Thiết kế máy ép thủy lực 160 ton

Đồ án thiết bị dập tạo tình MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC 1-1.Giới thiệu chung chuyên ngành GCAL máy ép thủy lực 1.2- Nguyên lí hoạt động phân loại máy ép thủy lực: .6 1.3- Ứng dụng máy ép thủy lực trụ: CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2.1-Chọn truyền dẫn: 2.2-Chọn chất lỏng công tác: 2.3-Phương pháp gia công chế tạo khung thân máy: 10 2.4-Sơ đồ động máy ép thủy lực 10 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CHỌN LỰA 12 CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC 12 3.1-Tính tốn xi lanh : 12 3.1.1-Tính tốn xi lanh công tác: 12 3.1.2-Tính tốn xi lanh đẩy : 13 3.1.3- Tính diện tích xi lanh: 15 3.2- Tính lưu lượng: 16 3.3- Thiết kế sơ đồ thủy lực: .17 3.4.Chọn phần tử thủy lực: 19 3.4.1- Tính toán chọn động cơ: 19 3.4.2- Tính tốn chọn bơm thủy lực: 19 3.4.3- Bộ lọc : 21 3.4.4- Tính tốn chọn đường ống dẫn dầu: 21 3.4.5-Hệ thống làm mát 22 3.4.6- Thùng dầu .22 Đồ án thiết bị dập tạo tình 3.4.7- Tính tốn lựa chọn van phân phối .22 3.4.8- Tính chọn van an tồn 23 3.4.9- Tính chọn van chống lún 23 3.4.10- Tính chọn van chiều 24 3.5- Tính tốn thiết kế khung thân máy .24 Chương IV- TỔNG KẾT 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Đồ án thiết bị dập tạo tình LỜI NĨI ĐẦU Công nghệ gia công áp lực (GCAL) phương pháp chế tạo lĩnh vực sản xuất khí Đây phương pháp gia cơng khơng phoi, dựa vào khả biến dạng dẻo kim loại Phương pháp tiết kiệm vật liệu mà cịn tăng tính sản phẩm Việc ứng dụng khả tự động hóa cao nên thường dung sản suất hang loạt hang khối lớn, giá thành sản phẩm hạ nhiều so với nhừng phương pháp chế tạo khác sản suất khí Vì GCAl ngành khơng thể thiếu công nghiệp phát triển Tại nước công nghiệp phát triển GCAl ngành có số sản phẩm chiếm tý lệ cao Ở Việt nam năm gần đây, công nghệ GCAl ngày phát triển mạnh mẽ việc chế tạo sản phẩm khí đại công nghệ sản suất ôtô, xe máy… Việc chế tạo sản phẩm khí đại cần phải có thiết bị phù hợp, tân tiến đại Thiết bị ngành GCAl ngày phát triển cải tiến đem lại hiệu cao Trong số máy ép thủy lực thiết bị quan trọng ứng dụng nhiều Đặc biệt ngành dập ưu điểm có hành trình mềm, tốc độ chậm… Em giao làm đồ án có đề tài: “thiết kế máy ép thủy lực 160 tấn”.Với hướng dẫn thầy NDT Do trình độ hiểu biết cịn nên khơng tránh khỏi sai xót, em xin có đóng góp thầy để em hồn thiện tiến Em xin trân thành cảm ơn Hà Nội, Ngày 27 tháng 12 năm 2013 Sinh viên thực Đồ án thiết bị dập tạo tình CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC 1-1.Giới thiệu chung chuyên ngành GCAL máy ép thủy lực Hiện ngành gia công áp lực ngành trọng nhiều quốc gia giới sản phẩm ngành đóng vai trị chủ đạo sản xuất cơng nghiệp.Những thiết bị thiết yếu điển hình ngành :máy búa máy ép thủy lực, máy ép khí , máy ép thủy lực ngày sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại tính đa dạng sản phẩm cơng chúng : dập thể tích, rèn tự do, ép chảy, ép đùn, uốnnắn kim loại, dập vuốt ( dập thủy tĩnh, dập thủy cơ… ) Máy ép thủy lực máy công cụ sử dụng nguồn lực hệ thống thủy lực, hoạt động theo tác dụng tĩnh dựa nguyên lí định luật Pascal.Bên cạnh tính đa dạng loại máy này, ta khơng thể khơng kể đến tính năng, ưu điểm máy ép thủy lực khiến sử dụng phổ biến, : - Làm việc êm, không gây tiếng ồn loại máy khí khác.Cho áp lực cực đại theo lực danh nghĩa trì áp lực suốt q trình cơng nghệ - Tác động riêng biệt đa tác động.Máy ép thủy lực thiết kế tùy theo yêu cầu, máy đơn tác động dung cho động tác ép, máy đa tác động dung cho nhiều động tác khác ép biên-ép sâu;ép theo chương trình, tăng áp theo hàm theo bước biến dạng.Sự điều khiển lực ép mềm dẻo tùy theo yêu cầu công nghệ với kết cấu khuôn tương ứng - Máy ép thủy lực có kết cấu đơn giản, sử dụng phận tiêu chuẩn hóa cao bơm bánh răng, bơm cao áp piston, van, đường ống Chính làm hạ giá thành sản phẩm - Máy ép thủy lực khơng bị lực ép hạn chế.Có thể thiết kế cho lực ép lên trên, lực ép xuống dưới, lực ép ngang theo hướng theo yêu cầu cơng nghệ khn.Lực ép nhỏ, tạo lực ép cực lớn - Máy ép thủy lực thiết kế có cấu an tồn.Chính lực ép không vượt giới hạn cho phép, bảo đảm công nghệ ổn định độ bền máy cao - Máy ép thủy lực lắp nhiều dạng điều khiển khác : điều khiển thủ cơng, điều khiển PLC, điều khiển CNC Nhờ đó, thơng Đồ án thiết bị dập tạo tình số cơng nghệ kiểm sốt điểu khiển xác, đảm bảo hiệu suất máy cao tận dụng hết cơng suất máy - -Kết cấu máy theo kiểu đứng, kiểu nằm, đồng thời kết cấu gọn nhẹ so với kết cấu máy khí Dưới số loại máy ép thủy lực thường gặp nhà máy nước ta: Hình 1.1: Một số loại máy ép thủy lực thường gặp nhà máy nước ta Đồ án thiết bị dập tạo tình 1.2- Ngun lí hoạt động phân loại máy ép thủy lực: * Nguyên lí hoạt động: -Máy ép thủy lực làm việc tuân theo định luật truyền áp suất lòng chất lỏng theo định luật Pascal -Đặt lực P1 vào piston tạo áp suất p= Theo định luật Pascal áp suất p truyền đến tất điểm thể tích chất lỏng có hướng tác dụng vng góc với mặt đáy piston 2, tạo lực P2= p.f2 lực gây tác dụng lên phôi Trên sở định luật Pascal, ta có: P2 = P1 gia cơng .Khi đó, P2 lực ta cần sử dụng * Phân loại : 1.2.1-Tùy theo chức công nghệ, máy ép thủy lực phân chia thành nhóm lớn :Máy ép gia cơng vật liệu kim loại máy ép gia công vật liệu phi kim loại 1.2.1a- Máy ép gia công vật liệu kim loại chia thành loại nhỏ sau : Đồ án thiết bị dập tạo tình - Các máy rèn dập thể tích +Rèn +Cắt bavia +Máy cắt phơi +Dập nổi-dập tinh +Bẻ nguội +Đột +Dập +Chuốt -Các máy ép chảy: +Thanh-ống +Thanh định hình + Ép chảy nguội -Các máy dập tấm: +Máy cắt vật liệu +Kéo dập dãn +Dập tác dụng đơn-kép +Dập dày +Dập cao su +Uốn gấp mép dày +Uốn gấp mép -Các máy nắn sửa lắp ráp: +Nắn, sửa tinh chỉnh +Chồn +Ép lắp ráp -Các máy xử lý phế liệu kim loại: +Đóng bánh +Ép bột kim loại +Đóng gói 1.2.1b-Máy ép gia công vật liệu phi kim: -Máy gia công bột phi kim loại -Máy gia công chất dẻo -Máy ép phi kim loại -Máy tự động gia cơng nóng chất dẻo -Máy gia cơng phương pháp dùng điện cực -Máy đóng viên đóng bánh 1.2.2: Phân loại theo hình dạng khung máy : -Khung máy dạng chữ C ( thân hở Đồ án thiết bị dập tạo tình -Khung máy hai, bốn trụ ( thân kín) Trong phổ biến khung máy bốn trụ cố định, có phần chuyển động theo mặt phẳng đứng Ở máy có xi lanh cơng tác đặt phía khung cố định, khơng có xi lanh khứ hồi, trường hợp phần chuyển động máy ép vị trí ban đầu thực nhờ trọng lượng chúng Xi lanh công tác nối với thùng chứa chất lỏng Theo số xi lanh công tác máy ép chia loại có một, hay ba hay nhiều xi lanh Hình 1.3: Hình ảnh minh họa máy ép thủy lực 160T 1.3- Ứng dụng máy ép thủy lực trụ: -Máy ép thủy lực trụ sử dụng rộng rãi nhà máy, xí nghiệp khí để tháo, nắn thẳng, định hình, đột, ép loại vật liệu … Đồ án thiết bị dập tạo tình CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2.1-Chọn truyền dẫn: Các dạng truyền dẫn thường dùng là: o Dẫn động kiểu bơm:  Dẫn động kiểu bơm có bình tích áp  Dẫn động kiểu bơm khơng có bình tích áp Khi dùng loại dẫn động khơng có bình tích áp, nguồn cấp chất lỏng áp suất cao cho máy ép thực từ bơm o Dẫn động dùng tăng áp: dẫn động mà chất lỏng công tác cấp đồng thời từ bình tích áp từ bơm hành trình cơng tác.Đối với hệ thống dẫn động kiểu tăng áp, chất lỏng cấp cho máy ép hành trình công tác nhờ tăng áp, chất lỏng công tác cấp theo lượng định Bộ tăng áp làbơm xilanh áp suất cao  Dẫn động dùng tăng áp – khí  Dẫn động dùng tăng áp kiểu khí Máy ép thủy lực 160T sử dụng xylanh 320mm nên ta chọn truyền dẫn bơm khơng bình tích áp Bơm lưu lượng ta chọn bơm bánh Bơm áp suất ta chọn bơm piston 2.2-Chọn chất lỏng công tác: Chất lỏng công tác thường dùng máy ép thủy lực nước ( nhũ tương nước) dầu khoáng Để làm giảm tượng gỉ xi lanh piston, chi tiết điều khiển đường ống, người ta thường pha thêm vào nước ÷ 3% chất nhũ tương Trong đó, thành phần chất nhũ tương 83÷ 87 % dầu khống, 12 ÷ 14% axit olein, 2, % xút nồng độ 40% Ta cần ý đến tính chất lỏng công tác :  Các chất nhũ tương thường sử dụng : máy ép thủy lực loại lớn, có đường kính piston > 1000mm, có hành trình xà di động có nguy tự bốc cháy gây bẩn chất lỏng  Dầu khống thường dùng dầu máy, dầu cơng nghiệp, dầu tua bin… thường dùng máy ép có đường kính piston < 1000mm Vì máy éo thủy lực 160T loại nhỏ, nên chọn chất lỏng cơng tác dầu máy, áp suất làm việc chất lỏng cơng tác từ 150 at ÷ 350 at Khi áp suất q cao phải địi hỏi kín khít hệ thống thủy lực cao, thiết bị phải tốt có độ Đồ án thiết bị dập tạo tình xác cao Mặt khác, áp suất thấp mà xi lanh lớn làm việc không hiệu gây cồng kềnh máy Vì vậy, chọn áp suất làm việc chất lỏng 210 bar Như ta có thơng số máy sau :           Lực ép danh nghĩa (pH) Lực đẩy Hành trình Hành trình trượt Hành trình xi lanh đẩy Áp suất làm việc Vận tốc không tải nhanh Vận tốc ép Vận tốc lên nhanh xi lanh không tải Vận tốc đẩy :Fmax =160 :P2 =20 :S = 500mm :Hm= 700mm :Hd = 200mm :Pmax = 210 bar :v1 = 120mm/s :v2 = 25mm/s :v3 = 70mm/s :vd = 30mm/s 2.3-Phương pháp gia công chế tạo khung thân máy: Máy thủy lực thiết kế máy ép thủy lực trụ thân kín nên ta chọn khung thân máy dạng hàn 2.4-Sơ đồ động máy ép thủy lực Ta chọn sơ đồ nguyên lý cho máy ép thủy lực 160 sau 10 Đồ án thiết bị dập tạo tình Dựa vào dãy tiêu chuẩn xi lanh trên, ta chọn đường kính xi lanh đẩy theo tiêu chuẩn  Đường kính : D2 = 125 mm  Đường kính ngồi : D2n = 150 mm  Đường kính cần lớn xi lanh: d2 = 70 mm  Kiểm nghiệm độ bền xi lanh : Trong trường hợp máy ép thủy lực xét, vỏ xi lanh chịu áp suất mặt Pa.Ta có cơng thức tính ứng suất vịng ứng suất hướng kính : σt = σr = σz = Trong đó:     a, b r σt , σr Pa : bán kính trong, ngồi vỏ trụ : bán kính xét ứng suất : ứng suất vịng ứng suất hướng kính r : ứng suất mặt vỏ trụ Thay số vào ta có :  Kiếm nghiệm xi lanh công tác : σt1 = =1280 (bar) =128 MPa 14 Đồ án thiết bị dập tạo tình σr1 = = -250 (bar) = -25 Mpa σz1 = → σtd1 =515 (bar) = 51, Mpa = 168 (Mpa ) So sánh kết ta thấy σtd < σth, thỏa mãn điều kiện bền  Kiểm nghiệm xi lanh đẩy : Thay giá trị vào công thức : a = 62, mm b = 75 mm r = 62, mm Ta thu kết : σt1 =1386, bar = 139 Mpa σr1 = -250 bar = -25 Mpa σz1 = 568 bar = 57 Mpa → σtd2 =142 Mpa So sánh kết -> thõa mãn điều kiện bền 3.1.3- Tính diện tích xi lanh:  Xi lanh cơng tác :  Diện tích xi lanh : 15 Đồ án thiết bị dập tạo tình F1 = = = 80425 (mm2) = 0, 080425 (m²)  Diện tích vành khăn : Fvk1= = =60319 (mm2)=0, 06032 (m2)  Xi lanh đẩy :  Diện tích xi lanh : F2= 0, 0123 (m ) = = 12266 (mm2) =  Diện tích hình vành khăn : Fvk2= = = 8419 (mm2) = 0, 00842(m2) 3.2- Tính lưu lượng:  Lưu lượng cần thiết xi lanh xuống nhanh hành trình khơng tải : Q1 = F1.v1 = 80425 120 =9651000 (mm/s)  Lưu lượng cần thiết xi lanh ép : Q2 = F1.v2 =80425 25 =2010625 (mm/s)  Lưu lượng cần thiết cho xi lanh lên nhanh hành trình khơng tải : Q3 = Fvk v3 =60319 60 = 3619140 (mm/s)  Lưu lượng dầu cần thiết cho xi lanh đẩy Qd1= Fd.vd = 12300 30 =369000 (mm/s)  Lượng dầu xi lanh công tác duỗi hết: 16 Đồ án thiết bị dập tạo tình V1=Fvk1 Hm= 60320 700 = 42224000 (mm3)  Lượng dầu xi lanh công tác co vào hết: V2 = F1.Hm = 80425 700 = 56297500 (mm3)  Lượng dầu xi lanh đẩy duỗi hết : V3 = Fvk2.Hd = 8420 200 = 1684000 (mm3) 3.3- Thiết kế sơ đồ thủy lực: Sơ đồ thủy lực: 17 Đồ án thiết bị dập tạo tình B A p B T p A B p T 10 H' H M 12 11 1.Bơm lưu lượng 2.Bơm áp suất 3, 4, 5.Van phân phối Xi lanh Xi lanh đẩy 8.Van chiều 9.Van chống lún 10 Các van an toàn 11 Xả cặn thùng dầu 12.Động 18 T Đồ án thiết bị dập tạo tình Giải thích sơ đồ : Đối với xi lanh : Chế độ không tải Hai bơm 1, hoạt động điền đầy dầu vào buồng xi lanh, cách điều khiển điện hai van Chế độ xuống nhanh Bơm lưu lượng giúp cho dầu qua van phân phối chính, dầu tràn vào buồng xi lanh, đồng thời dầu buồng rút ra, qua van phân phối trở thùng dầu Chế độ ép Chế độ có tải, bơm áp hoạt động đến áp suất làm việc Van chiều có tác dụng chặn đường dầu từ bơm lưu lượng để bơm thẳng dầu qua van an toàn trở thùng Áp lực dầu qua van phân phối lên buồng xi lanh, tạo áp lực ép xuống phôi Chế độ lên nhanh Chế độ lên nhanh thực ngược với chế độ xuống nhanh Van chống lún có tác dụng giữ đầu trượt q trình gá đặt lấy phơi b) Xilanh đẩy Chế độ đẩy sản phẩm Sau xilanh thực xong trình tạo hình, lúc xilanh đẩy bắt đầu hoạt động để thực trình đẩy sản phẩm khỏi cối.Nhờ bơm hoạt động, đồng thời điều khiển hai van 5, áp lực đẩy dầu bơm qua van phân phối xi lanh đẩy đến buồng xilanh đẩy để thực trình đẩy Đồng thời dầu từ buồng qua van phân phối trở thùng dầu Chế độ Dầu bơm ngược lại với trình đẩy 19 Đồ án thiết bị dập tạo tình 3.4.Chọn phần tử thủy lực: 3.4.1- Tính tốn chọn động cơ: Động có tác dụng truyền chuyển động quay cho bơm thủy lực yêu cầu Công suất : pmax Q e 210.120, 638 0, 65  0, 65  27, 45 600 600 (kW) N= Ta chọn động có thơng số sau :      Kí hiệu : DK.73-4 Cơng suất : 28kW Số vòng quay /phút: 1500 v/ph Hiệu suất làm viêc: 0, 88 Động có mặt bích, chân đế 3.4.2- Tính tốn chọn bơm thủy lực: Ta chọn loại bơm : - Bơm lưu lượng : bơm bánh Dung tích bơm : qv = = = 80, (cm3) Ta chọn loại bơm bánh có dung tích 100cm3  Kí hiệu :1PF2G42X/100RD07MH  Dung tích bơm :100cm3  Áp suất làm việc lớn : 340 bar Hình ảnh bơm bánh thường gặp: 20 Đồ án thiết bị dập tạo tình Hình 3.3 Bơm bánh thường gặp - Bơm áp suất : Bơm piston Chọn loại bơm có ký hiệu Rexroth A10VSO size 28 + Có lưu lượng qmax =125 l/ph + Áp suất lớn pmax= 400 bar 21 Đồ án thiết bị dập tạo tình Hình 3.4: Bơm piston Rexroth A10VSO Bơm piston thường gặp: 3.4.3- Bộ lọc : Lọc dùng để lọc chất bẩn, mạt bẩn trước dầu hút vào xilanh lọc dầu thùng Các thông số lọc :  Lưu lượng : 580 l/ph  Áp suất làm việc: 400 bar 3.4.4- Tính tốn chọn đường ống dẫn dầu: - Đường ống có tác dụng phân phối dầu, tạo liên kết phận hệ thống thủy lực 22 Đồ án thiết bị dập tạo tình - Tính tốn đường ống dựa vào tiết diện lưu thông đường ống tính tốn dựa sở tốc độ cho phép chất lỏng.Ống cần có độ bền cao, tính đàn hồi tốt.Các mối nối phải đảm bảo kín khít, khơng dị dầu tránh khơng khí từ ngồi lọt vào hệ thống.Các ống đường dầu áp lực làm thép chịu áp.Các mối nối thông thường làm kín khít gioăng cao su với đường thấp áp đồng đường cao áp - Chất lỏng công tác cho phép đạt tới vận tốc 10 m/s Ống dẫn vào xi lanh để thực trình ép Q2= 120, 638 (l/ph) Đường kính ống dẫn dầu : dc = = 16 (mm) Chọn đường kính ống 20 mm 3.4.5-Hệ thống làm mát Chọn hệ thống làm mát: SCA 2S/40/1.0/M/1: Chức : có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ dầu, nhiệt đồ dầu cao mức cho phép hệ thống tự động làm giảm nhiệt độ dầu 3.4.6- Thùng dầu Thể tích thùng dầu tính theo cơng thức: V= a.b.h Trong  a :chiều rộng thùng dầu  b :chiều dài thùng dầu  h :chiều cao thùng dầu Thực tế, thể tích V thùng dầu xác định sau : V = (3÷5) Qbơm = (3÷5).150000 = 450 ÷ 750 (l) = 0, 450 ÷ 0.750 (m3) 3.4.7- Tính toán lựa chọn van phân phối Chọn van phân phối dạng cửa vị trí điều khiển điện 23 Đồ án thiết bị dập tạo tình Áp suất làm việc van đảm bảo áp suất làm việc máy.Như vậy, ta chọn van có thông số kĩ thuật Plv Pmax Theo catalogue loại van thủy lực, ta chọn loại M-.SED , Size 10, Series 1X với áp suất làm việc Pmax = 315 bar 3.4.8- Tính chọn van an tồn Van an tồn van đảm bảo cho hệ thống không bị tải áp suất làm việc.Đảm bảo hệ thống an tồn, khơng bị phá vỡ đường ống, van hệ thống đến cấu trúc máy.Ta chọn van an tồn có thơng số : Pmax = 210 bar 24 Đồ án thiết bị dập tạo tình 3.4.9- Tính chọn van chống lún Van chiều có tác dụng giữ cho xi lanh đứng yên hành trình khơng tải, xuống nhanh xi lanh Áp lực làm việc lớn 210 bar 3.4.10- Tính chọn van chiều Van chiều có tác dụng khóa đường thủy lực từ bơm lưu lượng trình ép Như vậy, áp suất cho phép van chiều phải nhỏ áp suất làm việc Từ catalogue, ta chọn loại van chiều có thông số kĩ thuật : [Plv] Pmax = 210bar 3.5- Tính tốn thiết kế khung thân máy Khung thân máy ép thủy lực 160 theo thiết kế đề tài chia thành phần chính, gồm :khung máy bàn máy Các cụm lắp ghép với nhờ bu lơng (có chức kẹp chặt) then Các cụm hàn từ thép CT3 hay C30 với ứng suất bền đạt từ 370 ÷480 MPa Các kích thước than máy đo theo mẫu xưởng.Một số kích thước: - Thân máy :450m x 2600mm x 1300mm Đầu trượt : 950mm x 950mm x 230mm Bàn máy : 800mm x 800mm x110mm 25 ... Máy ép thủy lực không bị lực ép hạn chế.Có thể thiết kế cho lực ép lên trên, lực ép xuống dưới, lực ép ngang theo hướng theo u cầu cơng nghệ khn .Lực ép nhỏ, tạo lực ép cực lớn - Máy ép thủy lực. .. minh họa máy ép thủy lực 160T 1.3- Ứng dụng máy ép thủy lực trụ: -Máy ép thủy lực trụ sử dụng rộng rãi nhà máy, xí nghiệp khí để tháo, nắn thẳng, định hình, đột, ép loại vật liệu … Đồ án thiết bị... động máy ép thủy lực 160T B A p B T p A B p T T 10 H' H M 12 11 Hình 2.2 Sơ đồ thủy lực máy ép thủy lực 160T 11 Đồ án thiết bị dập tạo tình CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CHỌN LỰA CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC