Lựa chọn một số thiết bị cho hệ thống thủy lực

a) Xy lanh, Piston thủy lực

38 Ø243 Ø256+0.2 9 16 228 274 4xØ15 365 Ø307 16 4xØ15 6xM6 Ø301 Ø307 46 14° 240+0.2 60° 71 123 143 26 398 Hình 3.5. Bản vẽ chế tạo xylanh

39 Ø100 11+0.2 182 Ø240 Ø150 148 4xM6 15 M6 220 180 4xM6 Ø220 Ø240 180 Ø240 220 Hình 3.6. Bản vẽ chế tạo Piston b) Chọn bơm dầu

Bơm dầu là lượng cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành động năng (dưới dạng áp suất của dầu). Trong hệ thống dầu ép chỉ dùng loại bơm thể tích, tức là loại bơm chỉ thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích của các buồng làm việc. Khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra, thực hiện chu trình nén .

Với tính tốn như trên ta cĩ:

- Áp xuất cần thiết là: p= (250-320) bar

- Lưu lượng lớn nhất cần cung cấp là : = 54 lít/phút Đặc điểm các loại bơm như sau:

- Bơm bánh răng: Rẻ tiền, cấu tạo đơn giản, bền nhưng hiệu suất thấp, lưu lượng cố định, khơng thay đổi được, áp lực làm việc thấp

- Bơm cánh gạt: Rẻ tiền, cấu tạo đơn giản, bền. Hiệu suất thấp, lưu lượng chỉ thay đổi được trong phạm vi hẹp, áp lực làm việc thấp.

- Bơm Piston hướng trục: thường dùng cho trường hợp cần tạo áp lực rất cao, nhưng lưu lượng yêu cầu thấp.

- Bơm Piston đồng trục: thiết kế rất đa dạng, lưu lượng thay đổi dễ dàng, thuận tiện cho việc điều khiển tự động cơng suất theo phụ tải.

40

Với yêu cầu như trên ta cần loại bơm cĩ lưu lượng lớn, áp suất khơng cần cao.Ta chọn loại bơm cánh gạt vì được dùng rộng rãi do cĩ sự ổn định về lưu lượng và hiệu suất thể tích cao, lưu lượng bơm cĩ thể thay đổi bằng cách thay đổi bộ lệch tâm.

Ta tính được cơng suất cần thiết của bơm như sau:

Q.p 54.35

H 3,15(kW)

600 600

  

Với các yêu cầu đĩ ta chọn mua loại bơm cánh gạt cĩ ký hiệu: YO2C do hãng Yuken (Nhật Bản) sản xuất với các thơng số như sau:

- Áp suất cung cấp : 50 bar - Lưu lượng tối đa:100 lít/phút - Cơng suất:10 kW

Hình 3.7. Bơm cánh gạt c) Chọn van an tồn và van tràn

Ký hiệu :

-Van an tồn: Dùng để đề phịng quá tải trong hệ thống dầu ép . Khi áp suất dầu trong hệ thống vượt quá mức điều chỉnh van an tồn mở ra để đưa dầu về bể dầu, do đĩ áp suất giảm xuống

41

Nhiều khi van an tồn cịn giữ nhiệm vụ giữ áp suất khơng đổi trong hệ thống dầu ép.Trong trường hợp này van an tồn đĩng vai trị của van áp lực hoặc van tràn, để xả bớt lượng dầu thừa về bể dầu .

- Van tràn: làm việc thường xuyên hơn van an tồn, nên cần chú ý đến độ chịu mịn giữa các bề mặt khép kín. Mặt khác vì làm việc liên tục nên độ kín của nĩ khơng cần cao hơn van an tồn .

Sự khác nhau chủ yếu của hai loại van này là ở chỗ van tràn tự động điều chỉnh để giữ áp suất khơng đổi trong hệ thống dầu ép. Cịn van an tồn thì chỉ mở để dẫn dầu ra khỏi hệ thống, khi trong hệ thống bị quá tải chức năng của chúng cĩ khác nhau nhưng thực tế cĩ kết cấu giống nhau nên chúng cĩ thể thay thế cho nhau được.

Cấu tạo van

Hình 3.8. Cấu tạo van an tồn 1: Lị xo1 5: Pitton

2: Lị xo2 6: Tiết diện chảy 3: Bi 7: Lỗ tiết lưu 4: Vít vặn điều chỉnh 4 1 3 2 5 P2 P3 6 7 P1

42

Nguyên lý làm việc

Khi dầu theo mũi tên vào van phía dưới và phía trên của Piston (5) đều cĩ áp suất dầu. Khi áp suất dầu chưa thắng được lực lị xo (1), thì áp suất P1

và áp suất P2 ở trên Piston bằng nhau do đĩ Piston đứng yên. Nếu áp suất tăng lên P3 sẽ mở ra, dầu sẽ qua Piston lên van bi chảy về bể dầu. Khi dầu chảy do sức cản của lỗ tiết lưu (7) nên P2<P1tức là 1 hiệu áp P=P1-P2 được hình thành giữa phía dưới và phía trên của Piston làm cho nĩ di động về phía trên, dầu sẽ theo các rãnh (6) về bể dầu. Lúc này cả hai van đều làm việc

Nếu áp suất giảm, van bi sẽ đĩng lại, hiệu áp P=0,lị xo (2) sẽ đưa Piston về phía dưới của van.

Hiệu áp P phụ thuộc vào kích thước lỗ tiết lưu (7) và lưu lượng qua lỗ tiết lưu. Áp suất được điều chỉnh của van càng chính xác nếu lưu lượng qua van bi càng nhỏ .

Loại van này làm việc êm, khơng cĩ chấn động áp suất điều chỉnh trong phạm vi rất rộng (5 63bar) hoặc cao hơn .

Đặc tính quan trọng của van là sự thay đổi áp suất điều chỉnh P1 khi thay đổi lưu lượng Q. Sự thay đổi này càng ít, van làm việc càng tốt .

d) Chọn van tiết lưu Ký hiệu :

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, do đĩ điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép.

Van tiết lưu cĩ thể đặt ở đường đầu vào và đường đầu ra của cơ cấu chấp hành .

Van tiết lưu gồm hai loại điều chỉnh dọc trục và điều chỉnh quanh trục đối với hệ thống ta chọn van tiết lưu phải đảm bảo .

43

- Điều chỉnh lưu lượng chính xác - Ổn định khi điều chỉnh lưu lượng bé

- Đơn giản, đảm bảo thẩm mỹ của kết cấu máy.

Do đĩ ta chọn van tiết lưu cho hệ thống là van tiết lưu điều chỉnh quanh trục

Cấu tạo van: 1

Hình 3.9. Cấu tạo van tiết lưu

1. Chốt tiết lưu ; 2. Rãnh tiết lưu. ; 3. Lỗ dẫn dầu ra ngồi Nguyên lý làm việc

Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục, điều chỉnh lưu lượng bằng cách xoay chốt tiết lưu (1) quanh trục của nĩ với một gĩc từ (01800). Rãnh tiết lưu cĩ dạng hình tam giác, phay quanh mặt trụ của chốt (1). Dầu được dẫn từ ngồi vào, qua rãnh tiết lưu(2)và (3) bên trong chốt tiết lưu để ra ngồi.

f) Van một chiều Ký hiệu :

Van một chiều là cơ cấu chỉnh hướng, dùng để điều khiển dịng chất lỏng đi theo một hướng, và ở hướng kia thì dầu ép bị ngăn lại. Trong hệ thống dầu ép van một chiều thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau, tuỳ thuộc vào mục đích khác nhau.

Q1,P1

1

2

Q2, P2

44

Cấu tạo van :

1 2 3 4 5 6

Hình 3.10. Cấu tạo van 1 chiều 1. Vít vặn điều chỉnh 4. Vỏ 2. Lị xo 5. Cửa ra 3. Con trượt 6. Cửa vào

Nguyên tắc hoạt động :

Áp suất đi vào cửa (6). Nếu áp suất lớn thắng được lực lị xo(2)dẫn đến dầu ra khỏi van theo cửa (5).

Lị xo tác dụng lên con trượt (3) thường được thiết kế tương ứng với 1bar

g) Thùng dầu

Thùng được thiết kế với đáy thùng nghiêng để dễ tháo dầu và cĩ gắn kèm van tháo dầu. Thùng chứa dầu được sơn phủ bằng loại sơn chịu được dầu thuỷ lực và mơi trường.

45

Kết cấu của thùng dầu:

Hình 3.11. Cấu tạo thùng dầu

1. Động cơ điện 6. Phía xả 2. ống nén 7. Mắt dầu 3. Bộ lọc 8. Đổ dầu 4. Phía hút 9. Ống xả 5. Vách ngăn

Sơ đồ bố trí các cụm thiết bị cần thiết của bể cấp dầu cho hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực.

Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc (5). Khi mở động cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào một ngăn khác.

Dầu thường đổ vào bể qua một cửa (8) bố trí trên nắp bể lọc và ống hút bộ lọc (9) được đặt vào gần sát đáy bể chứa. Cĩ thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7).

Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch. Sau một thời gian làm việc định kỳ (tuỳ theo mức độ cụ thể ở từng máy cũng như các chế độ làm việc ở từng nhà máy cụ thể) bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thay mới. Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm)

46

người ta thường gắn vào một van tràn để điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an tồn cho đường ống cấp dầu.

h) Chọn loại dầu

Việc chọn lựa loại dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố dựa vào một số nguyên tắc chọn lựa như sau:

Đối với hệ thống làm việc với áp lực cao cần chọn dầu cĩ độ nhớt cao, với vận tốc cao cần chọn độ nhớt thấp. Ngồi ra cần chú ý đến các điểm cơ bản sau:

- Đối với hệ thống thuỷ lực thực hiện chuyển động thẳng :

- làm việc với áp suất (2030 bar) và vận tốc > 8m/phút thường chọn dầu cĩ độ nhớt từ (1120 ) .10-6 m2/s tương ứng với dầu cơng nghiệp12 và 20.

- Đối với hệ thống làm việc với áp suất lớn hơn 175bar ta chọn dầu cĩ độ nhớt từ (100200) .10-6m2/s

- Đối với hệ thống làm việc với áp suất từ (2070)bar dùng dầu cĩ độ nhớt từ (2040) .10-6m2/s

- Đối với hệ thống làm việc với áp suất từ 70<P<170bar chọn dầu cĩ độ nhớt từ (6070) .10-6m2/s

- Đối với hệ thống làm việc trong khoảng nhiệt độ tương đối rộng (2070)0C thì dùng dầu cĩ độ nhớt từ (2530) .10-6m2/s

- Trường hợp yêu cầu phải đảm bảo độ chính xác truyền động cao trong phạm vi nhiệt độ rộng thì dùng dầu tổng hợp Siliccon.

- Từ những nguyên tắc trên ta chọn loại dầu cĩ độ nhớt từ (2530).10-6m2/s nĩ phù hợp với điều kiện làm việc của máy nhiệt độ dầu khoảng 400C

47

Bảng 3.1 Thơng số dầu thủy lực Độ nhớt Nhiệt độ bùng cháy min 0C Nhiệt độ đơng đặc Tỷ lệ cốc % max Độ axit Mg KoH/g Tỷ lệ T0 max Giới hạn T0 làm việc Khối lượng riêng Kg/m3 Đo bằng E0 50 Đo bằng Cst Đo bằng m/s 3,814,59 2733 (2733).10-6 180 -15 0,3 0,2 0,007 1050 866916 3.3. Tính tốn, thiết kế hệ thống khí nén

3.3.1. Tính tốn, thiết kế hệ thống khí nén cho máy ép gạch 3.3.2. Xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén 3.3.2. Xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén

Ta xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén cho máy ép gạch theo sơ đồ tiêu chuẩn Din như sau:

Từ đĩ ta cĩ sơ đồ hệ thống khí nén như sau:

Van đảo chiều,Van tiết lưu….

Van logic,Role thời gian

Van đảo chiều,Cảmbiến

Máy nén khí và thiết bị xử lý Cơ cấu chấp hành Xylanh,động cơ

Phần tử điều khiển

Phần tử xử lý tín hiệu

Phần tử tạo tín hiệu

48 tc 40 10 -0 3 tr 3 000 -0 3 tg u 6 3 700 Kh u« n tr ¸ i tg u 6 3 800 Kh u« n ph ¶ i tg u 1 0 0 100 tr 3 000 -0 3 tg U 6 3 700 tg U 6 3 800 tg U 1 0 0 100 (SL:02 ) tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 bes n-03 ( S l :0 6 ) tg 2531- 1 0

49

Nguyên lý làm việc:

- Khí được qua bộ lọc TC 4010 – 03 ( kiêm tiết lưu) - Qua van phân phối TG2531 -10 để đến khuơn trái

- Nhờ vào hệ thống điều khiển điện khí nén được đi vào xylanh TGS 60x800 để kéo xe khuơn vào vị trí làm việc.

- Sau khi thực hiện quá trình ép sản phẩm, thì khí nén được chuyến đến TGS 100x100 nâng thành khuơn dưới.

- Tiếp đến khí nén được chuyến đến TGS 60x700 để đẩy bệ dỡ sản phẩm ra và lấy sản phẩm, rồi được kéo về vị trí cũ, khí nén chuyển đến TGS 100x100 để hạ thành khuơn về vị trí cũ.

- Sau khi hạ thành khuơn, khí nén được đưa vào TGS 60x800 để đẩy xe khuơn về vị trí tiếp phơi liệu.

- Sau khi khuơn trái được về vị trí tiếp phơi liệu, van phân phối TG2531- 10 chuyển khí nén sang khuơn phải.

- Hệ phân phối khí của khuơn phải lúc này tương tự với hệ thống phân phối của khuơn trái ở trên.

3.3.3. Tính, chọn các phần tử khí nén

Tính chọn xy lanh khí nén

Lực đẩy:

Lực đẩy phát sinh khi xylanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đường kính xylanh và lực ma sát của các đệm.

Lực đẩy lý thuyết được xác định theo cơng thức sau: = A.P

Trong đĩ:

– lực đẩy lý thuyết (N)

A – Bề mặt làm việc của piston (cm2)

P- Áp suất cung cấp (kPa, 105N/m2, bar, 14,5 psi)

Thực tế, lực đẩy lý thuyết cĩ sai số so với lực đẩy thật. Để xác định lực đẩy thật, cần tính đến các sai số do sức cản, ma sát. Trong các điều kiện làm việc bình thường (phạm vi áp suất 400 – 800 kPa, 4 – 8 bar), cĩ thể giả định lực ma sát bằng 3 ÷ 20% lực đẩy lý thuyết.

50

Lực đẩy thực tế như sau: + Xy lanh tác động kép:

- Hành trình thuận: = A.P – - Hành trình ngược: = A’.P – trong đĩ:

: lực đẩy thực tế (N)

A : bề mặt làm việc của piston ( ):A= . /4

A’ : bề mặt làm việc của piston, phía cĩ cần (cm2): A = π.( – )/4 : lực ma sát, bằng 3 ÷ 20% (N)

D : đường kính xylanh (cm) d : đường kính cần piston (cm).

Ta tính chọn cho xy lanh làm nhiệm vụ kéo và đẩy xe mang khuơn.

Theo catalog của hãng STNC (chuyên sản xuất các thiết bị khí nén và thủy lực) ta chọn các xy lanh cĩ ký hiệu :

TGU 63x 800(cĩ D = 63 mm,d =20 mm) TGU 63x700(cĩ D = 63 mm,d =20 mm) TGU 100x100(cĩ D = 100 mm,d =24 mm)

51

Ta xác định lực đẩy lý thuyết:

Lực đẩy lý thuyết là lực phải thắng được trọng lượng xe khuơn. Dựa vào phần mềm AutoDesk Inventor sau khi đã vẽ 3D mơ hình cụm xe khuơn ta cĩ thể xác định được khối lượng của cụm xe khuơn như hình sau:

Hình 3.13. Khối lượng xe khuơn Khối lượng xe mang khuơn  270 (kg)

Từ đĩ ta cĩ P = 270x10= 2700(N)

Lực đẩy lý thuyết phải thắng được trọng lượng của xe mang khuơn nên ta cĩ > P

52

Từ đĩ ta chọn : = 4500 (N) Tiết diện bề mặt làm việc của piston là :

2 6,3 3,1416. 31,2 4 A  ( ) =3120( )

Để xylanh cĩ thể đẩy được xe khuơn thì lực đẩy cần lớn hơn trong lượng xe. Nên ta cĩ thể tính áp suất tối thiểu cần cung cấp cho xylanh khí nén là:

p = Với = Flt.k = 4500.0,01 = 45(N) (k=0,01 hệ số ma sát lăn) Áp suất cần thiết : 45 2 p 14423(N / m ) 0,00312   =0,145 bar

Tiết diện bề mặt làm việc của piston phía cĩ cần là: = π.( - )/4

=3,1416.( - )/4 = 28,03 ( )

Lực ma sát : = (3÷20%) ta chọn = 20% = 0,2.4500 = 900 (N) Từ đĩ ta tính được:

Lực đẩy thực tế của hành trình tới (thuận): = A.P – = 4500 – 500 = 3600(N)

- Lực đẩy lý thực tế của hành trình về (ngược):

= A’.P – = 0,00283.12,82. –900 = 3182 (N)

Kết luận: Lực đẩy thực tế ở cả hành trình thuận và hành trình ngược đều đảm bảo lớn hơn trọng lực P nên cĩ thể làm việc dễ dàng.

b) Chọn máy nén khí

Áp suất và lưu lượng khơng khí cung cấp là những tiêu chuẩn chính để chọn máy nén khí. Máy nén khí cĩ thể phân theo các loại như sau:

53

- Máy thể tích: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đĩ thể tích của buồng chứa sẽ thay đổi. Như vậy theo định luật Boyle - Mariotte áp suất trong buồng chứa thay đổi theo, ví dụ : như máy nén khí kiểu Piston, bánh răng, cánh gạt.

- Máy động năng: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đĩ áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra khí nén với lưu lượng và cơng suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lí này, ví dụ : như máy nén kiểu li tâm.

Chọn máy nén khí kiểu piston nhiều cấp với nguyên lý làm việc như sau:

Hình 3.14. Cấu tạo máy nén khí

Khơng khí sau khi qua bộ phận lọc khí (1) được nén ở thân máy nén khí