1. Các xylanh được ghép song song
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 37 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
(Hình 2.7) là một mạch rất hay đƣợc sử dụng, nó cho thấy cách để hai xylanh giống nhau có thể đƣợc đồng bộ vận tốc bằng cách lắp đặt đƣờng ống song song đến chúng. Tuy nhiên, thậm chí nếu hai xylanh giống nhau, cũng cần phải có tải trọng lên hai xylanh nhƣ nhau để chúng duỗi ra đồng thời, co về cùng nhịp. Nếu các tải trọng không thực sự nhƣ nhau ( thực tế thƣờng nhƣ vậy) thì xylanh có tải trọng nhỏ hơn sẽ duỗi ra trƣớc vì nó di chuyển ở áp suất thấp hơn. Sau khi xylanh này duỗi hết hành trình của nó, áp suất trong hệ thống sẽ tăng lên đến mức cao hơn đƣợc yêu cầu để duỗi xylanh có tải lớn hơn. Trong thực tế thì không thể có hai xylanh thực sự nhƣ nhau, do sự chênh lệch về ma sát trong xylanh khi chúng hoạt động. Chỉ riêng điều này cũng đã ngăn cản sự hoạt động nhƣ nhau của hai xylanh.Trong thực tế, nếu không yêu cầu cao thì một số trƣờng hợp có thế nối cứng hai đầu cần với nhau.
2.Các xylanh được ghép nối tiếp
Sơ đồ nguyên lý đƣợc chỉ ra nhƣ trên hình dƣới đây (Hình 2.8) cho thấy rằng ghép hai xylanh nối tiếp là các đơn giản để đồng bộ hai xylanh. Ví dụ, trong hành trình duỗi của các xylanh, dầu từ bơm đƣợc đƣa đến khoang không có cán của xylanh 1 (XL1) qua van phân phối.
Khi XL1 duỗi, dầu từ đầu có cán của nó đƣợc đƣa đến khoang không có cán của xylanh 2 (XL2). Đƣơng nhiên toàn bộ hai xylanh và toàn bộ đƣờng ống giữa các xylanh đƣợc điền đầy dầu. Dầu từ phía có cán của XL2 qua van phân phối trở về thùng khi nó duỗi ra. Đế hai xylanh đƣợc đồng bộ, diện tích piston của XL2 phải bằng độ chênh lệc diện tích giữa piston và cán của XL1. Điều này ta có thế thấy đƣợc từ phƣơng trình liên tục là lƣu lƣợng chất lỏng đi ra từ phía cán cảu XL1 phải bằng lƣu lƣơng dầu đi vào XL2.
Ta có: Q ra (XL1) = Q vào (XL2).
Vì Q = A.v, trong đó A là diện tích làm việc mà dầu chảy qua, nên:
(Ap1 –Ar1).v1 = Ap2.v2. (2.1)
Trong đó:
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 38 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Ar1: Diện tích mặt cắt ngang cán của xylanh 1
Ap2: Diện tích lòng trong hay diện tích quả piston xylanh 2 Để đồng bộ thì v1 = v2, nên ta có: Ap1 –Ar1 = Ap2
Hình 2.8.Các xy lanh được ghép nối tiếpsẽhoạt động đồng bộ
Phải chắc chắn rằng áp suất làm việc trong hệ thống ta cài đặt phải bằng áp suất cần thiết để piston của XL1 thắng tải trọng tác dụng lên cả hai xylanh khi đang duỗi. Theo định luật Pascal thì áp suất ở khoang có cán của XL1 sẽ bằng áp suất ở khoang không có cán của XL2.
Phƣơng trình lực tác dụng lên XL1sẽ nhƣ sau:
p1.Ap1 p– 2. (Ap1 –Ar1) = F1 (2.2) Phƣơng trình lực tác dụng lên XL2 sẽ nhƣ sáu:
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 39 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Mặt khác: Ap2 = Ap1 –Ar1 (*) và p3 = 0 (do thông với thùng dầu). Ta có kết quả:
p1.Ap1 = F1 + F2 (2.4)
Phƣơng pháp này cho thấy nhƣợc điểm là XL1phải đƣợc thiết kế để đảm bảo chắc chắn rằng sẽ thắng đƣợc tải trong F1 + F2.
2.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy ép th y ủ lực
Đối với máy ép th y l c th ng ng ta chia ra thành 2 giai ủ ự ẳ đứ đoạn:
+ Giai đoạn 1: (hình 2.9) Đầu i n x ng tép đ từ trê uố hực hiện ch nức ăng ép. Ở giai đoạn này d i tác d ng c a ƣớ ụ ủ áp suất t y l c do m hủ ự bơ cung cấp phía lên trên a đĩ piston, anh th truyền có g ắn đầu s dép ẽ ịch chuyển ra ngoài c ụ thể ở đ ây thanh là truy n d ch ề ị chuy x ng phía d i. ển uố ƣớ Khoảng cách dịch chuyển c a thanh ủ truy n ph u c vào ngu n áp l c c a dòng th y l c do m cung p, iề ụ th ộ ồ ự ủ ủ ự bơ cấ ch ều dài của thanh truy n và tác ng óng m cề độ đ ở ủa cơ cấu điều khi n ể chính.
Hình 2.9. Giaiđoạ 1 củan máy ép.
Van điều i enoid giai o này, c khểnSol ở đ ạn trụ chính dƣới tác d ng c a ụ ủ từ trƣờng s ẽ d chuyịch ển sang trái, lúc này cổng P n i thông v i c ng B ố ớ ổ để đƣa chất l ng vào ỏ
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 40 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
xy lanh, ng t i cđồ hờ ổng A s ông i c ng T a ch l g vẽ th vớ ổ đƣ ất ỏn ề thùng ứch a thông qua bộ lọc tinh.
+ Giai đoạn 2: (hình 2.10) Đây giai o u là đ ạn đầ ép đƣợc nh tr v v ban ấc lên ở ề ị trí đầu. T ng ƣơ tự nh giai ƣ ở đoạn 1 d i dƣớ tác ng c a áp s do b m cung ụ ủ uất ơ cấp lên phía m dặt ƣới c a piston làm thanh truy n chuy n ng phía ủ đĩa thì ề ể độ lên trên mang theo đầu ép.
Hình 2.10. Giaiđoạ 2 củan máy ép
Van Solenoid giai ở đoạn này, c trụ chính d i c ng c a ƣớ tá độ ủ từ trƣờng s dẽ ịch chuyển sang phía phải, này clúc ổng P s ẽ đƣợc n i thông v i cố ớ ổng A a ch để đƣ ất l ng vào trong xy lanh, ng ỏ đồ thời c ng T s ổ ẽ đƣợ nốc i thông v i c ng B ớ ổ để đƣa ch l ng v ất ỏ ềthùng chứaqua bộ lọ và bộ giải nhiệtc .
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 41 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
2.5. Tính toán thiết kế các phần tử thủy lực
2.5.1.Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết bộ phận
1.Tính toán cụm piston- xy lanhthủy lực
Trong ph này, chúng ta s i tìm hi v b ph ng chuy n ần ẽ đ ểu ề ộ ận tác độ ể động tịnh tiến, ó là: xy lanh - piston, ng c đ độ ơtịnhtiến, động cơ tuyến tính.
a.Nhiệm ụ củ v a xy lanh piston–
Biến đổi năng lƣợng áp suất của chất lỏng thành cơ năng. Có 3 dạng bộ phận tác động: - Bộ phậntác động chuy n ể động tịnh tiến - xy lanh thủ ựy l c.
- Bộ phậntác động chuy n ng qua - ng c th l ể độ y Độ ơ ủy ực. - Bộ phậntác động bán quay (gi i h n góc quay). ớ ạ
b. Các thành phần cơ bả n c a ủ xy lanh-piston ( Hình 2.11)
Hình 2.11. Các thành p n hầ cơ n bả của xy lanh - piston.
Xy lanh piston – là cụm ộb phận cố đị nh cơ bản chính của máy thử uốn, piston đƣợc lắp kín khít bên trong xy lanh, nó chuyển ng tđộ ịnh tiến qua lại bên trong xy lanh theo chu kì nhờ áp lực làm việc của dầu thủy lực. Piston th nƣờ g đƣợ nốc i v ới thanh truy n ề trong một số máy cần chuyển đổi từ chuyển động tịnh sang chuyển động quay và ngƣợc lại. Tuy nhiên, trong ệ ốh th ng th y l c, ủ ự thanh truyề đƣợn c n i ố
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 42 - GVHD: TS. Trần Văn Địch với piston để nhận động năng từ pis và yton tru ền lên mẫu thí nghiệm, c ng ũ có trƣờng ợ h p không dùng thanh tru yền piston tác động trực tiếp lên tải, lúc này piston thƣờng đƣợc g i ọ tên là thanh y hay đẩ trụ đẩy. Phía xy lanh có thanh truyền nhô g i ra ọ là‟‟đầ thanh‟‟u và phía không có thanh tru n gyề ọi là ‟‟ ầu ắp‟‟đ n
* u tCấ rúc thanh truyền piston:
Hoạt động với cả 2 phần trong và ngoài bu ng xy lanh. Ph mồ ần ặt ngoài ủ c a thanh truy n ề cần ph phải ẳng, ứng c và vòng đai phải kín. Tính chống mòn cần ph ải đƣợc chú ý đến. Ng i ta thƣờ ƣờng p ủh 1 l p crôm l ớ ên các m bề ặt c a thanh truy n, ủ ề tuy nhiên l p crôm này b d ng ong, nó s ớ có thể ị rổ ạ tổ ẽ tạo điều ệ ki n cho v h iệc ấp thụ ơ h i n c vào ƣớ nơi ấ y và cu i ố cùng d n nguyên nhân oxy hóa. Trong môi ẫn đế trƣờng nƣớc khắc nghiệt, ng i ta th ng s ng ép ƣờ ƣờ ử dụ th đƣợc ph 2 l p crôm và ủ ớ niken. Thông th ng dày c a l p ph ÷150ƣờ độ ủ ớ ủ từ 40 μm, thỉnh oth ảng cũng sử dụng thép chống gỉ để thay thế. Để khắc phục những khiếm khuyết của vật liệu kim loại ngƣời ta phủ lên nó một lớp ceramic.
c. Phân loại xy lanh-piston
a) b)
Hình 2.12. Xy lanh - Piston tác động đơn
a. Xy lanh - Piston trụ đẩy đi lên;
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 43 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Xy lanh-Piston tác ng n hình 2.12 độ đơ ( ):
Lo này c a n p v a là c a x chung trong xy lanh và piston ch sinh theo ại có ử ạ ừ ử ả ỉ m t ộ chiều chuyể độn ng. Khi dầu t y l c hủ ự đƣợc b m vào xy lanh, piơ ston (hay trụ đẩy) sẽ chuy ng s công. Piston sểnđộ và inh ẽ t ởr về v ban ịtrí đầu do t ọng lƣợr ng c a ủ t hay do l c ải ự đẩy ủc a xo và dlò ầu b ịép trở v bình ch ề ứa.
♦Xy lanh-Piston tác ng kép (hđộ ình 2.13):
Trong xy lanh-piston tác động kép, piston sinh công theo c sẽ ả 2 chiều tị nh tiến. D u th y l sầ ủ ực ẽ vào, ra trong xy lanh ở cả 2 bên piston vì v ậytrên c ả 2 đầu xy lanh đều ccó a nử ạp và c a xử ả. Sự l u ng c a dƣ độ ủ ầu t y lhủ ựcđƣợ điềuc i n b i van 1 khể ở chiều hoặc bơm thủy l c ự đảo iềch u.
Hình 2.13. Xy lanh - Piston tác động kép
♦Xy lanh-Piston kiểu ậc b (hình 2.14):
Chi dài c xy lanh-piston ng chều ủa là tổ iều dài ủ c a thanh òn, bđ ề dày ủ c a piston, đáy, đỉnh và chiều dài c a ủ thanh truyền. Kiểu xy lanh-piston này đƣợc s d ng ử ụ trong tr ng p h ch v ƣờ hợ ạn ế ề chiều dài c a máy. ủ Hầu ết h xy lanh-piston ki ểu ậc b đều tác động n. đơ
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 44 - GVHD: TS. Trần Văn Địch Hình 2.14. Xy lanh - . Pistonkiểu bậ c
♦ Xy lanh-Piston kiểu pluger: (hình 2.15)
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 45 - GVHD: TS. Trần Văn Địch Lo xy lanh-piston này không piston ho piston không kín v xy lanh. Xy lanh ại có ặc ới ch dùng ỉ nhƣ xy lanh đẩy, đ ề i u này s d ẽ ẫn đến piston m i quan h v b dàcó ố ệ ề ề y v i ớ thanh truyền.
d. Tính ch n xy lanh-piston ọ
Trong ngành ch mế tạo áy hay s ng các xy lanh trên áy và trên ép ử dụ có bệ đỡ đ mặt bích. ệ đỡ ủ B c a xy lanh trên đáy h p n u xét là ợ lý ế từ khía cạnh bđộ ền, bởi vì trong trƣờng h p nà lo ợ y, sẽ ại trừ đƣợ ức ng su do u n thành xy lanh i ph ất sự ố bở ản lực của b ệ đỡ trên mặt bích. Ngoài ra thành của xy lanh không ch u các ng su t sẽ ị ứ ấ kéo theo chiềutrục.
Thông th ng khi b xy lanh ƣờ có ệ đỡ trên áy s làm ph c thêm đ ẽ ứ tạp kết cấu của máy tép, ăng kh i ố lƣợng và kích th c c a nó. vƣớ ủ Vì ậy trong ngành chế tạo máy ép, đƣợ ử ụn ộc s d g r ng nhrãi ất xy lanh là các có bệ đỡtrên m bích. ặt (hình 2.16).
Hình 2.16.Các thành phần của xy lanh
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 46 - GVHD: TS. Trần Văn Địch chính: Vùng hình trụ A; vùng mặt bích đỡ B; vùng áy (hay vùng vòm) C. Do vùng đ hình tr khá l n so i vùng ụ ớ vớ đáy và vùng m bích cho nên có ặt đỡ thể coi n ƣ ốh ng dày và đƣợc tính theo công th c Lame. ứ
N u nh chế ƣ ỉ có suáp ất trong dtác ụng lên xy lanh,ở trên thành c a xy lanh ủ có các ứng suấtsau:
- Ứng s ất ƣớu h ng kính:
(3.1) - Ứng s ất tiếp tuyến:u
(3.2) - Ứng s ất theo chiềuu trục do ảnh hƣởng ủ đ c a áy:
(3.3) - Trong ó: đ σt > σz > σr.
Ứng suất l n ớ nh xu hi ất ất ệntrên bề m trong c xy lanh ặt ủa (r = rB).
Th eo thuyết ăng ƣợ n l ng v b n, ng su tề độ ề ứ ất ƣơng đƣơng đƣợc xác định theo phƣơngtrình sau:
(3.4) Ứng suất l n ớ nh ất e max trên thành bên trong:
(3.5) Ứng suất cho phép đƣợc xác định từ biểu ứ th c:
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 47 - GVHD: TS. Trần Văn Địch (3.6) Trong ó: đ
στ - gi i h chớ ạn ảy khi kéo;
n - h s b n d bệ ố ề ự trữ ền theo gi i h n ch ớ ạ ảy. T ó ta có: ừ đ 3 H B r r p (3.7)
Trị s ố ứng suất cho phép [σ] đố với i xy lanh úc 80÷100MPa; i v xy lanh rèn đ là đố ới b ng th .3 .35%C) 110÷150MPa; ằ ép (0 ÷0 là đối với rèn bằng thép h p kim ợ (1.5÷2%Ni) là 150÷180Mpa.
Ta xác định ự ƣơ s t ng quan gi a và p khi ữ [σ] đƣờng kính ngoài c a xy lanh ủ sẽ là nhỏ nh ất.Ta có:
PH = πrB2 (3.8)
Với PH l c ự định ứm c do xy lanh tạora T ó ta có: ừ đ
H
B P
r
p (3.9)
Thay vào b th c riểu ứ H ta s ẽ nhận đƣợc b thiểu ức sau:
3 H H B P r r p p (3.10)
Từ đó ta tính đƣợc giá trị áp suất tối ƣu pOT và rm i n nhƣ sau:
min 1,5. PH
r ;
2 3
OT
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 48 - GVHD: TS. Trần Văn Địch Trong đó:
[σ] ứng suất cho phép- ; rB- đƣờng kính trong xy lanh, rH - đƣờng kính ngoài xy lanh).
Khi ch n sọ áp uất của chấ ỏt l ng công tác, c phần ải chú ý ng, khi s p n g rằ trị ố tiế ần tới pOT (b t m t su nào ó) s s g không áng kích thắt đầu ừ ộ áp ất đ ẽ có ự iảm đ kể ƣớc c a xy lanh khi ủ tăng áp su . ất
Vì vậy ng i ƣờ tathƣờn lg ấy: p = (0.70÷0.75) pOT
Và áp su ất p đƣợc g i là áp su h p lý. ọ ất ợ
Các công t c Lame úng i hứ đ đố với tiết diện ủ c a xy lanh n m khá xa c ằ ác đoạn mà ở đó có s thay i i dày c a thành xy lanh. T ự đổ ch ều ủ ại các tiết diện ủ c xy lanh a nằm gần ặt m bích ho ặc nằm gần ph vòm cong s xu h ng su p ần ẽ ất iệncác ứ ất hụcótrị s g bố ần ằng ng su cácứ ấttính theo các công Lame. Vìvậy, kích th c ƣớ thành xy lanh ở vùng vòm và vùng mặt bích đƣợc ch n theo mọ các ối quan h kinh nghiệ ệmtừ thực