Kỹ thuật thủy lực & khí nén: Thiết kế máy rèn khuôn song động

bài tập lớn môn học kỹ thuật thủy lực và khí nén đại học bách khoa thành phố hồ chí minh. Thiết kế máy rèn khuôn song động. •Máy hoạt động bằng thủy lực.•Đặt phôi lên bàn máy.•Xylanh trên mang khuôn hoạt động di chuyển nhanh xuống chạm vào máy thì di chuyển chậm thực hiện tạo hình cho phôi.•Xy lanh dưới sau khi thực hiện tạo hình xong, di chuyển đẩy sản phẩm lên khỏi bàn máy.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CHẾ TẠO MÁY  BÀI TẬP LỚN Đề 7: THIẾT KẾ MÁY RÈN KHUÔN SONG ĐỘNG GVHD: Lớp: Nhóm sinh viên thực hiện: STT Họ Tên MSSV TP Hồ Chí Minh, Ngày 31 tháng năm 2021 MỤC LỤC I Mô tả hoạt động máy Mô hoạt động máy 2 Xác định cấu chấp hành 3 Xác định cảm biến .3 Xây dựng giản đồ Grafcet máy II Xác định thông số kỹ thuật (thiết kế) III Thiết kế mạch thủy lực .8 IV Tính tốn mạch thủy lực 10 Tính tốn xylanh 10 Tính tốn bơm 11 Tính tốn ống .12 Chọn thông số van .12 Tính tốn thùng dầu 13 Bảng thông số .14 V Nhận xét mạch thủy lực 14 VI Mô 15 1|Page I Mô tả hoạt động máy Yêu cầu thiết kế:  Máy rèn khuôn thủy lực song động  Lực ép 500  Năng suất: 2400-3000 sp/giờ Mô hoạt động máy  Máy hoạt động thủy lực  Đặt phôi lên bàn máy  Xylanh mang khuôn hoạt động di chuyển nhanh xuống chạm vào máy di chuyển chậm thực tạo hình cho phơi  Xy lanh sau thực tạo hình xong, di chuyển đẩy sản phẩm lên khỏi bàn máy Video hình ảnh đính kèm Video 1.1: Máy ép thủy lực song động 2|Page Xác định cấu chấp hành  Xylanh trên: Hình 1.1: Xy lanh  Xylanh dưới: Hình 1.2: Xylanh Xác định cảm biến  Máy ép video sử dụng cảm biến quang Việc sử dụng cảm biến cho xy lanh thủy lực khiến tín hiệu trả piston di chuyển giúp điều khiển chúng cách dễ dàng tự động Xây dựng giản đồ Grafcet máy Chế độ tự động: 3|Page Hình 1.3: Giản đồ Grafcet máy 4|Page II Xác định thông số kỹ thuật (thiết kế) Để đạt 2400-3000 sp/giờ theo yêu cầu tương đương với 40-50 sp/phút, chu kỳ làm việc máy phải < 1,5 s Qua tham khảo ta chọn thông số kĩ thuật cho máy sau:  Lực ép danh nghĩa : pH = 500 = 5000 kN  Lực đẩy xylanh phụ: pxp = 250 = 2500 kN  Hành trình chính: h1 = 800 mm  Hành trình đẩy : h2 = 650 mm  Tốc độ xuống nhanh xylanh hành trình khơng tải: v1 = 2000 mm/s  Tốc độ xuống chậm xylanh hành trình có tải: v2 = 1000 mm/s  Tốc độ lên nhanh xylanh hành trình khơng tải: v = 2000 mm/s  Tốc độ xylanh phụ: v4 = 2600 mm/s Hành trình:  Đối với cụm xylanh piston : + Hành trình khơng tải với tốc độ nhanh 400 mm với vận tốc v1 + Hành trình cơng tác với tốc độ chậm 400 mm với vận tốc v2 + Thực hành trình với tốc độ nhanh với vận tốc v3  Đối với cụm xylanh đẩy : + Hành trình lên nhanh 650 mm với vận tốc v4 + Hành trình xuống nhanh 650 mm với vận tốc v4 Tính thời gian, vận tốc chu kì ép: Ta có: + Hành trình di chuyển xylanh chính: v1 = v3 = 2000 mm/s + Thời gian di chuyển xylanh chính: t1 = 400/2000 = 0,2 s t3 = 800/2000 = 0,4 s + Vận tốc hành trình ép: v2 = 1000 mm/s + Thời gian ép: t2 = 400/1000 = 0,4 s + Vận tốc hành trình đẩy: v4 = 2600 mm/s 5|Page + Thời gian đẩy: t4 = 650/2600 = 0,25 s Yêu cầu chu kì làm việc: Khi bắt đầu:  Xylanh phía xuống nhanh, sau gần tới bàn máy xuống chậm để tải lực 5000 kN  Sau ép xong, xylanh lên nhanh  Xylanh phụ phía đẩy lên đưa phơi ngồi Vậy chu kỳ làm việc 1,5 s (bao gồm thời gian di chuyển lên xuống xylanh) Biểu đồ đặt tính làm việc chu kỳ:  Biểu đồ lực F theo thời gian: Xylanh chính: Lực F (kN) 6000 5000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 11 12 13 14 15 Thời gian (.10-1s) 6|Page Xylanh phụ: Lực F (kN) 3000 2500 2500 2000 1500 1000 500 0 10 11 12 13 14 11 12 13 14 15 Thời gian (.10-1s)  Biểu đồ vận tốc theo thời gian: Xylanh chính: Vận tốc v (mm/s) 2500 2000 2000 2000 2000 1500 1000 1000 1000 500 0 10 15 Thời gian (.10-1s) Xylanh phụ: Vận tốc v (mm/s) 3000 2600 2500 2000 1500 1000 500 0 10 11 12 13 14 15 Thời gian (.10-1s) 7|Page III Thiết kế mạch thủy lực Nguyên lý làm việc:  Xylanh hoạt động di chuyển nhanh khơng tải đến vị trí S1 = 500 mm  Xylanh hoạt động di chuyển có tải (ép) 5000 kN đến vị trí S2 = 560 mm  Xylanh hoạt động di chuyển khơng tải đền vị trí ban đầu S0 =  Xylanh kết thúc hoạt động chuyển sang hoạt động xylanh phụ  Xylanh phụ di chuyển không tải (đẩy vật) đến vị trí S4 = 300 mm  Xylanh phụ di chuyển khơng tải (qua về) đến vị trí ban đầu S3 = Ta chọn mạch sau: Hình 3.1: Sơ đồ thủy lực máy 8|Page Ký hiệu: 1: Cụm máy bơm 2: Van 4/3 3: Van 4/n 4: Thùng dầu 5: Van áp suất 6: Đồng hồ đo áp suất 7: Van tiết lưu chiều 9|Page IV Tính tốn mạch thủy lực Tính tốn xylanh a Xylanh _ Lực ép danh nghĩa máy 500 = 5000 kN _ Áp suất làm việc chất lỏng 50 MPa _ Đường kính lớn xylanh: D = F = π p 4.5000.10 = 356,82 mm π 50  Chọn đường kính lớn lớn D1 = 360 mm _ Lưu lượng thực vận tốc v1, v3: π D Q =v = 2000 π 360 60 = 12214,5 lít/phút 10 _ Lưu lượng thực vận tốc v2: Q =v π D = 1000 π 360 60 = 6107,25 lít/phút 10 _ Áp suất ép: p= F π D = 5000.10 = 49,12 MPa π 360 _ Theo kinh nghiệm ta có: Đường kính nhỏ piston là: d1 = k.D1 với k=0,2 ÷ 0,5  d1 = (0,2 ÷ 0,5).360 = 72 ÷ 180 mm  Chọn d1 = 180 mm b Xylanh phụ _ Lực ép danh nghĩa máy 250 = 2500 kN _ Áp suất làm việc chất lỏng 50 MPa _ Đường kính lớn xylanh: 10 | P a g e D = F = π p 4.2500.10 = 252,31 mm π 50  Chọn đường kính lớn lớn D2 = 255 mm _ Lưu lượng thực vận tốc v4: Q =v π D _ Áp suất ép: p = = 2600 = π 255 60 = 7967 lít/phút 10 = 48,95 MPa _ Theo kinh nghiệm ta có: Đường kính nhỏ piston là: d1 = k.D1 với k=0,2 ÷ 0,5  d1 = (0,2 ÷ 0,5).255 = 51 ÷ 128 mm  Chọn d1 = 128 mm Tính tốn bơm Bơm dầu loại cấu biến đổi lượng , dung để biến thành động (dưới dạng áp suất dầu) Trong hệ thống thuỷ lực dùng loại bơm thể tích , tức loại bơm làm việc biến đổi lượng cách thay đổi thể tích hút,và giảm thể tích bơm đẩy dầu ra, thực chu kỳ nén.Nếu đường đẩy ta đặt vật cản (van), dầu bị chặn tạo nên áp suất định phụ thuộc vào độ lớn sức cản kết cấu bơm _ Áp suất bơm: p = 50 MPa _ Số vòng quay N = 4000 vịng/phút _ Cơng suất bơm với lưu lượng lớn nhất: 𝑃= 𝑄 𝑝 12214,5.50.10 = = 10178,75 𝑘𝑊 600 600 _ Thể tích riêng bơm: V = 10 Q 10 12214,5 = = 3053,625 lít/vịng N 4000 11 | P a g e Tính tốn ống Ống dẫn phận quan trọng nối liền cấu thủy lực khác hệ thống Chất lượng đường ống ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng làm việc hệ thống Ống dẫn dùng hệ thống dầu ép thường ống đồng ống thép Đường kính ống với p = 50 MPa: d = = , = 227,68 mm Vậy đường kính ống d = 250 mm _ Chiều dày ống dẫn s= p d 50.10 250 = = 125 mm 2[δ] 2.500.10 Với: [δ] = 500.105: ứng suất cho phép ống dẫn thép Vậy chiều dày ống s = 125 mm Chọn thông số van a Van 4/3  Loại van phân phối sử dụng loại van điều khiển điện từ; thuỷ lực; tay  Van phân phối cửa, vị trí điều khiển nút  Chọn van có lưu lượng lớn 20000 l/p áp suất làm việc 1000 bar b Van 4/n  Loại van phân phối sử dụng loại van điều khiển điện từ; thuỷ lực; tay  Van phân phối cửa, vị trí điều khiển nút tính hiệu hành trình  Chọn van có lưu lượng lớn 20000 l/p áp suất làm việc 1000 bar c Van áp suất  Là van đảm bảo cho hệ thống không bị tải áp suất Đảm bảo cho hệ thống an tồn, khơng bị phá vỡ đường ống, hỏng hóc van khác,…  Chọn van có áp suất cài đặt lớn để chịu tải 1000 bar, lưu lượng 20000 l/p 12 | P a g e d Van tiết lưu chiều  Là van điều chỉnh lưu lượng cung cấp cho xilanh Nó kết hợp với van chiều để đề phịng van tiết lưu bị kẹt có van chiều để đảm bảo cho thoát dầu áp  Chọn van có lưu lượng cho qua lớn 20000 l/p, áp suất làm việc lớn 1000 bar Tính tốn thùng dầu Tính tốn thùng dầu dựa vào tiêu sau:  Đảm bảo cung cấp dầu cho toàn hệ thống  Nhiệt độ dầu nằm khoảng cho phép: t0 < [ t0]=550C  Kích thước thùng dầu phù hợp để bố trí phần tử thủy lực mặt thùng dầu bên thùng dầu: + Thể tích dầu cịn lại trường hợp xilanh duỗi hết bảo đảm ngập đầu vào Thể tích khoảng 10000 lít + Mức dầu cao thùng thấp chiều cao thùng dầu 150 mm + Thể tích dầu thuỷ lực điền đầy vào khoang khơng có cần xilanh: 20000 lít + Thể tích dầu điền đầy hệ thống đường ống: 5000 lít + Dầu cần thiết: 10000 + 20000 + 5000 = 35000 lít + Lượng dầu cịn thùng xilanh duỗi hết: 1000 lít Từ ta chọn kích thước thùng dầu: Dài x Rộng x Cao = 5000 mm x 5000 mm x 1550 mm= 38750 lít 13 | P a g e Bảng thông số Bảng 6.1: Bảng thông số kỹ thuật máy ép: Xylanh (A) D1 = 360 mm d1 = 180 mm Xylanh phụ (B) D2 = 255 mm d2 = 128 mm Bơm N = 4000 vòng/phút VD = 3053,625 lít/vịng Ống d = 250 mm s = 125 mm Van 4/3 Qmax = 20000 lít/phút pmax = 1000 bar Van 4/2 Qmax = 20000 lít/phút pmax = 1000 bar Van áp suất Qmax = 20000 lít/phút pmax = 1000 bar Van tiết lưu Qmax = 20000 lít/phút pmax = 1000 bar Thùng dầu V 5000 mm x 5000 mm x 1550 mm Nhận xét mạch thủy lực  Mạch thủy lực điều khiển tay nút nhấn nên chu kỳ tính tốn  Mạch có cơng suất P lớn nên thực thủy lực cho máy hợp lý 14 | P a g e VI Mơ Hình 6.1: Mạch mô máy Một chu kỳ gồm bước:  Khởi động  Nhấn nút để điều kiển xylanh A  Nhấn nút để xylanh A di chuyển đạt vị trí S2  Nhấn giữ nút để xylanh A quay vị trí ban đầu S0  Nhấn nút để chuyển trạng thái chọn xylanh  Nhấn nút để điều kiển xylanh B  Nhấn nút để xylanh B thực hành trình từ S3 đến S4 quay trở S3  Nhấn nút để chuyển trạng thái chọn xylanh  Tắt máy 15 | P a g e ... hoạt động máy Yêu cầu thiết kế:  Máy rèn khuôn thủy lực song động  Lực ép 500  Năng suất: 2400-3000 sp/giờ Mô hoạt động máy  Máy hoạt động thủy lực  Đặt phôi lên bàn máy  Xylanh mang khuôn. .. hoạt động máy Mô hoạt động máy 2 Xác định cấu chấp hành 3 Xác định cảm biến .3 Xây dựng giản đồ Grafcet máy II Xác định thông số kỹ thuật (thiết kế) ... điều khiển chúng cách dễ dàng tự động Xây dựng giản đồ Grafcet máy Chế độ tự động: 3|Page Hình 1.3: Giản đồ Grafcet máy 4|Page II Xác định thông số kỹ thuật (thiết kế) Để đạt 2400-3000 sp/giờ theo