Hệ thống thủy lực trong máy dùng để điều khiển các chuyển động sau :
• Chuyển động chạy bộ kềm: điều khiển đưa bộ kềm chạy qua lại giữa 2 trạm kẹp ống keo và trạm thổi.
• Chuyển động đóng mở kềm : cần 1 lực rất lớn để di chuyển khuôn, kẹp phôi, giữ phôi trong quá trình thổi.
• Chuyển động lên xuống của đầu thổi : đưa đầu thổi xuống , sau đó giữ đầu thổi đè mạnh vào khuôn giữ phôi để bảo đảm quá trình thổi không bị rò rỉ khí, làm giảm chất lượng sản phẩm.
Page 35
Với các yêu cầu như trên, ta thiết kế mạch thủy lực điều khiển các chuyển động trên như sau:
Page 36
a) Mạch điều khiển đóng mở kềm
Hình 3.9 : Mạch điều khiển đóng mở kềm
Van số 2 là van điều khiển hướng tâm Y, định tâm bằng lò xo , điều khiển bằng điện hoặc dùng cơ. Khi có tính hiệu S1, dầu đi lên từ P lên B, đẩy xylanh đi ra, đóng bộ kềm lại. Khi xylanh đi gần tới cuối hành trình thì có tín hiệu S3 , dầu đi về qua van S3 bị chặn lại, dầu phải đi qua van tiết lưu 1 chiều số 4 làm cho vận tốc đóng kềm giảm xuống. Khi có tín hiệu S2, dầu đi từ P lên A, lúc này dầu bị hãm lại nhờ van tiết lưu 1 chiều số 5.
b) Mạch điều khiển đầu thổi
Page 37
Khi có tín hiệu S4, dầu đi lên đẩy đầu thổi đi xuống, lúc đi xuống, vận tốc đầu thổi được điều khiển bằng van số 8. Khi có tín hiệu S5, dầu đẩy đầu thổi đi lên nhưng không có hãm vận tốc. Xylanh có giảm chấn cuối hành trình đi về.
c) Mạch chạy bộ kềm ra vào
Hình 3.11 : Mạch điều khiển Xylanh chạy bộ kềm
Bộ kềm được điều khiển bằng van điều khiển hướng tâm đóng định tâm bằng lò xo, điều khiển bằng điện. Khi có tín hiệu S7, dầu đi lên điều khiển xylanh chạy ra, đẩy bộ kềm ra kẹp ống keo. Trong quá trình xylanh hoạt động, bộ kềm tác động vào van 14. Van 14 là van giảm chấn điều khiển bằng cơ. Khi đến cuối hành trình van 14 đóng lại hoàn toàn. Tương tự khi có tín hiệu S6, xylanh hoạt động tương tự.
d) Mạch bơm thủy lực
Page 38
Động cơ điện 18 điểu khiển bơm dầu 20, dầu qua màng lọc 19 vào bơm đi vào hệ thống. Van 1 chiều 17 nhằm ngăn dầu chảy ngược về bơm. Van giảm áp 16 cài đặt áp suất hệ thống vào khoảng 100 – 120 bar. Bộ lọc 21 lọc chất cặn bã từ hệ thống vể bể.
3.4.2 Tính toán bộ kềm
a) Tính lực kẹp cần thiết cho bộ kềm
Ta thu được các thông số quan trọng ở trên như sau: - Thể tích thổi : 1dm3
- Nhiệt độ khuôn: 500C
- Nhiệt độ gia công nhựa: 2100C
Theo công thức tính toán lực kẹp cần thiết cho máy thổi trang 545, tài liệu [5] , lực kẹp cần thiết là tổng của 2 lực, 1 lực kẹp chống lại lực thổi và 1 lực kẹp ở phần bavia.
Lực khí thổi :
VP = j. [. P,))) (tấn) Trong đó :
• S = 751cm2 = 116,4 in2 : diện tích thổi của sản phẩm
• P = 6 kg/cm2 = 85,3 lb/in2 : áp suất thổi.
• 2000 lb/ton : hệ số chuyển đổi VP =PP>,C. ,K.P,))) = 6,2 #ấ Lực kẹp bavia :
V = jl. [l. P,)))) (tấn) Trong đó :
• S’: diện tích phần bavia nằm trong khuôn. Ta có S’ = 129 x 238 = 30702mm2 = 307,02 cm2 = 47,6in2.
• P’: áp suất lb/in2. Đối với nhựa HDPE , áp suất nằm vào khoảng 600-700 lb/in2. Ta chọn P’= 650 lb/in2.
• 20000 lb/ton : hệ số chuyển đổi . V =C9,>.> ).P,)))) = 1,9 tấn!
Page 39
Lực kẹp của bộ kềm là
V′ = VP + V = 6,2 + 1,9 = 8,1 #ấ !
Để đảm bảo quá trình làm việc của bộ kềm không bị quá tải, ta cần tính thêm 25% lực kẹp cần thiết. Vậy lực kẹp cần thiết của bộ kềm là :
V = Vl. 1 + 0,25! = 10,125 #ấ !
b) Chọn xylanh và bộ thủy lực
Với lực kẹp cần thiết là 10,125 tấn, tức 101,25 kN , áp suất làm việc là 100bar, ta tính được đường kính pittông như sau:
o = p4. jq
Trong đó :
• S : diện tích mặt cắt ngang của pittông
j =V[ =101,2510C = 0,010125 = 101,25
o = rC.P)P, = 11,35
Dựa theo trang 3 catalogue Hydraulic cylinders của Rexroth , Bosch group ( bảng 5) ta chọn xylanh như sau:
Với áp suất làm việc là 100 bar, đường kính pittông là 113,5 mm, lực làm việc là 101,25 kN , ta chọn xylanh có đường kính pittông là 125mm, và lực làm việc của xylanh lúc này là 122,72 kN, thoả mãn các yêu cầu cần thiết. Với các loại khuôn nhựa hiện tại, kích thước khuôn theo chiều ngang thường là khoảng 350mm, ta chọn khoảng cách lớn nhất giữa 2 kềm là 550mm vì khoảng cách giãn ra để kẹp ống keo, khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 kềm là 240 mm.
Page 40
Hình 3.13: Bộ kềm
Từ hình ta thấy khoảng di chuyển của cả 2 khuôn là 310mm, khoảng cách này bằng với tổng hành trình L1 + L2 . Mà hành trình xylanh cần tính :
s = sP+ s = 310
Với hành trình trên, ta chọn xylanh có đường kính cần pittông là dc = 56mm, hành trình lớn nhất của loại pittông này là 525mm. Vậy lực đẩy về của xylanh là 98.1 kN
Để chọn loại xylanh có đầu nối phù hợp ta dựa vào bảng 6 trong catalogue :
Ta chọn loại B để dễ dàng gắn 1 đầu xylanh vào 1 nửa bên khuôn đầu còn lại sẽ được gắn với nửa khuôn còn lại.
Vậy loại xylanh cần chọn là CD 210 B125/56 với các thông số như sau :
• Xylanh 1 cần CD
• Áp suất làm việc lớn nhất là : 210 bar
• Loại xylanh là loại B có 1 đầu nối sẵn.
• Đường kính pittông là : d = 125 mm
• Đường kính cần pittông là : dc = 56 mm
• Hành trình lớn nhất xylanh : L = 525 mm
• Lực đẩy lớn nhất là : F = 122,72 kN
Page 41
• Khối lượng Xylanh : 54,7 kg
3.4.3 Tính toán chọn xylanh chạy bộ kềm.
Các thông số ban đầu để tính toán :
• Khối lượng của bộ kềm : khối lượng của bộ kềm bao gồm các khối lượng chính là khối lượng khuôn, khối lượng 2 bản kềm, khối lượng 2 thanh dẫn, khối lượng xylanh đóng mở kềm, khối lượng của đế bộ kềm.
- Khối lượng khuôn : tổng 2 nửa khuôn có thể tích là
V = 0,2.0,28.0,12 – Vchai = 0,00572 m3. Vậy khối lượng khuôn là mk = V.φ = 0,00572 . 7850 = 44,9 kg
- Khối lượng 2 bản kềm : khối lượng mỗi bản kềm là 10kg - Khối lượng 2 thanh dẫn : m’ = 2.m = 2.16,7 = 33.4 kg
- Với thể tích V = 0,002127 m3, ta tính được khối lượng của mỗi thanh dẫn: = t. u;= 0,002127.7850 = 16.7 hX
- Khối lượng của xylanh : 54,7 kg - Khối lượng bộ đế giàn kềm : 120 kg Tổng khối lượng cơ bản của 1 giàn kềm là
Y′ = 44,9 + 10.2 + 33,4 + 54,7 + 120 = 273 hX!
Để đảm bảo khối lượng tương đối của khuôn vì còn có những chi tiết nhỏ khác, ta lấy hệ số gia tăng là 25%. Vậy ta có khối lượng cần thiết để tính toán chọn là :
Y = Yl. 1,25 = 341,25 hX! Gia tốc của bộ kềm : $ =2# =2.0,51,5 = 0,44 / Lực quán tính của bộ kềm : Vv; = . $ = 341,25.0.44 = 150D Lực ma sát của bộ kềm : VwxN = D. ywx = 3412,5.0,2 = 682,5 D!
Lực ma sát trong xylanh : thường lấy bằng khoảng 10% tổng các lực còn lại VwxS = 0,1. z Vv;+ VwxN { = 0,1. 150 + 682,5 ! = 83,25 D!
Page 42
Tổng lực tác dụng lên xylanh chạy gian kềm :
V = Vv;+ VwxN+ +VwxS = 150 + 682,5 + 83,25 = 915,75 D!
Với áp suất làm việc là 75bar, tức 75kg/cm2 ta tính được diện tích lòng xylanh cần thiết :
=V/ =915,7575 = 12.21 Đường kính xylanh ta cần chọn :
o = p4.q = 3,9 !
Dựa theo catalogue trên, ta chọn xylanh như sau : chọn xylanh CD 210 R50/25 có các thông số như sau :
• Xylanh 1 cần CD
• Áp suất làm việc lớn nhất là : 210 bar
• Loại xylanh là loại E .
• Đường kính xylanh là : d = 50 mm
• Đường kính cần pittông là : dc = 25 mm
• Hành trình lớn nhất xylanh : L = 770 mm
• Lực đẩy lớn nhất là : F = 14,73 kN
• Lực đẩy về là : F’ = 11,04 kN
• Khối lượng Xylanh : 6,9 kg
3.4.4 Chọn bơm và động cơđiện
Ta chọn bơm theo lưu lượng và áp suất cần thiết cho hệ thống, lưu lượng bơm lớn nhất tại xylanh đóng mở kềm, ta sẽ tiến hành tính toán chọn bơm và động cơ dựa trên nó.
Thông số cần thiết :
• Áp suất làm việc của hệ thống là 100bar = 100 kg/cm2
• Vận tốc làm việc lớn nhất của bộ kềm là v = 310 ( mm/s ) Lưu lượng dầu vào xylanh để pittong đạt vận tốc cựa đại :
Page 43
]P = -16,7 . } =wW| 16,7 . q.310 504 = 36448,1 ~ K• = 21,6 /!€ Lưu lượng của bơm :
]L= ]P = 21,6 /!€ Công suất bơm :
DL =/612 =L. ]L 100.21,6612 = 3,53 hi
Công suất động cơ điện dẫn động bơm : D3S =HDL
3.HL Trong đó :
• DL : công suất bơm
• H3 : hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm, chọn H3 = 0,985 ( theo giáo trình “Chi Tiết Máy” , tập 2 của thầy Nguyễn Trọng Hiệp)
• HL : hiệu suất bơm ( 0,6 – 0,9 ) , ta chọn HL = 0,87.
D3S =0,985.0,87 = 4,12 hi!3.53
3.4.5 Tính toán hệ thống làm nguội
Để tính toán hệ thống làm nguội, trước hết ta cần tính nhiệt lượng trao đổi , sau đó dựa vào kết cấu khuôn sơ bộ , dựa vào thời gian chu kỳ khuôn tính ra thời gian làm nguội, từ đó tính toán lưu lượng cần thiết.
a) Tính lượng nước làm nguội:
Theo định luật bảo toàn năng lượngthì nhiệt lượng cần lấy đi khỏi khuôn để làm nguội sản phẩm phải bằng với nhiệt lượng nhận được của lưu chất qua hệ thống làm mát.
Page 44
Qnh= mnh . Cnh . (T1 – T2) = 0,0955 . 3,6 . (210– 50) = 55 KJ Trong đó:
• mnh = 0,0955 kg : Khối lượng chai
• Cnh = 3,6 kJ/kg.0C : nhiệt dung riêng của nhựa.
• T1 = 2100C : nhiệt độ chế biến của nhựa
• T2 = 500C : nhiệt độ khuôn. Nhiệt lượng do nước hấp thụ :
Qn= mn . Cn . (T3– T4) = mn . 4,17 . (50 –20) = 125,1mn KJ
Trong đó :
• mn khối lượng nước cần tìm
• Cn : nhiệt dung riêng của nước
• T3 : nhiệt độ khuôn
• T4 : nhiệt độ nước vào khuôn Phương trình cân bằng nhiệt :
Qnh = Qn
mn x 125,1 = 55
mn = 0,44 kg => t =wg
•g =BB ,9),CC = 0,000442 K = 0,442 l
b) Thời gian làm nguội khuôn :
Thời gian làm nguội được hiểu là thời gian từ lúc bắt đầu giữ áp cho khuôn cho tới lúc khuôn mở ra. Thời gian làm nguội được tính phụ thuộc vào các thông số sau :
• Loại nguyên liệu
• Chiều dày sản phẩm
• Nhiệt độ khuôn tk
Page 45
Trong các yếu tố trên thì yếu tố ảnh hưởng nhiều đến thời gian làm nguội là chiều dày thành sản phẩm và nhiệt độ khuôn. Còn nhiệt độ chế biến chỉ ảnh hưởng 1 phần nhỏ đến thời gian làm nguội.
Thời gian làm nguội được tính bằng công thức sau : # =q . . € } − €‚ ##x^ − #N
AU − #N =3,14 . 12,4. 100,1 . 0,955.0,85ƒC. € 2 − € 210 − 50 = 3,9 !55 − 50
Trong đó:
• =•.\_
„ : độ khếch tán nhiệt
• Q = 12,4. 10ƒC cal/s.cm.0C : độ dẫn nhiệt của nhựa
• u = 955,4_aw… : khối lượng riêng của nhựa HDPE
• †^ = 0,85a.SwSWJ… : nhiệt dung riêng của nhựa
• ‚ = 0,1 cm : bề dày thành sản phẩm
• tsp = 550 C : nhiệt độ sản phẩm
• tkh = 500C : nhiệt độ của khuôn
• tnh = 2100C : nhiệt độ chế biến của nhựa
• A = 2 : hằng số thay đổi theo hình dáng sản phẩm
=> # = 3,14 . 12,4. 100,1 . 0,955.0,85ƒC. € 2 − € 210 − 50 = 3,9 !55 − 50
c) Lưu lượng nước giải nhiệt :
‡ = t# . 60 =0,4423,9 . 60 = 6,8/ℎ € Trong đó : V : thể tích nước cần để giải nhiệt
t: thời gian làm nguội
Page 46
3.4.6 Thiết kếđầu đùn :
Sau khi được nung nóng từ bộ đùn, nhựa sẽ đi qua bộ phận đầu đùn để tạo ra ống keo nhựa. Bộ phận này sẽ quyết định hình dạng và kích thước của ống keo, hay kích thước sản phẩm, chất lượng sản phẩm phụ thuộc khá lớn vào bộ phận này.
Nhựa nóng được đẩy vào bên trong đầu đùn nhờ sự xoay của trục vít. Sau đó nhựa bị thay đổi hướng từ ngang sang dọc. Bên trong đầu đùn, nhựa chảy qua xung quanh 1 cái lõi, nơi nó được tạo hình thành ống keo. Chất lượng của hỏa tiễn và đầu đùn nhìn chung là đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng của sản phẩm .
Hình 3.14 : Cấu tạo đầu đùn
Tâm lõi đầu đùn được điều chỉnh độ đồng tâm so với chén nhờ các vít điều chỉnh. Sơ đồ điều chỉnh như sau.
Page 47
Hình 3.15 : Cấu tạo bộ điều chỉnh chén béc đầu đùn
3.5 Hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén là 1 bộ phận quan trọng trong máy thổi. Hệ thống khí nén tác động chủ yếu trục tiếp đến sản phẩm, từ giai đoạn tạo ống keo, cho đến tạo hình. Điều khiển khí nén hợp lý tác động đến hiệu suất, chất lượng của sản phẩm.
Các quá trình sử dụng khí nén trong máy được mô tả như sau :
- Thổi ống keo trong quá trình đùn xuống để bảo đảm cho ống keo luôn ở dạng ống , không bị dính vào nhau mới bảo đảm được quá trình kẹp và thổi, miệng ống keo không bị dính vào nhau sau khi cắt.
- Điều khiển dòng khí thổi tạo hình với 2 giai đoạn: thổi sơ bộ : thổi với áp suất khí khá thấp để đảm bảo áp suất phân bố đều ra toàn khoang tạo hình mà vẫn bảo đảm dòng khí không làm cho 1 chỗ nào trên sản phẩm bị lỗi ; thổi tạo hình: dòng khí được thổi với áp suất cao nhằm bảo đảm hình dạng của sản phẩm chính xác với khoang tạo hình.
- Điều khiển chuyển động của dao cắt : vì dao cắt ống keo thì cần ít lực nhưng lại phải nhanh nên ta chọn điều khiển bằng khí nén.
Page 48
- Hình 3.16: Sơ đồ mạch khí nén
Trong các quá trình trên, ta sẽ tính toán 2 quá trình cần khí nén nhiều nhất để chọn bộ nén khí. 2 quá trình là thổi tạo hình và điều khiển dao cắt.
Theo tài liệu (1), trang 98, ta có áp suất khí cần để tạo hình cho vật liệu HDPE là 5,6kg/cm2 tức 5,6 bar.
Trong đó :
• 1: Máy nén khí
• 2: Van điều khiển hướng bằng điện.
• 3: Van xả nhanh
• 4: Tiêu âm
• 5,10: Van 3/2 : điều khiển bằng khí nén , cuộn dây solenoid và bằng cơ. Điều khiển dòng khí thổi.
• 6,9,11: Van tiết lưu 1 chiều điều chỉnh được: tác dụng điều khiển vận tốc hoặc lưu lượng khí đi ra.
• 7,8 : Van cài đặt áp suất có xả áp.
• 12: Xylanh khí nén. Hoạt động :
• Thổi ống keo : dòng khí đi ra từ máy nén khí qua cụm van 7,8 sau đó vào van tiết lưu 9 và thổi vào ống keo. Áp suất và lưu lượng khí thổi được điều chỉnh qua van số 9.
Page 49
• Thổi sơ bộ : sau khi ống keo được kẹp lại giữa 2 khuôn, đầu thổi đi xuống