Mô phỏng, tính toán máy ép thủy lực 400 tấn bằng phương pháp phần tử hữu hạn

-1đại học quốc giahà nội viện khoa học công nghệ việt nam tr-ờng đại học công nghệ viện học phan thành thiết Mô phỏng, tính toán máy ép thủy lực 400 ph-ơng pháp phần tử hữu hạn Chuyên ngành: Cơ học Vật thể rắn Mã số: 60 44 21 luận văn thạc sĩ -2Mở đầu Đất n-ớc ta đ-ờng công nghiệp hoá, đại hoá Hoà trình phát triển tất yếu ngành khí Trong đó, gia công áp lực b-ớc đổi đạt đ-ợc nhiều thành tựu quan trọng Ngày nay, có nhiều sản phẩm khí đ-ợc gia công ph-ơng pháp Để đáp ứng yêu cầu sản xuất tiết kiệm ngoại tệ việc nhập thiết bị, máy móc việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị gia công áp lực n-ớc việc cần thiết Đề tài nêu toàn trình tính toán thiết kế máy ép thủy lực 400 tấn, dùng công nghệ chế tạo thiết bị áp lực Các nội dung nghiên cứu, tính toán, thiết kế bao gồm: Hệ thống thủy lực Hệ thống điều khiển Khung kết cấu máy ép Qua đánh giá, phân tích, so sánh kết tính toán với số liệu thực tế nhằm nêu rõ lợi ích việc ứng dụng tính toán thiết kế chế tạo máy ép thuỷ lực nh- loại máy khác Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán Tr-ờng Đại học Công nghệ, đặc biệt GS TSKH Đỗ Sanh giúp đỡ tác giả trình học tập tr-ờng thực tốt luận văn -3Ch-ơng I: Tổng quan máy ép thủy lực Các loại máy ép thủy lực Đặc điểm bật máy ép thủy lực gia công phôi mỏng, lực ép tĩnh nên đảm bảo cho phôi ép không bị đứt lực tác dụng lớn Thông số máy ép thủy lực lực ép định mức PH từ xilanh công tác máy ép Theo chức công nghệ máy ép thủy lực đ-ợc chia máy ép vật liệu kim loại máy ép vật liệu phi kim Máy ép vật liệu kim loại + Để rèn dập Máy ép để rèn-rèn tự có dập khuôn, PH=520MN; Máy ép để dập-dập nống chi tiết Magiê hợp kim nhôm, PH=10700MN; Máy ép đột-để đột nóng phôi cối kín,PH=1,530MN; Máy ép để chuốt kéo - chuốt kéo phôi rèn qua vòng,PH=0,7515MN + Để ép chảy Máy ép thanh-ống,dùng để ép kim loại màu thép, PH=0,4120MN + Để dập Máy ép dập kiểu tác dụng đơn giản, PH=0,510MN; Máy ép vuốt để vuốt sâu chi tiết hình trụ, PH=0,34MN;Máy ép để gấp mép, tạo mặt bích, -4để uốn dập loại dày,PH=345MN; Máy ép để lốc, để uốn vật liệu dày nóng, PH=3200MN + Để thực công việc lắp ráp + Để xử lý phế liệu kim loại Máy ép đóng gói đóng bánh,đ-ợc dùng để ép phế liệu nh- phoi kim loại, PH=16MN Máy ép vật liệu phi kim loại Gồm có máy ép cho loại bột, chất dẻo để ép phôi gỗ,gỗ dán Nguyên lý hoạt động chung Máy ép thủy lực hoạt động hầu nh- theo tác dụng tĩnh (hình 1.1) Nguyên lý hoạt động máy ép thủy lực dựa sở định luật Pascal dạng chung máy ép gồm có khoang: xilanh có piston đ-ờng ống nối P1 P2 f1 f2 p p Hình 1.1: Nguyên lý họat động máy ép thủy lực -5- Nếu nh- đặt lực P1 vào piston tạo áp suất p=P1/f1.Theo định luật Pascal áp suất p đ-ợc truyền tới tất điểm thể tích chất lỏng có h-ớng tác dụng vuông góc với mặt đáy piston 2,nó sé tạo lực P2=p.f2 tác dụng lên phôi Trên sở định luật Pascal ta có: P2 P1 f2 f1 Diện tích f2 lớn diện tích f1 lần lực P2 lớn lực P1 nhiêu lần Các phận máy ép thủy lực Khung máy đồ gá Khung đồ gá máy ép thủy lực kết cấu đ-ợc tính toán, thiết kế chế tạo từ kim loại(th-ờng thép) đảm bảo đủ độ bền, độ biến dạng tuổi thọ cần thiết để chịu đ-ợc tải trọng làm việc yêu cầu Tuỳ thuộc vào tính chất, nhiệm vụ công việc mà khung đồ gá có kết cấu, hình dáng, kích th-ớc khác Hệ thống thủy lực Hệ thống thủy lực bao gồm có dầu thủy lực, bơm, xilanh van kết hợp với để điều khiển hoạt động máy theo yêu cầu công nghệ cụ thể Hệ thống điều khiển Thực việc đóng mở bơm, thay đổi trạng thái van Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà sử dụng hệ điều khiển dạng mạch logic cứng hay điều khiển theo ch-ơng trình PLC, thông th-ờng hệ thống điều khiển bao -6gồm: công tắc hành trình, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến báo mức dầu, rơle trung gian, khởi động từ Máy ép thủy lực công nghệ chế tạo thiết bị áp lực Công nghệ chế tạo bồn chứa thể tích lớn, chịu áp suất cao Để gia công chế tạo bồn chứa thể tích lớn, chịu áp suất cao (hình 1.2) cần có công đoạn sau: + Phần thân trụ: đ-ợc chế tạo máy lốc tôn + Phần chỏm cầu (hình 1.3): đ-ợc ép tạo hình sơ máy ép thủy lực sau gia công tinh máy vê chỏm cầu (hình 1.4) + Ghép nối phần thân trụ chỏm cầu, chế tạo chi tiết phụ nh- nắp, van xả, chân sơn phải bọc bảo ôn hay cách nhiệt Hình 1.2: Bồn chứa CO2 lỏng -7- Hình 1.3: Phần chỏm cầu Hình 1.4: Máy vê chỏm cầu -8- Yêu cầu công nghệ máy ép thủy lực Với yêu cầu chế tạo bồn chứa có đ-ờng kính tối đa 6m yêu cầu máy ép thủy lực là: Không gian làm việc cần thiết máy ép là: dài x cao = 6,8m x 2m để công nhân đứng thoải mái thao tác lòng máy ép, Lực ép tối đa 400 (kết từ tính lực ép gia công chỏm cầu) Vận tốc piston chạy không (đi xuống, áp suất thấp): 2m/phút Vận tốc piston ép (áp suất cao): 0.5m/phút Phần sau luận văn trình bày toàn trình tính toán, thiết kế máy ép Ch-ơng II -9Hệ thống thủy lực 2.1 Một số tính chất chất lỏng 2.1.1 Tính liên tục Đối với máy thủy lực thông th-ờng chất lỏng đ-ợc coi nh- môi tr-ờng liên tục, đồng nhất, đẳng h-ớng Các yếu tố thủy lực nh- vận tốc, áp suất hàm số liên tục đạo hàm liên tục Lực liên kết phần tử chất lỏng nhỏ nên chất lỏng có tính di động cao, tích chống lực kéo lực cắt yếu Nh-ng chất lỏng có tính chống nén lớn 2.1.2 Chất lỏng có khối l-ợng trọng l-ợng Chất lỏng có khối l-ợng, gọi thể tích chất lỏng V(m3), khối l-ợng M(Kg) tỷ số: M ( Kg / m ) V (2.1) đ-ợc gọi khối l-ợng riêng khối l-ợng đơn vị chất lỏng hay mật độ chất lỏng Trọng l-ợng riêng chất lỏng ký hiêu : g ( N / m ) (2.2) g gia tốc trọng tr-ờng g=9.81 m/s2 10 m/s2 Tỷ trọng chất lỏng, ký hiệu , tỷ số trọng l-ợng riêng chất lỏng trọng l-ợng riêng n-ớc 4oC: 2.1.3 Tính nén chất lỏng cl H 20 (2.3) - 10 Khi áp suất tác động lên chất lỏng thay đổi làm cho thể tích chất lỏng thay đổi theo Đó tính nén đ-ợc chất lỏng, đ-ợc đặc tr-ng hệ số nén : Trong đó: dV (m / N ) V dp (2.4) V(m3): Thể tích chất lỏng p(N/m2): áp suất chất lỏng Lấy dấu trừ (-) >0 dV dp Số nghịch đảo : E (N / m2 ) (2.5) gọi mô đun đàn hồi thể tích Vì thay đổi thể tích theo áp suất chất lỏng bé nên thủy lực học ng-ời ta coi chất lỏng không nén đ-ợc, trừ số tr-ờng hợp đặc biệt 2.1.4 Tính nhớt chất lỏng 2.1.4.1 Giả thiết Niutơn Khi có chuyển động t-ơng đối lớp chất lỏng với sinh lực nhớt, ứng suất tiếp tỷ lệ với đạo hàm vận tốc theo ph-ơng thẳng góc với h-ớng dòng chảy, tức là: du dn (2.6) Trong hệ số tỷ lệ đặc tr-ng cho tính nhớt đ-ợc gọi hệ số nhớt động lực độ nhớt động lực, đơn vị đo là: Ns/m2 du : Gradien vận tốc theo ph-ơng n thẳng góc với h-ớng dòng chảy dn - 11 - Kết luận Luận văn trình bày toàn trình tính toán, thiết kế máy ép thủy lực 400 dùng công nghệ chế tạo thiết bị áp lực Các công việc thực bao gồm: Hệ thống điều khiển: Trình bày khái quát nhiệm vụ yêu cầu hệ thống điều khiển, thiết kế hệ thống điều khiển phù hợp với yêu cầu công nghệ tiện lợi ng-ời sử dụng Hệ thống thủy lực: Trình bày khái quát thông số bản, nhiệm vụ yêu cầu máy thủy lực Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép phù hợp với yêu cầu công nghệ Tuy nhiên, áp suất làm việc hệ thống cao, điều cần phải ý lựa chọn thiết bị nh- lắp đặt hệ thống thủy lực Khung máy ép: Trình bày khái quát ph-ơng pháp PTHH, thông số phần tử tứ diện bốn nút Sử dụng phần mềm CosmosDesignStar4.0 để tính toán, thiết kế khung máy ép Sau nhiều lần hiệu chỉnh, hoàn thành việc thiết kế khung với hình dáng đơn giản, trọng l-ợng nhỏ đảm bảo tiết kiệm chi phí vật t- thời gian chế tạo Hiện tại, máy ép thủy lực đ-ợc lắp đặt vào hoạt động Công ty Thiết bị áp lực Than Nội địa, góp phần nâng cao hiệu làm việc, giải phóng ng-ời lao động khỏi công việc nặng nhọc tr-ớc - 12 - Danh mục tài liệu tham khảo [1] TS Phùng văn Kh-ơng, ThS Phạm Văn Vĩnh (2001) Thủy lực máy ép thủy lực Tr-ờng Đại học giao thông vận tải Hà Nội [2] Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2005) Máy búa Máy ép thủy lực NXB Giáo Dục [3] Phạm Công Ngô (2001) Lý thuyết điều khiển tự động NXB Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng (2003) Ph-ơng pháp phần tử hữu hạn lý thuyết lập trình NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 13 - Phụ lục 1: Bản vẽ khung máy ép - 14 - Phụ lục 2: Bản vẽ quy trình chế tạo khung máy ép - 15 - Phụ lục 3: Bản vẽ móng máy ép [...]... các máy thủy lực Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép phù hợp với yêu cầu công nghệ Tuy nhiên, áp suất làm việc của hệ thống rất cao, điều này cần phải chú ý khi lựa chọn các thiết bị cũng nh- khi lắp đặt hệ thống thủy lực Khung máy ép: Trình bày khái quát về ph-ơng pháp PTHH, các thông số cơ bản của phần tử tứ diện bốn nút Sử dụng phần mềm CosmosDesignStar4.0 để tính toán, thiết kế khung máy ép Sau... Phúc (2005) Máy búa và Máy ép thủy lực NXB Giáo Dục [3] Phạm Công Ngô (2001) Lý thuyết điều khiển tự động NXB Khoa học và Kỹ thuật [4] Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng (2003) Ph-ơng pháp phần tử hữu hạn lý thuyết và lập trình NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 13 - Phụ lục 1: Bản vẽ khung máy ép - 14 - Phụ lục 2: Bản vẽ quy trình chế tạo khung máy ép - 15 - Phụ lục 3: Bản vẽ móng máy ép ... tại, máy ép thủy lực này đã đ-ợc lắp đặt và đi vào hoạt động tại Công ty Thiết bị áp lực Than Nội địa, góp phần nâng cao hiệu quả làm việc, giải phóng ng-ời lao động khỏi các công việc nặng nhọc tr-ớc đây - 12 - Danh mục tài liệu tham khảo [1] TS Phùng văn Kh-ơng, ThS Phạm Văn Vĩnh (2001) Thủy lực và máy ép thủy lực Tr-ờng Đại học giao thông vận tải Hà Nội [2] Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2005) Máy. .. văn đã trình bày toàn bộ quá trình tính toán, thiết kế máy ép thủy lực 400 tấn dùng trong công nghệ chế tạo thiết bị áp lực Các công việc đã thực hiện bao gồm: Hệ thống điều khiển: Trình bày khái quát các nhiệm vụ và yêu cầu đối với một hệ thống điều khiển, thiết kế hệ thống điều khiển phù hợp với yêu cầu công nghệ và tiện lợi đối với ng-ời sử dụng Hệ thống thủy lực: Trình bày khái quát các thông số