, WINNER – Đài Loan,…cũng chuyên cung cấp thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực khí nén Tại Việt Nam có công ty Cổ phần Công nghệ Quỳnh, công ty T.A.T TP Hồ Chí Minh, Xí nghiệp khí Long Quân Hà Nội công ty chuyên phân phối, lắp đặt, tư vấn hệ thống thủy lực khí nén hàng đầu Việt Nam Và số công ty khác Công ty cổ phần dịch vụ kỹ thuật Việt Thái – 184/Đê La Thành/Ô Chợ Dừa/ Đống Đa/ Hà Nội, công ty An Huy, công ty An Phú, Yến Linh, Việt Hà công ty hàng đầu Hà Nội chuyên cung cấp thiết bị thủy lực, khí nén tư vấn hệ thống thủy lực Dưới số loại máy ép thủy lực có mặt thị trường Việt Nam: II.Giới thiệu yêu cầu kĩ thuật kiểm tra tính bền 1.1 giả thuyết vật liệu biến dạng đàn hồi 1.1.1 Giả thuyết tính liên tục, đồng nhất, đẳng hướng vật liệu Khi nghiên cứu toán “Sức bền vật liệu” ta có giả thiết vật liệu mang tính chất liên tục, đồng đẳng hướng, tức biểu thức tính toán lập vật thể liên tục tính chất lý vật liệu điểm Trên thực tế thứ vật liệu tuân thủ đầy đủ giả thuyết Tuy nhiên với độ xác mà kỹ thuật cho phép, số vật liệu kim loại, hợp kim sử dụng giả thuyết để giải toán sức bền Những loại vật liệu gỗ, tre vật liệu tổng hợp từ công nghệ hoá dầu có tính chất khác xa với ngững giả thuyết trên, đặc biệt tính chất đẳng hướng, tính chất có lý theo phương khác gọi vật liệu dị hướng 1.1.2 Giả thuyết vật liệu có tính đàn hồi Dưới tác dụng ngoại lực vật rắn bị biến dạng nghĩa có biến đổi hình dáng kích thước Sau ngoại lực không vật thể trở lại hình dáng kích thước cũ hay trở lại hình dáng ban đầu Có thể hiểu ngoại lực chưa đủ lớn (nằm giới hạn đó) sau ngoại lực tác dụng vật thể phục hồi lại hình dáng, kích thước lúc chưa có ngoại lực tác dụng, tính chất vật liệu tính đàn hồi vật liệu Thực tế khó tồn loại vật liệu mang tính đàn hồi tuyệt đối Cũng dễ nhận ngoại lực vượt giới hạn sau bỏ tác dụng ngoại lực vật thể phục hồi phần biến dạng, phần biến dạng phục hồi lại gọi biến dạng dẻo Một vật thể làm vật liệu có tính đàn hồi tuyệt đối quan hệ lực tác dụng biến dạng bậc Quan hệ biểu diễn định luật “Húc” Bằng thực nghiệm người ta chứng tỏ rằng: Khi ngoại lực vượt qua giới hạn vật thể không tính đàn hồi tuyệt đối nữa, lúc quan hệ lực tác biến dạng không tuân theo định luật “Húc” nữa, quan hệ trở nên phi tuyến 1.2 yêu cầu kỹ thuật thí nghiệm kéo nén vật liệu 1.2.1 Mục đích thí nghiệm Một vấn đề quan trọng cần giải môn học “Sức bền vật liệu” toán kiểm tra bền chi tiết máy hay kết cấu công trình Để giải điều ta cần phải biết giá trị chịu lực tới hạn vật liệu hay nói cách khác giá trị chịu lực cho phép loại vật liệu Trong giáo trình “Sức bền vật liệu” giá trị đại diện giá trị ứng suất cho phép Tuỳ theo trạng thái chịu lực kết cấu mà ta có giá trị ứng suất cho phép khác nhau, chẳng hạn ứng suất cho phép kéo, ứng suất cho phép nén Ngoài váo hình dạng mẫu thí nghiệm ta chia vật liệu làm hai loại : + Vật liệu dẻo : Vật liệu bị phá hoại sau biến dạng đủ lớn, ví dụ thép, đồng, nhôm, + Vật liệu dòn : vật liệu bị phá hoại biến dạng bé, ví dụ gang, đá, bêtông 1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật thí nghiệm kéo nén vật liệu Các loại mẫu thử dùng cho thí nghiệm tiểu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quy định ngành, nhà nước Đối với phương pháp thí nghiệm có yêu cầu kỹ thuật mẫu thử khác Tính chất tải trọng dùng thí nghiệm mang tính chất tải trọng tĩnh nghĩa giá trị tải trọng tăng dần từ giá trị không giá trị Điều làm cho trình biến dạng mẫu thí nghiệm không sinh gia tốc đáng kể mẫu chịu tác dụng tải trọng thí nghiệm Sỡ dĩ phải có yêu cầu cần phân biệt với giá trị tải trọng động ( Tải trọng động tải trọng mà độ lớn vị trị thay đổi khoảng thời gian ngắn hay nói cách khác tải trọng gây gia tốc đáng kể ) Các tưọng xảy thí nghiệm kết có phải dựa tảng giả thuyết môn học “Sức bền vật liệu” nêu phần 1.3 phương pháp thí nghiệm 1.3.1 Thí nghiệm kéo vật liệu dẻo a) Mẫu thí nghiệm : d O l O Hình 1.1 Mẫu thí nghiệm kéo Vật liệu mẫu : thường thép Mẫu thử nghiệm có đường kính d0 ,chiều dài l0 Trong : +) d0 =(3÷25) mm +) l0 =(5÷10) d0 Hai đầu mẫu thử kẹp vào máy thí nghiệm có đường kính lớn đường kính mẫu đoạn l0 Bề mặt mẫu thử đánh nhẵn bóng để dễ dàng quan sát tượng biến dạng trình thí nghiệm b) Tiến hành thí nghiệm : Sau cặp mẫu thử vào máy thí nghiệm ta tăng dần lực kéo từ giá trị không giá trị mà thời điểm mẫu thử bị kéo đứt Thông qua hệ thống đo (ghi) kết máy, ta có biểu đồ quan hệ giưa tải trọng (P) độ biến dạng dài tuyệt đối (∆l) c) Phân tích đánh giá biểu đồ quan hệ P-∆l: (hình 1.2) Căn vào biểu đồ quan hệ P-∆l ta chia trình chịu lực vật liệu làm ba giai đoạn chịu lực : +) Giai đoạn đàn hồi : Được biểu diễn đoạn thẳng OA đồ thị Quan hệ tải trọng P độ biến dạng dài tuyệt đối ∆l bậc nghĩa giai đoạn vật liệu làm việc tuân theo định luật “Húc” Nếu gọi P tl lực kéo lớn giai đoạn F0 diện tích mặt cắt ngang ban đầu đoạn mẫu thí nghiệm ta có giới hạn tỉ lệ σtl : σtl = Ptl F0 (1.1) +) Giai đoạn chảy : tương quan P ∆l đường nằm ngang Đây đặc trưng học quan trọng vật liệu Trong giai đoạn lực kéo không tăng biến dạng tiếp tục tăng Trị số lực kéo ứng với giai đoạn kí hiệu Pch ta có định nghĩa giới hạn chảy σch : σch= Pch F0 (1.2) +) Giai đoạn cố : Sau giai đoạn chảy vật liệu bị biến cứng (sở dĩ vật liệu bị biến cứng trình biến dạng mạnh giai đoạn chảy gây xô lệch mạnh mạng tinh thể kim loại ) Vì giai đoạn lực kéo có tăng biến dạng tăng Tương quan P-∆l đường cong, lực cao giai đoạn kí hiệu Pb ứng với Pb ta có giới hạn bền σb : σb = Pb F0 P (1.3) B Pb Pch Ptl C A o l Hình 1.2 Biểu đồ quan hệ P−∆l Ba giới hạn σtl, σch ,σb đặc trưng tính vật liệu Quan sát trình biến dạng mẫu suốt thí nghiệm từ tăng tải giá trị không giá trị Pb, ta nhận thấy tất mặt cắt ngang suốt chiều dài thí nghiệm bị thu hẹp nhau, điều chứng tỏ điểm vật liệu làm việc Khi lực kéo đạt đến giá trị P b nơi mẫu xuất chỗ thắt lại, biến dạng vùng tăng nhanh vùng khác mẫu bị kéo đứt nơi Nếu bề mặt mẫu đánh bóng giai đoạn chảy vật liệu ta dễ dàng đường cong nghiêng làm với trục góc 45 ta gọi đường Chét nốp, đường chứng tỏ trượt tinh thể giai đoạn chảy vật liệu (Hình 1.3) Hình 1.3 Hình dạng kéo mẫu bị đứt Gọi chiều dài mẫu sau kéo đứt l diện tích mặt cắt ngang chỗ thắt đứt F1 ta có định nghĩa sau : +) Độ biến dạng dài tỉ đối (tính theo phần trăm) : δ= l1 − l 100% l0 (1.4) +) Độ thắt tỉ đối (tính theo phần trăm): F0 − F1 100% (1.5) F0 Các thông số δ, Ψ đặc trưng cho tính dẻo vật liệu Vật liệu dẻo trị số δ, Ψ Ψ= lớn Nếu xem diện tích mặt cắt ngang mẫu không đổi suốt trình thí nghiệm ứng suất pháp mặt cắt ngang σ đuợc tính : Pb σ= F (1.6) ứng suất ứng suất thực mà ứng suất qui ước, suốt trình mẫu bị kéo diện tích mặt cắt ngang mẫu giảm dần Biểu đồ quan hệ lực P biến dạng dài tuyệt đối ∆l không cho ta thấy trực tiếp đặc trưng học vật liệu Vì cần vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất σ biến dạng dài tỉ đối ε P ∆l Nếu ta ý σ = F ε = l ta chuyển biểu đồ quan hệ (P-∆l) 0 sang biểu đồ quan hệ (σ -ε ) cách chia tung độ biểu đồ ( P -∆l ) cho F0 hoành độ cho l0 Các giá trị Ptl, Pch, Pb biểu đồ ( P -∆l ) tương ứng với giá trị σtl , σch ,σb biểu đồ (σ -ε ) Độ dốc phần đường thẳng OA biểu đồ (σ -ε ) môđuyn đàn hồi σ vật liệu E Thật : tgα = E = ε Nếu kể đến thay đổi diện tích mặt cắt ngang mẫu trình thí nghiệm ta có quan hệ σ, ε biểu diễn đường nét đứt đồ thị quan hệ (σ -ε ) σ σb b c σch σtl a o ε Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ σ−ε 1.3.2 Thí nghiệm kéo vật liệu giòn a) Mẫu thí nghiệm : Vật liệu dùng làm mẫu : thường gang Quy định hình dáng kích thước giống với yêu cầu hình dáng kích thước mẫu thí nghiệm kéo vật liệu dẻo b) Tiến hành thí nghiệm : Tiến hành giống với thí nghiệm kéo vật liệu dẻo c) Phân tích đánh giá biểu đồ P-∆ l : (hình 1.5) Biểu đồ quan hệ ( P -∆l ) đường cong lực kéo có giá trị thấp Dựa vào biểu đồ ta có nhận xét : vật liệu giòn giới hạn tỉ lệ σtl mà có giới hạn bền (σbk) (σbk) = Pb F0 (1.7) Giới hạn bền kéo (σbk) vật liệu giòn thấp so với giới hạn bền kéo vật liệu dẻo (σb) Biến dạng mẫu bị phá hoại thường bé Chẳng hạn độ biến dạng dài tỉ đối mẫu bị kéo đứt không 0,015% Tuy vật liệu giòn giai đoạn đàn hồi ( tỉ lệ ) quy ước giới hạn đàn hồi Nếu xem ứng suất chưa vượt qua giới hạn kéo cho phép mẩu thử quan hệ P -∆l quan hệ bậc (quan hệ biểu diễn đường thẳng ) P Pb Pdh l o Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ Ρ−∆l 1.3.3 Thí nghiệm nén vật liệu dẻo a) Yêu cầu kỹ thuật ban đầu mẫu: Vật liệu mẫu : thường thép Mẫu thí nghiệm thường có dạng trụ tròn, chiều cao h không lớn hai lần đường kính d để tránh tượng mẫu bị cong nén b) Tiến hành thí nghiệm : Đặt mẫu thí nghiệm vào hai mân giá kim loại máy Tăng tải từ từ giá trị đó, quan sát tượng xảy c) Phân tích đánh giá biểu đồ ( P-∆ l ) hay biểu đồ (σ -ε ): (hình 1.6) Qua biểu đồ (σ -ε ) ta thấy trình chịu nén chia làm ba giai đoạn : giai đoạn đàn hồi(OA) giai đoạn chảy giai đoạn cố Nhưng ta xác định hai giới hạn, : giới hạn tỉ lệ σtl giới hạn chảy σch giới hạn bền σb xác định nén diện tích mặt cắt ngang mẫu tăng Điều làm cho khả chịu lực mẫu tăng cường Do có ma sát bề mặt mẫu bề mặt mâm gá thí nghiệm nên mẫu bị biến dạng theo hình trống (hình 1.7) σ c σch σtl a o ε Hình 1.6 Biểu đồ quan hệ σ−ε P d h Hình 1.7 Hình dạng mẫu thí nghiệm nén trước sau chịu tác dụng lực 1.3.4 Thí nghiệm nén vật liệu giòn a) Yêu cầu kỹ thuật ban đầu mẫu Vật liệu dùng làm mẫu : thường gang Yêu cầu hình dạng kích thước mẫu giống với yêu cầu thí nghiệm nén vật liệu dẻo b) Tiến hành thí nghiệm : Các bước tiến hành giống với thí nghiệm nén vật liệu dẻo c) Phân tích đánh giá biểu đồ P -∆ l :(hình 1.8) Dựa vào biểu đồ quan hệ P -∆l ta có nhận xét : +) Vật liệu giòn chịu kéo chịu nén bị biến dạng bé Pb σbn = F (1.8) Giới hạn bền nén vật liệu giòn lớn nhiều lần so vơi giới hạn bền kéo nén Ví dụ : Gang xám có giới hạn bền kéo σbk =250MN/m2, giới hạn bền nén σbn =1000MN/m2 +) Giới hạn bền nén biễu diễn theo công thức : 10 I.3 Tính chọn van phân phối Độ sụt áp qua van tỷ lệ với bình phương hệ số diên tích R: pv pp – p1 = (p2 – pr pp).R2 (5) Đối với xi lanh không đối xứng lưu lượng vào, van không quan hệ với theo biểu thức sau: Qkc = Qcc.R Trong đó: Qkc – Lưu lượng vào buồng không cần Qcc – Lưu lượng buồng có cần A1 R – Hệ số diện tích, R = A2 Các đại phương trình (5): pv pp – áp suất dầu vào van p1 – áp suất dầu vào xi lanh lực p2 – áp suất dầu xi lanh lực pr pp – áp suất dầu van phân phối 2 Với: A1 = 0,005024(m ) ; A2 = 0, 003768(m ) ⇒ R = 4/3 p1 = 25,6768 bar; p2 =5 bar; chọn pr pp = bar ⇒ pv pp = 27,01014 bar Lưu lượng qua van phân phối lưu lượng vào động thủy lực: Qpp = Q1max = 301, 44(l / ph) Vậy thông số van phân phối: Áp suất vào van phân phối: pv pp = 27,01014 bar Lưu lượng qua van: Qpp = 301,44 (l/ph) I.4 Tính chọn van tiết lưu p1 = pv tl: áp suất vào van tiết lưu p2 = pr tl: áp suất van tiết lưu Hình 14: Sơ đồ tính toán van tiết lưu Khi tính toán thiết kế van tiết lưu thông số ta cần quan tâm: lưu lượng dầu van tiết lưu Qtl , chênh áp vào, van ∆p diện tích tiết diện chảy Lưu lượng dầu qua khe hở van tiết lưu xác định theo công thức: 2.g Q tl = µ Ax ∆ptl ρ Trong đó: µ - hệ số lưu lượng; Ax - diện tích mặt cắt khe hở ∆ptl - tổn thất áp suất van tiết lưu 23 ρ - khối lượng riêng dẩu kg/m3 Ax = 2.π rt h.sin α Mà rt = Ax = π h ( 2.r.sin α − h.sin α cosα ) r− h.sin α cosα ⇒ Bỏ qua đại lượng vô bé π h sin α cosα , đó: Ax ≈ 2.π r.h.sin α 2.g ∆ptl ρ Tổn thất áp suất qua van tiết lưu (tổn thất cục tiết lưu) xác định: v2 ∆ptl = ξ γ 2g Trong đó: ξ - hệ số tổn thất cục van, chọn ξ = γ - trọng lượng riêng dầu; chọn dầu có -6 γ = 9000[N / m ]=9000.10 [N / cm3 ] v - vận tốc dòng chảy dầu, v = 0,5 m/s = 50 cm/s g – gia tốc trọng trường, lấy g = 10 m/s2 = 1000 cm/s2 ⇒ ∆ptl = 0,0045 bar Lưu lượng qua van tiết lưu lưu lượng vào van phân phối Q tl = Qvpp = 301,44 (l/ph) = 5024 cm3/s, µ = 0,6, r = 0,75 cm, α = 450 Với số liệu ta xác định được: Độ hở van: h = 25,14157 cm Áp suất vào van tiết lưu: pv tl = p v pp + ∆ptl − pp + ∆ptl Với : p v pp - áp suất vào van phân phối, p v pp = 27,01014 bar ∆ptl − pp – tổn thất áp suất từ van tiết lưu đến van phân phối (tổn thất dọc => Q tl = µ 2.π r.h.sin α đường: độ không đồng tiết diện chảy, ống nối thẳng, đầu nối với góc ngoặc 900 gây ra) Sau tính toán ta ∆ptl − pp = 0,98536221 bar ⇒ pv tl = 27,03 + 0,0045 + 0,98536221 = 28 bar Vậy thông số tiết lưu nhánh nâng: Áp suất vào tiết lưu: pv tl = 28 bar Lưu lượng qua tiết lưu: Qtl = 301,44 l/ph 24 I.5 Tính toán van tổ hợp bi piston p1 = pv_b-p: áp suất vào van bi-piston p2 = pr_ bc: áp suất buồng bi cầu p3 = pr_ bt: áp suất buồng bi trụ A1 Hình 16: Sơ đồ kết cấu van tràn I.5.1 Van tổ hợp bi piston có tác dụng van tràn Khi áp suất dầu pv_b-p tăng đến pv_b-p tạo áp lực thắng lực lò xo bi cầu mở dầu qua bi trụ lên van chảy dầu bể Do sức cản lổ tiết lưu tạo nên chênh lệch áp suất phía phía bi trụ ∆p = pd bt - ptr bt , pv_b-p = pd bt ⇒ ∆p = pv_b-p - ptr bt Gọi d đường kính trung bình lổ tiết lưu A 2, lưu lượng qua van bi trụ (qua lổ tiết lưu) xác định theo biểu thức sau: π d 2.g π d 2.g ∆p = µ Ql _b-p = µ ( p v_b−p -ptr bt ) (6) ρ ρ Nếu bỏ qua ma sát van bi vỏ van phương trình cân lực bi cầu: ( pv_b−p -ptr bt ) π D2 -Flx = (7) Trong đó: d – đường kính lổ tiết lưu D – đường kính lớn bi trụ Flx – lực lò xo Từ phương trình (5) (6), ta thấy rằng: để giữ cho áp suất vào van tràn không đổi ta phải thay đổi lực Flx1 tương thích với giá trị Ql tl  4.Q1_ b − p  ρ ⇒ p v_b − p -p tr bt =  ÷ µ π d   2.g Trong đó: µ = 0,6 - hệ số lưu lượng 25 ρ = 900.10-6 kg/cm3 - khối lượng riêng dầu [kg/m3] d = (0,8 – 1,5) mm, chọn d = 1,5 mm = 0,15 cm Lưu lượng dầu qua van tràn tính nhánh nâng là: Ql_b-p = Qb - Q1_ht = 310 – 308 = (l/ph) = 16,66667 cm3/s ⇒ p v_b− p -p tr bt = 4,452082 bar Chọn: pv_b-p = 26 bar ⇒ ptr bt = pv_b-p – 4,452 = 21,54792 bar Dưới tác dụng áp suất dầu ptr bt làm cho bi cầu mở với độ mở x11, ta có lưu lượng qua van bi là: Ql_b-p = µ π d1.x 2.g ( ptr _ bt − pr _ bc ) ρ Trong đó: d1 – đường kính tiết diện chảy van bi, chọn d = mm =0,3cm pr_bc thông với bể nên pr_bc = x11 – độ mở van bi Ql tl ⇒ x11 = µ π d 2.g p = 0,008523 cm = 0,08522759 mm ρ tr _ bt Khi lò xo C1 cân với áp lực ptr bt tạo ra, đó: π d1 = 1,522360407 kG Flx1 = ptr bt Lực lò xo Flx2 xác định pv_b-p > 26 bar lò C2 bị ép lại trượt lên dầu bể Gọi: x20 - chiều dài bị nén ban đầu lò xo C2 trượt đóng C2 - độ cứng lò xo 26 Bỏ qua ma sát vỏ van trượt, ta có phương trình cân lực tai π D 3,14.2 trượt: x20.C2 = ( p v_b − p -p tr bt ) =4,452082 = 13,97953745 kG 4 (8) Với D – đường kính lớn bi trụ, lấy D =2 cm Khi áp suất vào van pv_b-p tăng đến pv_b-p trượt mở với độ mở x 21 phần dầu qua cửa van bể: 2.g ( pv _ b − p − pr _ bt ) , ρ Q2_b-p = µ π d x Ta có: Q2_b-p = Q1_ht - Q2_ht ; chọn Q2_ht = 303 (l/ph); pv_b-p = 28,5 bar; pr_ bt = Suy độ mở van: x21 = 0,006669648 cm = 0,066696482 mm I.5.2 Van tổ hợp bi piston có tác dụng an toàn Khi hệ thống tải áp suất hệ thống tăng lên pmax độ mở trượt đạt max cho toàn lượng dầu bể để hệ thống giảm tải: Qmax = µ π d x max1 2.g ( pmax − pr _ bt ) , pr bt = thông với bể ρ Q max ⇒ x max = µ.π d g p max ρ Trong đó: d2 – đường kính trượt tiết diện A1, chọn d2 = 1cm; pmax = 29,5 bar; Qmax = Qb – Q1_b-p = 310 – = 308 (l/ph) = 5133,333333 cm3/s ⇒ x2max = 0,336522275 cm = 3,365222753 mm Tức pmax = 29,5 bar trượt dịch chuyển đoạn x2max = 3,365222753 mm Giả sử bỏ qua lực ma sát thủy động phương trình cân lực trượt đạt độ mở lớn là: (x20 + x21 +x2bđm + x2max) C2 = π D 3,14.2 ( pmax - ptr bt ) = (60 − 50,548) = 30 kG (9) 4 Với x2bđm – chiều dài bị nén trượt vị trí bắt đầu mở, chọn x2bđm = 0,2 27 Từ phương trình (8) (9) suy ra: C2 = 20,2737485 kG/cm; x20 = 0,68953886 cm Vậy áp suất cần thiết để mở van là: p* = (x20 + x2bđm).C2 + ptr bt = 27,29132156 bar π D Vậy áp suất hệ thống thủy lực đường bơm đạt áp suất cần thiết p* = 27,29132156 bar, van an toàn làm việc đưa dầu bể dầu Khi áp suất pv_b-p < p* lúc van tràn làm việc với hai cửa 2, mở I.6 Tính toán van cản Van cản phải có sức cản nhỏ để chất lỏng chảy qua dể dàng, tổn thất Vì lực lò xo phải thắng lực ma sát trượt vỏ van Ta chọn kích thước van cản sau: d = 12 mm; D = 18 mm; α = 900; β = 450 α D β h d Hình 17: Sơ đồ tính toán van cản Xác định áp suất bể dầu: Như ta chọn áp suất khỏi van phân phối pr pp = bar ta chọn tổn thất áp suất van cản ∆p c = bar Xác định độ mở van: Ta có lưu lượng qua van xác định sau: Qvc = µ F Trong đó: 28 2.g ∆pc ρ µ = 0,6 - hệ số lưu lượng F = π d h sin α - diện tích mặt cắt ngang khe hở thông h – độ mở van theo hướng trục lưu lượng qua van cản - Qvc = 2Q2 max = ( 2Q1max )/R = 226,08 (l/ph) = 3768 cm3/s; g = 10 m/s2 = 1000 cm/ s2 ; Q1max - lưu lượng vao xi lanh lực; Q2 max - lưu lượng xi lanh lực Do ta có: h= Qvc π d µ sin α ρ ∆p c = 0,790569415cm = 7,90569415 mm 2.g Xác định lực lò xo: Để đảm bảo độ kín khít ta tính lực lò xo cho độ chênh áp cửa vào cửa van cản ∆p c = bar Bỏ qua ma sát phương trình cân lực nút van đóng là: F0 = h0.C = ∆p c π d = 314.1, 22 = 2,2608 kG Trong đó: h0 - độ nén ban đầu lò xo; C – độ cứng lò xo [kg/cm] Khi bỏ qua lực ma sát thủy động phương trình áp suất taị nút van mở là: F = (h + h0).C = pr_pp π d = 29 314.1,2 = 4,5216 kG I.7 Tính toán ống dẫn dầu a Yêu cầu ống dẫn ống dẫn cần phải có đủ độ bền đảm bảo tổn thất áp suất nhỏ Để giảm tổn thất áp suất ống dẫn phải có yêu cầu sau : Chiều dài ống ngắn tốt Tránh biến dạng tiết diện ống dẫn suốt trình làm việc ống dẫn có hình dạng cho hướng chuyển động dòng dầu thay đổi Nếu cần thiết đổi hướng phải thay đổi từ từ b Xác định đường kính ống dẫn Xuất phát từ phương trình lưu lượng chảy qua ống : π d V Q= (2−28) Trong : Q : Lượng chảy qua ống (lít/ phút) d : Đường kính ống (mm) v : Vận tốc dầu chảy qua ống (m/s) Biểu thức (3−28) tương đương với : Q π (0,001.d ) Q = ⇒ d= 4,6 10 60 V Đối với ống nén, vận tốc dòng dầu V=(3÷5 m/s) Chọn V=4(m/s) Vậy đường kính ống nén : d = 4,6 18,3 = 9,84(mm) Đối với ống hút,vận tốc dòng dầu V= (1,5÷2 m/s) Chọn V= 1,8 (m/s) Vậy đường kính ống hút : d = 4,6 18,3 = 15(mm) c Tính ống dẫn theo sức bền tĩnh Tính toán ống dẫn dầu theo sức bền tĩnh nhằm xác định chiều dày ống dẫn ứng với áp suất làm việc hệ thống Nếu bỏ qua ứng suất phụ phát sinh độ không tròn mặt cắt ngang đường ống kiểm tra đứt dọc đương ống theo công thức : σd = Trong : p.d n 2.S σd : ứng suất cho phép vật liệu làm ống, σd =(30÷50)% giới hạn bền vật liệu làm ống ta chọn ống mền có σd =360(KG/cm2) p : áp suất làm việc lớn hệ thống, p=200(KG/cm2) dn : đường kính ống s : chiều dày thành ống Ta có : d0=d1+2.s Vậy σd = p (d1 + 2.s) 2.s σd.2.s = p(d1+2s) 30 Chiều dày thành ống : s= p.d1 2( p − σ d ) Thay số: d1 = 9,84(mm), p=200(KG/cm2), σd = 0,3.360=108(KG/cm2) Vậy chiều dày thành ống s = 200.9,84 =10,69(mm) 2(200 − 108) Chọn s = 12(mm) I.8 Tính toán thiết kế bể chứa dầu Bình chứa dầu có hai chức năng: Lưu trữ dầu điều hoà dầu hệ thống Các lọc có nhiệm vụ tách chất bẩn bể dầu để khỏi gây nghẹt dẫn đến phá huỷ hệ thống Bộ tản nhiệt hay làm mát dùng để trì nhiệt độ dầu giới hạn an toàn ngăn cản biến chất dầu Thật dễ dàng để thiết kế bình chứa dầu lý tưởng không bị ràng buộc giới hạn không gian, trọng lượng chọn vị trí lắp đặt theo ý muốn Tuy nhiên với bình chứa dầu thuỷ lực máy có ràng buộc Vì việc thết kế bình chứa dầu có kích thước, hình dạng, vị trí cách tối ưu vấn đề lớn Bình chứa dầu thuỷ lực có cấu tạo hợp lý, việc cung cấp đủ dầu cho bơm phải có khả : + Toả nhiệt tốt + Tách không khí khỏi dầu + Nhận biết ô nhiễm dầu Chúng ta xem xét mốt số vấn đề liên quan đến việc thiết kế bình chứa dầu : a Hình dạng Về hình dạng bình chứa dầu nên thiết kế cao hẹp tốt hợp nông rộng Cùng dung tích bình cao hẹp có mức dầu cao bình nông rộng Mức dầu bình cao cửa ống nạp bơm, tránh xoáy lốc dầu Nếu có xoáy lốc dầu đường ống nạp có không khí vào hệ thống Khi dầu có lẫn không khí khả truyền công suất giảm Hơn nữa, không khí làm giảm khả bôi trơn dầu b Kích thước Trong thời gian dài, thương ta áp dụng quy tắc dung tích chứa dầu phải lần lượng dầu bơm cung cấp Như Qb=20(l/ph) dung tích bình chứa dầu V=(40÷60)l Chọn V=50l, từ thiết kế kích thước bình chứa dầu sau 5×2×5dm3 Bình chứa dầu có kích thước lớn có khả làm mát dầu cao diện tích bề mặt lớn nên việc tản nhiệt không khí bên dễ dàng c Cấu tạo bên Trong bình chứa có bố trí số ngăn Chiều cao ngăn khoảng 2/3 mựt dầu Các ngăn có hai tác dụng : + Ngăn không cho dầu đường ống trở vào bơm Có ngăn, dầu trở tản phía vách thùng chứa, nhiệt độ giảm thấp trước vào lượng dầu có sẵn bình 31 + Tránh tung toé dầu bình chứa hệ thống hoạt động Nắp bình chứa thường có lỗ thông hơi, nắp có lọc để ngăn bụi lọt vào không khí Một số bình chứa không dùng lỗ thông mà thay van điều khiển Van tự động đưa không lọc vào bình chứa ngăn không cho không khí áp suất bình đạt đến giá trị xác định trước LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐO VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GHÉP NỐI MÁY TÍNH Cảm Biến Áp Suất Một số hình vẽ cảm biến áp suất 32 Ứng dụng cảm biến áp suất • Cảm biến áp suất đặt đáy bể chứa để giám sát áp suất cột chất lỏng bể • Cảm biến gửi tín hiệu hệ thống xử lý trung tâm để hệ thống biết mức chất lỏng bể, qua điều khiển hệ thống bơm để bơm chất lỏng vào bể • Cảm biến áp suất dùng hệ thống thủy lực để giám sát áp lực dầu thủy lực đường ống bơm xilanh Việc giám sát giúp bảo vệ đường ống xi lanh áp lực vượt giới hạn • Cảm biến gửi tín hiệu hệ thống điều khiển trung tâm để điều khiển bơm Áp suất nguyên lý đo áp suất a Định nghĩa : • Áp suất đại lượng có giá trị tỉ số lực tác dụng vuông góc lên mặt với diện tích • Công thức: P: áp suất F: lực tác dụng S: tiết diện Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất Pascal: Pascal áp suất tạo lực có độ lớn 1N phân bố đồng diện tích 1m2 theo hướng pháp tuyến b Nguyên lý đo áp suất • Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu áp suất tĩnh • Do vậy, đo áp suất chất lưu thực chất xác định lực tác dụng lên diện tích thành bình Đối với chất lưu không chuyển động chứa ống hở đặt thẳng đứng, áp suất tĩnh điểm M cách bề mặt tự khoảng h xác định theo công thức: • Để đo áp suất tĩnh tiến hành phương pháp sau: 33 + Đo áp suất chất lưu qua lỗ khoan thành bình nhờ cảm biến thích hợp Phải sử dụng cảm biến đặt sát ống dẫn dầu Trong trường hợp này, áp suất cần đo cân với áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng mẫu tạo nên tác động lên vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực áp suất gây Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường trang bị thêm phận chuyển đổi điện c Thiết kế sơ đồ nguyên lí biến đổi ADC – 16bit đo áp suất Mô hiển thị áp suất đèn led proteus 34 Đo Dịch Chuyển Định nghĩa: Dịch chuyển chuyển động đối tượng từ vị trí đến vị trí khác với khoảng cách hay góc Nguyên lí đo dịch chuyển: ứng với dịch chuyển bản, cảm biến phát xung Việc xác định vị trí vật dựa vào việc đếm số xung phát Ở ta sử dụng đồng hồ so điện tử có khả kết nối máy tính đặt cố định ngang cố định máy để đo trình biến dạng dài Đồng hồ so điện tử Thông số kĩ thuật: Phạm vi đo: 25mm Độ chia: 0.01 mm Độ xác: 0.02 mm 35 6.3 Sơ đồ nguyên lí mạch vi điều khiển: Sơ đồ nguyên lí mạch kết nối máy tính: 36 Sơ đồ khối ghép nối cảm biến với máy tính - Cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi đại lượng cần đo thành tín hiệu điện hay thay đổi đại lượng điện cảm biến như: điện trở, điện dung, điện cảm,… - Bộ khuếch đại có chức khuếch đại tín hiệu cảm biến - Bộ chuyển đổi Analog – digital (ADC) có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để giao tiếp với vi xử lí máy tính - Bộ xử lí số liệu có nhiệm vụ xử lí số liệu đo thành đại lượng tương ứng công thức toán học - Bộ hiển thị kết hình 37 [...]... Phần Tử Thủy Lực Trong Hệ Thống Hệ thống thủy lực trên gồm: 1 xy lanh thuỷ lực tác động kép, Van phân phối, van tiết lưu, van tràn, bơm thủy lực, đường ống dẫn dầu… I.1 Xi lanh thủy lực Khi kéo hoặc nén đều thực hiện trên 1 xy lanh Lực kéo lớn nhất 1 tấn I.1.1 Tính toán các thông số của xi lanh thủy lực FN Fqt Fmsc Q2 d A2 A1 p1 D p2 Fmsp FN Fmsc A1 A2 D d p1 p2 Q1 - Tải trọng nâng - Lực ma sát cần... 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC I Sơ đồ mạch thủy lực 11 II Các phần tử thủy lực II.0 Động cơ thủy lực( Xi lanh thủy lực) Xi lanh lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi áp năng dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng Dầu có áp suất p 1 vào buồng dưới xi lanh, nếu có kể đến tổn thất 12 thì phần dầu trong khoang xi lanh tác dụng lên bề mặt làm việc của piston tạo nên áp lực cân bằng với phụ tải... N = 10 kN, lấy g = 10 m/s2 Fmsp : lực ma sát của piston và xi lanh Fmsc : lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít 19 Fqt = m dvct dt lực quán tính sinh ra ở giai đo n piston bắt đầu chuyển động Lực ma sát của piston và xi lanh: Fmsp = µ × N Trong đó: µ - hệ số ma sát Đối với vật liệu làm xi lanh là thép vòng găng bằng gang thì µ = (0,09 -0,15), chọn µ = 0,1 N - lực của vòng găng tác dụng lên xi... xi lanh lực; Q2 max - lưu lượng ra xi lanh lực Do đó ta có: h= Qvc π d µ sin α 2 ρ ∆p c = 0,790569415cm = 7,90569415 mm 2.g Xác định lực lò xo: Để đảm bảo độ kín khít ta tính lực lò xo cho độ chênh áp giữa cửa vào và cửa ra của van cản là ∆p c = 2 bar Bỏ qua ma sát thì phương trình cân bằng lực tại nút van khi đóng là: F0 = h0.C = ∆p c π d 2 = 2 4 314.1, 22 = 2,2608 kG 4 Trong đó: h0 - độ nén ban... cũng được dùng trong các hệ thống thủy lực để giám sát áp lực của dầu thủy lực trong đường ống bơm và xilanh Việc giám sát này giúp bảo vệ đường ống và xi lanh khi áp lực vượt quá giới hạn • Cảm biến gửi tín hiệu về hệ thống điều khiển trung tâm để điều khiển bơm Áp suất và nguyên lý đo áp suất a Định nghĩa : • Áp suất là đại lượng có giá trị bằng tỉ số giữa lực tác dụng vuông góc lên một mặt với diện... nó • Công thức: P: áp suất F: lực tác dụng S: tiết diện Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất là Pascal: 1 Pascal là áp suất tạo bởi một lực có độ lớn bằng 1N phân bố đồng đều trên một diện tích 1m2 theo hướng pháp tuyến b Nguyên lý đo áp suất • Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu là áp suất tĩnh • Do vậy, đo áp suất chất lưu thực chất là xác định lực tác dụng lên một diện tích... việc giảm thì bơm thực hiện việc nén và đẩy dầu Bơm được sử dụng trong hệ thống trên là bơm bánh răng Là loại bơm được dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản dễ chế tạo Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì dễ chế tạo, tuy nhiên loại ăn khớp trong kích thước nhỏ... bình chứa dầu thuỷ lực trên các máy đều có những ràng buộc trên Vì vậy việc thết kế bình chứa dầu có kích thước, hình dạng, vị trí một cách tối ưu cũng là một vấn đề lớn Bình chứa dầu thuỷ lực có cấu tạo hợp lý, ngoài việc cung cấp đủ dầu cho bơm còn phải có các khả năng : + Toả nhiệt tốt + Tách được không khí ra khỏi dầu + Nhận biết được sự ô nhiễm dầu Chúng ta sẽ xem xét mốt số vấn đề liên quan đến... bar π D 2 Vậy khi áp suất của hệ thống thủy lực ở đường ra của bơm đạt 1 áp suất cần thiết p* = 27,29132156 bar, khi đó van an toàn làm việc đưa dầu về bể dầu Khi áp suất pv_b-p < p* thì lúc đó van tràn làm việc với hai cửa 2, đều mở I.6 Tính toán van cản Van cản phải có sức cản nhỏ nhất để chất lỏng chảy qua dể dàng, ít tổn thất Vì vậy lực lò xo phải thắng lực ma sát giữa con trượt và vỏ van Ta chọn... ở buồng ra - lưu lương vào xianh Q1 Hình 11: Sơ đồ tính toán xilanh Trường hợp bỏ qua rò rỉ ở xi lanh lực, dầu vào xi lanh lực áp suất p 1 tạo ra công suất phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, công suất tổn hao do ma sát và công suất của lực quán tính Từ đó, ta có phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình công tác: p1.A1 – p2.A2 – Fms – FN– Fqt = 0 (1) Trong đó : Fms = ... Trong giai đo n lực kéo không tăng biến dạng tiếp tục tăng Trị số lực kéo ứng với giai đo n kí hiệu Pch ta có định nghĩa giới hạn chảy σch : σch= Pch F0 (1.2) +) Giai đo n cố : Sau giai đo n chảy... cứng trình biến dạng mạnh giai đo n chảy gây xô lệch mạnh mạng tinh thể kim loại ) Vì giai đo n lực kéo có tăng biến dạng tăng Tương quan P-∆l đường cong, lực cao giai đo n kí hiệu Pb ứng với Pb... chịu kéo chịu nén bị biến dạng bé Pb σbn = F (1.8) Giới hạn bền nén vật liệu giòn lớn nhiều lần so vơi giới hạn bền kéo nén Ví dụ : Gang xám có giới hạn bền kéo σbk =250MN/m2, giới hạn bền nén