Tính toán thiết kế máy ép thủy lực 300 tấn

Qua tìm hiểu cáccông ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép thủy lực chủ yếu tập trung ở những nướccó nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có công ty DENISON được thành lập từnăm 1990,tạ

ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC 300T

Các thông số của máy ép thủy lực 300T

+ Lực ép đầu cần piston : F = 300(tấn)

+ Áp suất làm việc của xylanh ép : P = 300(bar)

+ Hành trình : S = 500(mm)

+ Thời gian thực hiện hành trình tiến : t1 = 30(s)

+ Thời gian thực hiện hành trình lùi : t2 = 20(s)

+ Thời gian giữ ép : t3 = 10(s)

+ Chế độ làm việc : Êm

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC

+ Trên thế giới ngày nay có nhiều công ty chế tạo máy ép thủy lực để phục vụ ngànhcông nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép thủy lực dùng trong sản xuất giày, máy

ép gạch, ép ván dăm, ép mũ… Tuy nhiên tính đa dạng trong khâu thiết kế sản phẩmnày chưa có, người được đào tạo chuyên về lĩnh vực này chưa nhiều Điều này dẫnđến thực trạng nước ta không có công ty nào thiết kế và chế tạo ra máy ép thủy lựchoàn chỉnh Do kinh nghiệm cũng như công nghệ là chưa đủ, mà các công ty trongnước chủ yếu là phân phối lại sản phẩm của công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặthàng ở Việt Nam rồi đưa sang các công ty ở nước ngoài chế tạo Qua tìm hiểu cáccông ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép thủy lực chủ yếu tập trung ở những nước

có nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có công ty DENISON được thành lập từnăm 1990,tại Ấn Độ có công ty VELJAN, công ty YUKEN của Đài Loan chuyêncung cấp các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức có tập đoàn REXROTHchuyên sản xuất chế tạo sửa chữa bảo dưỡng các loại máy ép thủy lực cũng như cungcấp thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực khí nén và một số công ty khác nhưASHUN _ Đài Loan, TAIWAN FLUID POWER _ Đài Loan, WINNER_ Đài Loan,

…cũng chuyên cung cấp các thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực và khí nén TạiViệt Nam có công ty thủy lực Nam Hải tại Hà Nội, Xí nghiệp cơ khíLong Quân tại HàNội là các công ty chuyên về phân phối, lắp đặt và tư vấn hệ thống thủy lực khí nénhàng đầu Việt Nam Một số công ty khác như: công ty cổ phần dịch vụ kỹ thuật ViệtThái, công ty An Huy, công ty An Phú là một trong những công ty hàng đầu ở Hà Nộichuyên cung cấp các thiết bị thủy lực , khí nén cũng như tư vấn về hệ thống thủy lực.+ Máy ép thủy lực hoạt động trên cơ sở lý thuyết là định luật Pascan:

“ Áp suất tĩnh tại mọi điểm trong lòng chất lỏng là như nhau ”

+ Máy ép thủy lực sử dụng trong gia công áp lực:

PHẦN 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA

MÁY ÉP THỦY LỰC 300T

2.1 Phân tích hoạt động của máy

+ Hoạt động của máy gồm ba quá trình:

_ Qúa trình xylanh chuyển động xuống để ép sản phẩm

_ Qúa trình xylanh giữ ép sản phẩm

_ Qúa 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 vàmột nửa ở bàn ép Xylanh chuyển động xuống dưới ép phôi trong hai nửa khuôn vàtạo thành sản phẩm, quá trình ép kết thúc sau 30(s) Sau đó là quá trình xylanh giữ épkhuôn sản phẩm trong 10(s) Cuối cùng là quá trình lấy sản phẩm ra ngoaì, xylanhchuyển động lên và sản phẩm được lấy ra, thời gian của quá trình này là 20(s)

2.2 Mạch thủy lực của máy

+ Cấu tạo của mạch thủy lực:

1_bể dầu

2_bơm thủy lực

3_van an toàn

4_lọc dầu có làm mát và đi kèm là một van một chiều

5_van phân phối 4/3 điều khiển điện _lò xo

6_bộ tăng áp dẫn động bằng thủy lực

7_van tiết lưu một chiều

8_van một chiều có điều khiển

9_xylanh thủy lực của máy ép

+ Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 300T:

Đóng công tắc của động cơ điện, bơm nguồn hoạt động Năng lượng dưới dạng P và

Q được bơm nguồn tạo ra thông qua van một chiều dẫn tới van phân phối 4/3 Ở hànhtrình ép, van phân phối 4/3 sẽ điều khiển dầu cấp cho bộ tăng áp, dầu áp suất cao sẽđược dẫn tới bộ tăng áp thủy lực 6 Tại đây, dầu sẽ được tăng áp từ 150(bar) đến ápsuất P = 300(bar) trước khi đi vào buồng trên của xylanh công tác làm xylanh chuyểnđộng xuống dưới để thực hiện hành trình ép Đồng tời với quá trình này là van mộtchiều có điều khiển sẽ nhận tín hiện dầu điều khiển và mở để dầu ở khoang dưới củaxylanh sẽ được xả qua van tiết lưu một chiều 7 Van tiết lưu một chiều 7 sẽ điều khiểnlưu lượng của dòng dầu xả về bể qua đó điều khiển vận tốc của xylanh Khi kết thúchành trình ép 30(s), dầu cao áp vẫn được cung cấp tới buồng trên của xylanh để thựchiện hành trình giữ ép trong vòng 10(s) Kết thúc quá trình giữu ép, van phân phối 4/3

sẽ cấp dầu áp suất cao 150(bar) được nạp vào khoang dưới của xylanh làm cho xylanh chuyển động lên Các quá trình này thực liên tục và tuần hoàn Van an toàn 3 đểđảm bảo áp suất của hệ thống ở một giá trị định trước, giảm tải cho hệ thống khi hệthống bị quá tải Bộ lọc dầu có làm mát có nhiệm vụ lọc sạch dầu hồi về bể và giảmnhiệt cho dầu Đi kèm với nó là van một chiều có nhiệm vụ xả khi bộ lọc có dấu hiệu

bị tắc Áp suất đặt của van một chiều này là 3(bar) Van một chiều sau bơm để khi bảodưỡng bơm sẽ thuận tiện hơn

PHẦN 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP

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

_ P : là áp suất làm việc của xylanh (bar)

_ D : là đường kính trong của xylanh (m)

Trong đó : _Q : là lưu lượng cấp cho xylanh (m3/s)

_F : là diện tích tác dụng của xylanh (m2)

_v : là vận tốc cần piston (m/s)

Tốc độ cần piston trong hành trình tiến là :

v1 = t S

1 = 0 ,530 = 601 (m/s)Lưu lượng cấp cho xylanh trong hành trình ép là:

Q1 = F1.v1 = π D2

4 v1

Q1 = 3,14.0,352

4 601 = 1,6.10-3 (m3/s)Tốc độ cần piston trong hành trình lùi về là:

v2 = t S

2 = 0,520 = 0,025 (m/s)Lưu lượng cấp cho xylanh trong hành trình lùi về là:

Q2 = F2.v2 = π (D2−d2)

Q2 = 3,14.(0,352−0,252)

4 0,025 = 1,2.10-3 (m3/s)Nhận thấy Q1 > Q2 , do đó lưu lượng bơm nguồn chọn theo Q1.

3.2 Tính toán sơ bộ bộ tăng áp

+ Bộ tăng áp này như một máy thủy lực piston được dẫn động bằng thủy lực

Trong đó : _Pb : là áp suất của bơm nguồn (bar)

_P : là áp suất làm việc của xylanh ép (bar)

3.3 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 vàchính xác Bên cạnh là tác nhân truyền tải áp lực và truyền chuyển động, nó còn giúpbôi trơn các chi tiết chuyển động, chống lại lực ma sát, nó cũng làm kín các bề mặttiếp xúc, truyền thải nhiệt và ngăn ngừa sự mài mòn

+ 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 độngthủy lực Có rất nhiều yêu cầu chất lượng khác nhau đối với dầu thủy lực nhưng điềuquan trọng nhất trong số đó là độ nhớt của dầu không thay đổi nhiều với sự thay đổicủa 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 lựa chọn quá nhỏ:

- Rò rỉ trong bơm sẽ tăng lên, hiệu suất thể tích không đạt được và do đó áp suấtlàm 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 tácdụng của phản lực, còn motor không thể sản ra đủ mô–men yêu cầu trên trụcquay

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

3.4 Tính toán đường ống thủy lực

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

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

- Đảm bảo độ bền cần thiết

- Đảm bảo hao phí áp suất 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 tachọn ống dẫn cứng được sản xuất từ thép

+ Chia đường ống thủy lực của máy ép là 3 đoạn:

- Đường ống hút : là đoạn từ bể dầu đến bơm nguồn Vận tốc hút v1 = (0,8

+ Đường kính trong đường ống được tính theo công thức:

d = √4.Q π 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:

δ = P 2 σ max d

v n Trong đó: _δ: là bề dày ống (m) _Pmax : là áp suất lớn nhất của dầu quaống (N/m2) _d : là đường kính trong của ống (m)

_σ v: là ứng suất tới hạn của vật liệu làmống ; σ v = (0,3÷0,35).σ b; chọn vật liệu làm ống là thép có σ b = 380(Mpa)→ σ v = (0,3÷

Đường kính trong đường ống đẩy là :

Đường kính trong đường ống xả là:

= 4(m) ; chiều dài tổng đường ống xả : l3 = 3(m).

+ Tổn thất áp suất trên toàn bộ hệ thống :

+ Ta có : ∆ P2 = ρ ξ1 v12

2 + ρ.ξ2.v

2 2

2 + ρ.ξ3.v

2 3

⇒ ∆ P = ∆ P1 + ∆ P2 + ∆ P3 = 0,4 + 2 = 2,4 (bar)

3.5 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 Trongmáy ép thủy lực 300T thiết kế ta chọn cả hai mối nối tháo được và mối nối không tháođược loại cố định

- Mối nối không tháo được ở vị trí các mối của bộ nguồn và các mối nốicủa phần còn lại của mạch Mối nối loại này được gia công bằng phươngpháp hàn, dán đối đầu hai ống hoặc dùng ống chuyển Ưu điểm của mốinối loại này là giảm (25÷30)% về mựt khối lượng so với mối nối tháođược 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 côn – góc lệch

300), ống chẹn 2, ống lồng 3 và đai ốc 4 Độ bít kín của mối nối được đảm bảo bởi sựtiếp xúc mặt côn trong giữa ống chẹn 2 và mặt côn ngoài ống dẫn 1 Nhược điểm củamối nối dạng này là: làm giảm độ bền của ống nối tại đoạn nối, khó nhận thấy bằngmắt thường vị trí rạn nứt, mô men xoắn-kéo đối với đai ốc 4 tương đối lớn, ít về chủngloại, cần dụng cụ chuyên dụng để tạo mặt côn cho ống dẫn 1

3.6 Tính toán và chọn bơm nguồn

+ Chọn bơm nguồn căn cứ vào các thông số sau:

- Áp suất yêu cầu lớn nhất: Pb = ∆ P + Pycmax

- Lưu lượng yêu cầu lớn nhất: Qb = ∆ Q + Qycmax

- Bơm có dải tốc độ quay trục phù hợp với tốc độ của động cơ kéo

- Phù hợp với độ nhớt của dầu trong hệ thống

- Có tính lắp lẫn cao để thuận tiện cho trường hợp thay thế

Chọn động cơ kéo bơm có số vòng quay n = 1450 (vg/ph)

→ Lưu lượng riêng của bơm là : q = Q b

n = 1450100 = 0,069(l/vg)

→ Chọn bơm nguồn có lưu lượng riêng : q = 0,07(l/vg) = 70(cm3/vg)

→ Lưu lượng bơm nguồn là : Qb = n.q = 1450.0,07 = 101,5(l/ph)

→Ta chọn bơm banh rang của hang TAIWAN FLUID POWER – Đa!i Lọan:

→ Bơm banh rang đươc chọn cọ mọ't sọ* thọ'ng sọ kỹ thủa't như saủ :

- Lưủ lương riê'ng : q = 70(cm3

→ ĐêE đam baọ hê' thọ*ng la!m viê'c ọEn đinh va! thưc tê* đọ'ng cơ điê'n đươc san xủa*t

ta chọn lọai đọ'ng cơ điê'n xọaỹ chiêGủ khọ'ng đọGng bọ' ba pha rọtọ lọGng sọc _ 50Hz,

kỹ hiê'ủ: 3K200La4; cọ'ng sủa*t: 30Kw; tọ*c đọ' 1475vg/ph; điê'n ap maLc hì!nh tamgiac: 380V; điê'n ap maLc hì!nh saọ: 660V; dọ!ng điê'n maLc hì!nh tam giac: 56,3A;dọ!ng điê'n maLc hì!nh saọ: 32,5A; hiê'ủ sủa*t η = 91%; hê' sọ* cọ'ng sủa*t: Cọsφ = 0,89;

tỹ sọ* dọ!ng điê'n khơi đọ'ng: I kd

I dd = 6,5; khọ*i lương 260kg; sọ* cap cưc: 2.

3.8 Chọn cac van chọ hê' thọ*ng

+ Chọn van pha'n phọ*i 4/3 điêGủ khiêEn điê'n_lọ! xọ

Van pha'n phọ*i la! mọ't phaGn tư thủỹ lưc cọ tac dủng pha'n phọ*i daGủ thủỹ lưc trọngmach thêọ ỹê'ủ caGủ thiê*ủ kê* đêE mach họat đọ'ng như mọng mủọ*n

Dươi đa'ỹ la! ca*ủ taọ của van pha'n phọ*i lọai 4/3 điêGủ khiêEn baRng điê'n_lọ! xọ:Đa'ỹ la!lọai thọ'ng dủng nha*t trọng cọ'ng nghiê'p, tiê'n lơi chọ qủa trì!nh điêGủ khiêEn tư đọ'ng.Cac củọ'n hủt cọ thêE dủ!ng điê'n 1 chiêGủ DC họac xọaỹ chiêGủ AC NgủọGn DC thìchhơp khi họat đọ'ng vơi taGn sọ* caọ, khọ'ng bi chaỹ khi cọn trươt dư!ng đọ't ngọ't, dichủỹêEn cọn trươt nhê nha!ng NgủọGn AC thìch hơp khi họat đọ'ng trọng thơ!i gianngaLn Lọai na!ỹ dêS ga'ỹ sư cọ* (cha'p, chaỹ) saủ thơ!i gian sư dủng na!ọ đọ Lọ! xọ (6)lủọ'n giư chọ cọn trươt ơ vi trì trủng gian Cac củọ'n hủt củng đat vư!a khìt vơi cơca*ủ kìch họat baRng taỹ khi cọ sư cọ* Cac cọn trươt cọ thêE dich chủỹêEn baRng taỹbê'n ngọa!i, đêE tiê'n viê'c kiêEm tra sư dich chủỹêEn của nọ Khi hai củọ'n hủt la!m viê'c,cọn trươt 1 sê dich sang trai họac sang phai Khi cọn trươt dich sang trai, cha*tlọng cọ ap sủa*t caọ tư! cưa P qủa cưa A đê*n cơ ca*ủ cha*p ha!nh Cha*t lọng tư! khọangđọ*i ap của cơ ca*ủ cha*p ha!nh thêọ cưa B qủa cưa TB vêG đươ!ng họGi hê' thọ*ng Khicọn trươt dich sang phai, cha*t lọng tư! cưa P qủa cưa B đê*n cơ ca*ủ cha*p ha!nh Cha*tlọng cơ ca*ủ cha*p ha!nh đê*n cưa A qủa cưa TA vêG đươ!ng họGi Hai cưa TA, TB đươcnọ*i thọ'ng trọng vọ.Hai khọang (2) đươc nọ*i thọ'ng Khi cọn trươt dich chủỹêEn,cha*t lọng tư! khọang 2 bê'n na!ỹ sê chủỹêEn sang khọang hai bê'n kia Vìt (3) naRm

trọng đươ!ng nọ*i thọ'ng hai khọang (2) ĐiêGủ chình vìt (3) cọ thêE thaỹ đọEi đươcthơ!i gian họat đọ'ng.

Lưủ lương qủa van pha'n phọ*i la! lưủ lương bơm ca*p chọ hê' thọ*ng, va'ỹ van pha'nphọ*i phai đam baọ Qv = 101,5 (l/ph)

→ Ta chọn van pha'n phọ*i của hang : Nachi – Nha't Ban; kỹ hiê'ủ:

SA-G03-C5-D1-J21 Lưủ lương Qmax = 160 (l/ph) A8p sủa*t Pmax = 35 (Mpa)

+ Chọn van an tọa!n

Van an tọa!n cọ nhiê'm vủ baọ vê' hê' thọ*ng khi qủa tai như: xỹlanh bi kêt khiê*n apsủa*t hê' thọ*ng tang vọt, ga'ỹ nê'n nhiêGủ sư cọ* như hư họng bơm ngủọGn, vơ đươ!ngọ*ng

Ngủỹê'n lỹ la!m viê'c của van dưa trê'n sư ca'n baRng của cac lưc ngươc chiêGủ: lưc đa!nhọGi của lọ! xọ tac dủng lê'n cọn trươt ( haỹ nủt van ) vơi lưc dọ ap sủa*t daGủ caọ apga'ỹ nê'n Tủ!ỹ thêọ tư!ng hê' thọ*ng, họat đọ'ng va! tình cha*t của nọ ma! van an tọa!nđươc đat ơ nhưng gia tri ap sủa*t khac nhaủ Khi ap sủa*t hê' thọ*ng tang vọt lê'n dọ

sư qủa tai, cơ ca*ủ cha*p ha!nh bi kêt, họng thì! van an tọa!n sê la!m viê'c, xa cha*t lọngvêG bêE đê*n khi ap sủa*t đat gia tri đinh mưc Van an tọa!n đươc chia la!m 2 lọai: van

an tọa!n tac đọ'ng trưc tiê*p va! van an tọa!n tac đọ'ng gian tiê*p Van an tọa!n tac đọ'ngtrưc tiê*p đươc sư dủng chủ ỹê*ủ chọ hê' thọ*ng cọ lưủ lương nhọ va! ap sủa*t tha*p.Trọng hê' thọ*ng thủỹ lưc của ta QngủọGn = 101,5 (l/ph); Png = 160 (bar) → Ta chọn

van an tọa!n tac đọ'ng gian tiê*p của hang Nachi – Nha't Ban; kỹ hiê'ủ: RV-13; Pmax =

700 (bar); Qxa = 5 (l/ph); pham vi điiêGủ chình ap lưc: (100÷700) (bar); khọ*i

lương: 1,6 (kg)

+ Chọn van chọ*ng rơi (van mọ't chiêGủ cọ điêGủ khiêEn)

Van chọ*ng rơi cọ ca*ủ taọ gaGn như van mọ't chiêGủ, nhưng chiêGủ ngươc lai daGủ vaSn

đi qủa đươckhi cọ đươ!ng daGủ caọ ap tac đọ'ng tư! bê'n ngọa!i va!ọ

Van chọ*ng rơi cọ nhiê'm vủ giư ap va! chọ*ng tủt chọ cơ ca*ủ cha*p ha!nh Trọng hê'thọ*ng thủỹ lưc maỹ êp van chọ*ng rơi cọ nhiê'm vủ giư ap trọng xỹlanh đêE caGnpistọn cọ gaLn khủọ'n êp khọ'ng bi rơi xủọ*ng điêEm chê*t dươi của maỹ êp

Vơi ỹê'ủ caGủ vêG lưủ lương va! ap sủa*t trọng hê' thọ*ng, ta chọn van chọ*ng nủn củahang Nachi – Nha't Ban; kỹ hiê'ủ: OYH-G03-AY-10; Pmax = 350 (bar); Qmax = 100(l/ph)

+ Chọn van bọ' van tiê*t lưủ mọ't chiêGủ

Van tiê*t lưủ mọ't chiêGủ cọ nhiê'm vủ điêGủ khiêEn va'n tọ*c của xỹlanh trọng ha!nhtrì!nh êp của maỹ êp

Ta chọn van của hang Enêrpac – Nha't Ban; kỹ hiê'ủ : VFC-70; Pmax = 700 (bar); Qmax

= 20 (l/ph); khọ*i lương: 1,4 (kg); nhiê't đọ' daGủ: ( 0 ÷ 55 )℃

+ Chọn van mọ't chiêGủ

Hê' thọ*ng thủỹ lưc maỹ êp thiê*t kê* cọ mọ't van mọ't chiêGủ ơ vi trì saủ bọ' ngủọGn la!mnhiê'm vủ chọ cha*t lọng chì chaỹ thêọ mọ't chiêGủ, giủp chọ qủa trì!nh baọ dương bọ'ngủọGn thủa'n tiê'n hơn

Tư! ap sủa*t va! lưủ lương của bọ' ngủọGn hê' thọ*ng ta chọn van mọ't chiêGủ của hangNachi – Nha't Ban; kỹ hiê'ủ: OCH-G04-P1-10; Pmax = 350 (bar); Qmax = 300 (l/ph)