ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC 160 TẤN

Áp suất làm việc khi ép: Plv= 250 bar ep F A P v: là vận tốc của cần piston m/s - Tốc độ của cần piston trong hành trình tịnh tiến là: Lưu lượng cấp cho xylanh trong hành trình ép là: Nh

ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC 160 TẤN

Các thông số của máy ép thủy lực 160 tấn

- Lực ép đầu cần piston: F=160(tấn)

- Áp suất làm việc của xylanh ép: P=250(bar)

- Hành trình: S= 500(mm)

- Thời gian thực hiện hành trình tịnh tiến: t 1=35(s)

- Thời gian thực hiện hành trình lùi: t 2=20(s)

- Thời gian giữ ép: t 3=10(s)

- Chế độ làm việc: êm

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay 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 nghiệp truyền động và điều khiển hệ thống thủy lực đã có nhiều bước tiến mạnh 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,…

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ÉP 1.1 Máy ép là gì?

- Định nghĩa: Máy ép là một loại máy cơ khí mà quá trình tác động lực cơ học lên vật liệu làm vật liệu bị biến dạng

+ Dùng trong lĩnh vực xây dựng, cầu đường

+ Dùng trong lĩnh vực tái chế phế liệu, ép kiện phế liệu

+ Dùng trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm nhựa, cao su, giấy, thép,… + 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 chi tiết máy

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP

THỦY LỰC 160 TẤN

2.1 Phân tích hoạt động của máy ép

- Hoạt động của máy gồm 3 quá trình:

+ Quá trình xylanh chuyển động xuống để ép sản phẩm

+ Quá trình xylanh giữ ép sản phẩm

+ Quá trình xylanh chuyển động lên để lấy sản phẩm ra

- Khi máy làm việc, ở quá trình ép khuôn ép sẽ được lắp một nửa trên cần piston và một nửa ở bàn ép Xylanh chuyển động xuống dưới ép phôi trong hai nửa khuôn và tạo thành sản phẩm, quá trình ép kết thúc sau 35s Sau đó

là quá trình xylanh giữ ép khuôn sản phẩm trong 10s Cuối cùng là quá trình lấy sản phẩm ra ngoài, xylanh chuyển động lên và sản phẩm được lấy ra, thời gian quá trình này này là 20s

2.2 Mạch thủy lực của máy

- Nguyên lí hoạt động

+ Khi đóng công tắc điện, van phân phối 4/3 nằm vở vị trí cân bằng dầu đi

từ bơm qua van phân phối và trở về bể Xylanh chưa chuyển động

+ Khi có tín hiệu điều khiển làm van phân phối lệch sang bên phải thì dầu

từ bơm qua van phân phối cấp vào buồng trên xylanh, xylanh bắt đầu di chuyển và tiến hành quá trình ép, khi cuối quá trình ép dầu tiếp tục cấp vào xylanh để tiến hành giữ ép 10s

+ Kết thúc quá trình giữ ép sẽ có tín hiệu điều khiển làm van phân phối lệch về phía bên trái, dầu từ bơm sẽ được cấp qua van phân phối đến buồng dưới của xylanh làm cho xylanh di chuyển lên trên

+ Các chi tiết khác: Van an toàn để đảm bảo cho hệ thống ở một giá trị định trước giảm tải cho hệ thống khi hệ thống quá tải Bộ lọc dầu có làm mát có nhiệm vụ lọc sạch dầu hồi về bể và giảm nhiệt cho dầu, đi kèm với

nó là van 1 chiều có nhiệm vụ xả khi bộ lọc có dấu hiệu bị tắc Van tiết lưu

một chiều có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ xylanh khi đi và về phù hợp với yêu cầu đòi hỏi Áp suất của van một chiều để mở là 3bar Van một chiều sau bơm để khi bảo dưỡng bơm thuận tiện hơn và tránh tải trọng tăng lên đột ngột tác động lên bơm làm tuổi thọ của bơm và động cơ giảm Van chống rơi là hạn chế dịch chuyển của xylanh khi mất nguồn đột ngột

2.3 Chọn khung máy ép

Chọn khung máy ép của hang Hi-Tech

+ Từ trái sang phải: 2800 (mm)

+ Từ trước ra sau: 1600 (mm)

+ Chiều cao tính từ sàn: 3500 (mm)

+ Khối lượng máy khoảng: 8 (tấn)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP THỦY LỰC

Trong đó: F: là lực tạo ra ở đầu cần piston (N)

P: là áp suất làm việc của xylanh (N/m2) D: là đường kính trong của xylanh (m)

A1: là diện tích tác dụng (m2) Lực ép thủy lực: F= 160 tấn = 160.103.9,8 (N)=1568.103 (N)

Áp suất làm việc khi ép: Plv= 250 (bar)

ep

F A P

v: là vận tốc của cần piston (m/s)

- Tốc độ của cần piston trong hành trình tịnh tiến là:

Lưu lượng cấp cho xylanh trong hành trình ép là:

Nhận thấy Q1>Q2, do đó bơm nguồn chọn theo Q1

3.2 Chọn dầu làm việc cho hệ thống

- Dầu thủy lực đóng vai trò quan trọng giúp cho hệ thống thủy lực làm việc

an toàn và chính xác Bên cạnh là tác nhân truyền tải áp lực và truyền

chuyển động, nó còn giúp bôi trơn các chi tiết chuyển động, chống lại mực

ma sát, nó cũng làm kín các bề mặt tiếp xúc, truyền thải nhiệt và ngăn ngừa

S

t

- Thông thường, dầu thủy lực được lựa chọn trên hai yếu tố chính: Thời tiết nơi thiết bị sử dụng và các yêu cầu của bộ phận thủy lực sử dụng trong hệ thống truyền động thủy lực Có rất nhiều yêu cầu chất lượng khác nhau đối với dầu thủy lực nhưng điều quan trọng nhất trong số đó là độ nhớt của dầu không thay đổi nhiều với sự thay đổi của nhiệt độ

- Nếu độ nhớt của dầu lựa chọn quá cao:

+ Ma sát trượt tăng lên, phát sinh ra nhiệt và tổn thất năng lượng lớn

+ Tổn thất trong mạch dầu tăng lên và tổn thất áp suất cũng tăng lên

- Nếu độ nhớt của dầu lự chọn quá nhỏ:

+ Rò rỉ trong bơm sẽ tăng lên, hiệu suất thể tích không đạt được và do đó

áp suất làm việc yêu cầu không đáp ứng được

+ Do có sự rò rỉ bên trong của các van điều khiển, xylanh sẽ bị thu lại dưới tác dụng của phản lực, còn motor không thể sản ra đủ mô-men yêu cầu trên trục quay

- Để đáp ứng các nhu cầu trên ta chọn dầu thủy lực: AW32 có các thông số sau:

3.3 Tính toán đướng ống thủy lực

- Trong đường ống thủy lực, chất lỏng công tác được vận chuyển từ bể dầu qua bơm nguồn đến các van, cơ cấu chấp hành rồi hồi về bể nhờ hệ thống các đường ống dẫn thủy lực

- Đường ống thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Đảm bảo độ bền cần thiết

+ Đảm bảo hao phí áp suất là thấp nhất

+ Đảm bảo không rò rỉ

+ Đảm bảo không chứa và tạo bong bóng khí, nước

- Vì áp suất làm việc của hệ thống cao và môi trường hoạt động của máy

ép nên ta chọn ống dẫn cứng được sản xuất từ thép

- Chia đường ống thủy lực của máy ép làm 3 đoạn:

+ Đường ống hút: là đoạn từ bể dầu đến bơm nguồn Vận tốc hút

v1=(0,8÷1,5)m/s

+ Đường ống đẩy: Từ bơm nguồn đến các van rồi vào xylanh Vận tốc đẩy

v2=(3÷5) m/s

+ Đường ống xả: là đường ống hồi về bể dầu Vận tốc xả v3=(1÷1,6)m/s

- Đường kính trong của đường ống được tính theo công thức:

4.

.

Q d

v





Trong đó: d: là đường kính trong của ống (m)

Q: là lưu lượng chảy qua ống (m3

/s) v: là vận tốc của dầu qua ống (m/s)

- Bề dày ống được tính theo công thức

ax 2.

Pmax :là áp suất lớn nhất của dầu qua ống (N/m2)

d : là đường kính trong của ống (m)

: là ứng suất tới hạn của vật liệu làm ống ; = (0,3 0,35) ; chọn vật liệu làm ống là thép có = 380(Mpa) = (0,3 0,35).380 = (114 133) Mpa chọn = 125(Mpa)

Bề dày ống hút là :

=

n =

1,5 = 5,25.10-3(m) + Tính toán đường ống đẩy :

Đường kính trong đường ống đẩy là :

dd = =

Chọn dd = 0,02(m) v2=3,48(m/s)

Bề dày ống đẩy là :

=

n =

1,5 = 2,7.10-3(m) + Tính toán đường ống xả:

Đường kính trong đường ống xả là:

Trong đó : P1: là tổn thất áp suất dọc đường do ma sát theo chiều dài

đường ống gây nên

Re1 = =

= 1308< 2300 =

= 0.0489 + Hệ số Reynolds đường ống đẩy :

Re2 = =

= 2282< 2300 =

= 0,0280 + Hệ số Renolds đường ống xả :

= + + = 0,45 + 2 = 2,45 (bar)

3.4 Chọn mối nối thủy lực

+ Mối nối thủy lực đảm bảo việc lắp ghép ống dẫn thủy lực vào các phần tử của hệ, ngoài ra mối nối còn được thiết kế theo yêu cầu tháo lắp của hệ + Mối nối được phân ra làm mối nối tháo được và mối nối không tháo được Trong máy ép thủy lực 160 tấn thiết kế ta chọn cả hai mối nối tháo được và mối nối không tháo được loại cố định

Mối nối không tháo được ở vị trí các mối của bộ nguồn và các mối nối của phần còn lại của mạch Mối nối loại này được gia công bằng phương pháp hàn, dán đối đầu hai ống hoặc dùng ống chuyển

- Ưu điểm của mối nối loại này là giảm (25 30) về mựt khối lượng so với mối nối tháo được ứng với cùng một hệ thống thủy lực

- Mối nối tháo được loại cố định ở vị trí nối giữa bộ nguồn và hệ thống để ta có thể tháo lắp, bảo dưỡng bộ nguồn hay hệ thống một cách thuận lợi Mối nối tháo được loại cố định sử dụng mặt côn ngoài:

Mối nối dạng này bao gồm ống dẫn 1(đoạn cuối ống dẫn 1 có dạng mặt

0), ống chẹn 2, ống lồng 3 và đai ốc 4 Độ bít kín của mối

nối được đảm bảo bởi sự tiếp xúc mặt côn trong giữa ống chẹn 2 và mặt côn ngoài ống dẫn 1 Nhược điểm của mối nối dạng này là: làm giảm độ bền của ống nối tại đoạn nối, khó nhận thấy bằng mắt thường vị trí rạn nứt, mô men xoắn - kéo đối với đai ốc 4 tương đối lớn, ít về chủng loại, cần dụng cụ chuyên dụng để tạo mặt côn cho ống dẫn 1

3.5 Tính toán và chọn bơm nguồn

Để đảm bảo yêu cầu áp suất của bơm cấp cho hệ thống, xác định áp suất bơm theo hệ số: Pbơm ≥ 1,1 Plv = 1,1 220,85 = 242,94 (bar)

Có: Qlv = 1,1Qbơm = 1,1 59,64 = 65,6 (l/ph) nên chọn Qbơm = 66 (l/ph) Vậy thông số để chọn bơm là: Pbơm ≥ 242,94 (bar) và Qbơm= 66 (l/ph)

Chọn số vòng quay của bơm là 1500 (v/ph)

 Lưu lượng riêng của bơm là q = =

= 44 (cm3/vg) Căn cứ vào các thông số chọn bơm: Pbơm ≥ 242,94 (bar) và Qbơm= 66 (l/ph)

Ta chọn loại bơm là bơm bánh răng ăn khớp ngoài của hãng Rexroth kí

hiệu là: AZPG-22-045RQC20MB

Direction of

rotation

Line

connection

ISO8434-1

Pressure in the suction port, absolute : 0.7 3.0 [bar]

Continuous pressure p1 : 250 [bar]

Intermittent pressure p2 : 280 [bar]

áp mắc hình tam giác: 380V; điện áp mắc hình sao: 660V; dòng điện mắc hình tam giác: 56,3A; dòng điện mắc hình sao: 32,5A; hiệu suất = 91 ;

hệ số công suất: Cos = 0,89; tỷ số dòng điện khởi động:

= 6,5; khối lượng 260kg; số cặp cực: 2

3.7 Chọn các van cho hệ thống

3.7.1 Chọn 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 Trong hệ thống thủy lực của máy, sử dụng hai loại van phân phối:

+ Loại van phân phối dầu có lưu lượng lớn, áp suất không cao từ bơm bánh răng

+ Loại van phân phối dầu có lưu lượng nhỏ, áp suất cao dẫn từ bơm pittong cao áp

Trong hệ thống máy ép thủy lực này ta chọn van phân phối loại lưu lượng lớn, có áp suất không cao :

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

Xác định van: Ta chọn van phân phối dạng 4/3 Tra catalogue của hãng

Camel ta chọn van phân phối có kí hiệu: WH 43-G03-C60-D24-N-20

Trong đó:

- WH: Wet type solenoid valve

- 43: 4 ways 3 positions

Nguyên lý làm việc của van dựa trên sự cân bằng của các lực ngược chiều: lực đàn hồi của lò xo tác dụng lên con trượt với lực do áp suất dòng chất lỏng gây nên

Van an toàn được chia làm 2 loại theo nguyên lý hoạt động là van tác động trực tiếp và gián tiếp Van an toàn tác động gián tiếp được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống có lưu lượng lớn, áp suất tương đối cao

Tra catalog của hãng Rexroth ta chọn van có kí hiệu: DB 6 K1 - 4X 315 YV

3.7.4 Chọn bộ van tiết lưu một chiều

- Van tiết lưu một chiều có nhiệm vụ điều kiển vận tốc của xylanh trong hành trình ép của máy ép

- Ta chọn van của hang Enerpac – Nhật Bản; ký hiệu: MVM-72;

Pmax=350(bar); Qmax=38(l/ph); khối lượng: 1,4 (kg); nhiệt độ dầu: (0÷55)oC

3.7.5 Chọn van một chiều

- Hệ thống thủy lực máy ép thiết kế có một van một chiều ở vị trí sau bộ nguồn làm nhiệm vụ cho chất lỏng chỉ chảy theo một chiều, giúp cho quá trình bảo dưỡng bộ nguồn thuận tiện hơn Ngoài ra nó còn tránh hiện tượng

áp suất tác động ngược lại bộ nguồn

- Từ áp suất và lưu lượng của bộ nguồn hệ thống ta chọn van một chiều của hãng Nachi – Nhật Bản; ký hiệu: OCH-G04-P1-10; Pmax = 350 (bar); Qmax =

300 (l/ph)

3.7.6 Chọn đồng hồ đo áp và khóa đồng hồ

- Chọn loại đồng hồ chân đứng có áp suất lớn nhất là: 350 (bar)

- Chọn khóa đồng hồ tương ứng với chân đồng hồ

3.7.7 Chọn mắt thăm dầu và nắp đổ dầu

- Ta chọn của hãng ASHUN – Đài Loan, có mã kí hiệu như sau:

bộ lọc dầu có nhiệm vụ lọc các chất bẩn nói trên, tăng tính ổn định của hệ

thống Tuy nhiên bộ lọc cũng ngăn ngừa được một phần nhất định, sau một thời gian ta đều phải tiến hành thay dầu cho hệ thống

- Nguyên lý làm việc của bộ lọc dầu: Sử dụng các phần tử lọc làm vướng lại các tạp chấp khi có dòng dầu thủy lực chảy qua các phần tử lọc này hoặc

sử dụng trường lực để tách các tạp chất ra khỏi dầu thủy lực Trường hợp thứ nhất, tạp chất bị vướng lại trên bề mặt phần tử lọc, hoặc phía dưới đáy phần tử lọc của các bộ lọc thủy lực Trường hợp hai, dầu thủy lực được dẫn qua một trường nhân tạo (từ trường, điện trường, trường ly tâm, trọng trường) làm các tạp chất bị lắng xuống

- Phân loại bộ lọc

Dựa vào kích thước hạt bị giữ lại

+ Bộ lọc thô: Lọc được các loại hạt có kích thước ≥ 0,1 (mm) Bộ lọc thô có thể được lắp đặt tại ống rót để lọc dầu thủy lực được rót vào thùng chứa, được lắp đặt tại ống hút và ống nén để lọc sơ bộ dầu thủy lực

+ Bộ lọc trung bình: Lọc được các hạt có kích cỡ từ (0,05÷0,1) (mm) Bộ lọc trung bình được lắp tại đường ống nén hoặc đường ống xả

+ Bộ lọc tinh: Lọc được các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,05 (mm) Bộ lọc tinh thường được lắp tại các vị trí có lưu lượng vừa phải, thường là các nhánh phụ trong hệ thống hoặc phần tử của hệ thống đòi hỏi dầu hoạt động phải là tinh

Dựa vào vị trí lắp bộ lọc trong hệ thống thủy lực: Ta có bộ lọc dầu áp suất cao và bộ lọc dầu áp suất thấp Bộ lọc dầu áp suất cao thường được lắp ở đường ống đẩy (sau van an toàn của bộ nguồn) Bộ lọc dầu áp suất thấp thường được lắp ở đường ống xả

Dựa vào kết cấu bộ lọc: Bộ lọc lưới; bộ lọc lá; bộ lọc giấy; bộ lọc nỉ; bộ lọc nam châm;…

- Khi lựa chọn bộ lọc cho hệ thống thì cần chú ý các điều kiện sau:

+ Nguyên nhân tạo tạp chất

+ Độ nhạy của các chi tiết thủy lực với tạp chất

+ Chế độ công tác của máy thủy lực

+ Áp suất công tác

+ Thiết bị điều khiển thay không điều khiển được

+ Loại dầu công tác và điều kiện vận hành

+ Vị trí lắp bộ lọc có lưu lượng và áp suất như thế nào

- Trong hệ thống thủy lực của máy ép 160 tấn ta chỉ lắp đặt một bộ lọc ở đường ống xả dầu về bể Lắp kèm theo bộ lọc này là một van một chiều có

áp suất là 3 (bar) có nhiệm vụ xả khi bộ lọc có dấu hiệu bị tắc, tăng tính vận hành ổn định của hệ thống

- Bộ lọc còn được trang bị thêm hệ thống giải nhiệt dầu Chọn hệ thống

giải nhiệt dầu kí hiệu như sau: AOR-150L; Qmax = 150 (l/ph):

- Chọn bộ lọc trung bình có kí hiệu là : ACF – 06 do công ty thủy lực

Trung Anh phân phối Các thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt được cho trong catalogue của hãng đi kèm sản phẩm :