tích.
2.5.1 Xác định thông số cơ bản của xy lanh
Tính đường kính piton tính toán của xy lanh :
max xl 4.F D .p. (2.1) Trong đó:
Fmax - là lực tạo ra max ở đầu cần piston (N). p - là áp suất của hệ thống thủy lực (bar).
ηxl = 0,93÷0,97 - Hiệu suất cơ khí – thủy lực của xylanh. Tính đường kính cần Piston :
Đường kính cần piston d thường được chọn : - Khi p ≤ 1,5 Mpa thì d D = 0,3 ÷ 0,5 - Khi p ≤ 1,5 ÷ 5,0 Mpa thì d D = 0,5 - Khi p ≥ 5,0 Mpa thì d D = 0,7
Bảng 2.1: Tiêu chuẩn hóa của đường kính piton và cần piton
Lưu lượng cần cấp cho xy lanh :
Q f.v (2.2)
Trong đó :
Q - là lưu lượng cần cấp cho xy lanh (l/min).
f - là diện tích tác dụng của xy lanh (đối với hành trình tiến hay lùi). v - là vận tốc cần piston (mm/s).
2.5.2 Lựa chọn dầu thủy lực
Dầu thủy lực là chất lỏng có tác dụng truyền tải áp suất và truyền chuyển động trong hệ thống thủy lực, đồng thời dầu còn giúp bôi trơn các chi tiết chuyển động, chống lại lực ma sát, làm kín bề mặt các chi tiết, giúp giảm thiểu rò rỉ, loại bỏ cặn bẩn và giúp làm mát hệ thống.
Các yêu cầu đối với dầu thủy lực : - Có đặc tính bôi trơn tốt.
- Có độ nhớt phù hợp.
- Có tính chống mài mòn tốt. - Có đặc tính chống bọt khí tốt.
- Ngăn hòa tan nước.
Có rất nhiều yêu cầu chất lượng khác nhau đối với dầu thủy lực nhưng quan trọng nhất trong số đó là độ nhớt của dầu không thay đổi nhiều với sự thay đổi của nhiệt độ.
Ngoài ra, độ nhớt của dầu cũng là một thông số quan trọng trong việc lựa chọn dầu. Theo tiêu chuẩn ISO. Ví dụ VG32, VG46, VG68. Trong đó, chữ số gọi tên dầu chính là độ nhớt động học danh nghĩa được đo ở nhiệt độ 40oC và nhiệt độ làm việc lý tưởng của dầu thủy lực trong phạm vi 40 ÷ 60oC bởi trong phạm vi này độ nhớt của dầu khá ổn định.
Việt Nam là vùng có khí hậu nhiệt đới nên độ nhớt dầu thủy lực phổ biến hiện nay hay dùng là 32 hoặc dầu 46.
2.5.3 Lựa chọn các loại van thủy lực trên hệ thống2.5.3.1Van phân phối. 2.5.3.1Van phân phối.
Một số điểm cần chú ý khi lựa chọn van phân phối:
- Áp suất và lưu lượng lớn nhất của van được lựa chọn theo áp suất và lưu lượng lớn nhất của bơm nguồn hoặc cơ cấu chấp hành thủy lực kết nối với van phân phối.
- Độ chờm của van: độ chờm âm, độ chờm dương và độ chờm không.
- Lựa chọn kiểu van: Van phân phối dạng đĩa, van phân phối con trượt, van phân phối dạng xoay, van phân phối tỉ lệ hoặc tổ hợp van hai cửa….
- Kiểu điều khiển van: điều khiển tay, điều khiển thủy lực, điều khiển điện, điều khiển khí nén, điều khiển điện- điện tử…
- Sơ đồ nguyên lý thủy lực kết cấu, kiểu điều khiển van. - Đặc tính lưu lượng - áp suất của van.
2.5.3.2Van an toàn.
Van an toàn trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích có nhiệm vụ khống chế áp suất lớn nhất của hệ và bảo vệ bơm và các thiết bị thủy lực không bị quá tải.
Khi chọn van an toàn cần lưu ý các thông số:
- Áp suất mở van & lưu lượng lớn nhất của van được lựa chọn theo áp suất và lưu lượng lớn nhất của bơm nguồn, cơ cấu chấp hành thủy lực hoặc một phần mạch kết nối với van điều chỉnh áp suất.
- Các loại van an toàn: van một cấp, van hai cấp, van điều khiển thủy lực, van điều khiển điện, van điều khiển từ xa…
- Kết cấu lõi van (nút van): dạng cầu, côn, trụ, bậc, … và nó quyết định đến đặc tính làm việc của van và vị trí ứng dụng của nó.
- Các đặc tính của van: đặc tính áp suất – lưu lượng, đặc tính phản hồi tác động theo thời gian, …
2.5.3.3Van chống lún.
Van chống lún có nhiệm vụ giữ áp suất hệ thống và giữ tải chống dịch chuyển cần piston do lực đàn hồi của vật liệu ép hoặc tải trọng ngoài.
2.5.3.4Van một chiều
Van một chiều có nhiệm vụ ngăn dòng lưu lượng chất lỏng ở chiều ngược lại. Nó chỉ cho chất lỏng đi qua theo một chiều.
2.5.4 Tính toán thủy lực đường ống
Có 2 loại ống dẫn dầu đang được sử dụng hiện nay: Ống dẫn dầu cứng và ống dẫn dầu mềm. Mỗi loại ống dẫn đều có những tính năng sử dụng riêng biệt.
- Ống dẫn dầu cứng : Có ưu điểm chắc chắn, gọn gàng và dễ dàng cố định trên thân máy, tuổi thọ làm việc cao. Tuy nhiên, ống cứng cần được uốn chính xác theo sơ đồ kết nối các phần tử thủy lực trong không gian, các đầu nối ống cần được siết chặt và cố định chắc chắn tránh các hiện tượng tự nới lỏng do rung động khi máy làm việc.
- Ống dẫn dầu mềm : Có ưu điểm dễ dàng lắp đặt và ít chịu ảnh hưởng bởi hiện tượng rung động, nhưng tuổi thọ của ống thấp, ống khó cố định gọn gàng chắc chắn vào khung máy.
Đường kính của đường ống được tính theo công thức sau : 4.Q d .v (2.3) Trong đó:
Q - là lưu lượng qua tiết diên ống, cũng chính là lưu lượng cần cấp cho xi lanh (l/ph).
v - là vận tốc dầu qua tiết diện ống (m/s). Đường ống hút : v = 0,5 ÷ 1,5 (m/s) Đường ống đẩy : - Nếu p < 50 bar : v = 4 ÷ 5 (m/s) - Nếu p > 50 ÷ 100 bar : v = 5 ÷ 6 (m/s) - Nếu p > 100 bar : v = 6 ÷ 7 (m/s) Đường ống xả : v = 2 ÷ 2,5 (m/s)
Đối với ống dẫn mềm, chiều dài của ống dẫn phải đảm bảo ống dẫn không bị kéo căng hoặc uốn cong với bán kính cong nhỏ
Đường kính d của ống được tiêu chuẩn hóa, còn độ dày thành ống phụ thuộc vật liệu chế tạo ống và áp suất dầu chảy trong ống.
Bảng 2.2: Tiêu chuẩn đường ống dẫn dầu thủy lực
2.5.5 Tính toán lựa chọn bơm thủy lực và động cơ
Tổn thất áp suất của bơm :
b yc max
p p p (2.4)
Trong đó :
p - tổn thất áp suất trong hệ thống. pycmax - áp suất yêu cầu lớn nhất.
Tổn thất lưu lượng :
b lv lv
Q (1,1 1,2).Q Q Q (2.5)
Trong đó:
b
Q - lưu lượng bơm. Q
- lưu lượng rò rỉ trong hệ thống.
Tổn thất áp suất trên hệ thống là :
1 2
p p p (2.6)
Trong đó :
p1 - là tổn thất qua van phân phối.
p2 - là tổn thất qua đường ống bao gồm cả tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ. 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1 2 2 2 2 1 2 3 1 2 3 .L .v . .L .v . .L .v . p . .(v v v ) 2.d 2.d 2.d 2g Trong đó :
ρ - Khối lượng riêng của chất lỏng. Ρ = g.γ = 850 (kg/m3). L - Chiều dài của đường ống.
v,d - vận tốc và đường kính của đường ống. Hệ số tổn thất dọc đường : λ
Hệ số λ phụ thuộc vào hệ số Rây nôn.
1 1 1 1000.v .d Re 2 2 2 1000.v .d Re 3 3 3 1000.v .d Re 1 1 64 Re 2 2 64 Re 3 3 64 Re
2.5.5.1Tính toán thông số sơ bộ bơm, chọn kiểu bơm:
b b dc Q q n (2.7) Trong đó :
Qb – Lưu lượng bơm.
nđc - Số vòng quay của động cơ. Tính chọn động cơ điện
Công suất của hệ thống : p.Q N (kW) 612 (2.8) Trong đó:
Q - Lưu lượng của bơm. p - Áp suất hệ thống.
2.5.6 Lựa chọn pin lọc dầu
Khi lựa chọn pin lọc, cần chú ý các thông số như: lưu lượng, độ tinh lọc, áp suất làm việc, chênh lệch áp suất, loại dầu làm việc. Tùy nhu cầu và điều kiện làm việc của hệ mà chọn phin lọc.
Bố trí pin lọc phải thuận tiện cho việc tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa, để khi tháo pin lọc không phải tháo các bộ phận khác.
Chênh lệch áp suất cho phép của phin lọc chọn như sau:
- 1,05÷1,4 at ( đối với phin lọc áp suất cao có van áp suất kèm theo ) - 1,05÷1,9 at (đối với phin lọc áp suất cao không có van áp suất kèm theo) - 0,35÷0,7 at ( đối với phin lọc trên đường hồi )
Đối với phin lọc có độ bền cao thì áp suất không vượt quá 6 at.
2.5.7 Tính toán bể dầu cho hệ thống
Xác định và tính kích thước bể chứa dầu: - Gọi kích thước chiều rộng bể là a (m) - Gọi kích thước chiều dài bể là b = k1.a (m) - Gọi kích thước chiều cao bể là H = k2.a (m)
Với điều kiện mực dầu lớn nhất trong bể (h) không vượt quá 0,8.H, nên ta có thể tích V sẽ là:
V a.b.H (2.9) Trong đó:
k1, k2 là các hệ số tỉ lệ.
Thông thường k1 = 1÷3, k2 = 1÷2
2.5.8 Chọn mối nối thủy lực
Các mối nối ống dẫn cũng rất đa dạng bởi tiêu chuẩn loại ren, bề mặt làm kín và tính năng của đầu nối : đầu nối chuyển hướng, đầu nối chuyển tiếp giữa hai ống có đường kính khác nhau, đầu nối chữ T, chữ thập, đầu nối giữa ống dẫn và thiết bị.
2.5.9 Đồng hồ đo áp suất
Đồng hồ áp suất thủy lực được sử dụng để theo dõi áp suất của hệ thống thủy lực, qua đó có thể phát hiện sự bất thường của hệ thống và điều chỉnh kịp thời.
Hệ thống thủy lực có thường có độ rung cao. Để tránh ảnh hưởng này, hệ thống nên sử dụng đồng hồ áp suất có dầu để hạn chế rung đồng hồ, giúp người vận hành dễ quan sát giá trị đo.
2.5.10 Rơ le áp suất
Rơ le áp suất làm việc dựa vào sự tác động của áp suất dầu lên nòng piton, lò xo hoặc màng chắn bố trí trong rơ le áp suất. Tác động này sẽ tạo ra chuyển động thẳng hoặc quay của các cơ cấu tay đòn, ngược chiều chuyển động của lò xo, làm đóng hoặc ngắt những tiếp điểm điện.
Những lưu ý khi bạn chọn rơ le áp suất: - Áp suất làm việc lớn nhất.
- Dải điều chỉnh của rơ le áp suất.
- Tín hiệu dòng điện và điện áp sử dụng.
2.5.11 Bộ làm mát dầu thủy lực
Nhiệt được sinh ra trong các hệ thống thủy lực vì không có thiết bị nào có thể hoạt động hiệu suất 100%. Các nguồn nhiệt được sinh ra bao gồm bơm, van an toàn, van phân phối và các loại van điều khiển lưu lượng. Nhiệt độ có thể làm cho nhiệt độ dầu thủy lực trong hệ thống vượt quá phạm vi hoạt động bình thường của nó từ 45 độ C đến 65 độ C. Nhiết độ nóng quá mức thúc đẩy sự ô xy hóa dầu thủy lực và làm cho dầu trở lên loãng. Điều này đẩy mạnh sự thoái hóa của các phớt làm kín, các đệm lót và làm gia tăng mài mòn giữa các bộ phận lắp khít với nhau ở các thiết bị thủy lực như van, bơm, xylanh, động cơ thủy lực.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN MÁY ÉP CHỮ H 150 TẤN
3.1 Tính toán, lựa chọn các phần tử
3.1.1 Lựa chọn áp suất danh nghĩa cho hệ thống TĐTLTT
Để kết cấu của hệ thống nhỏ gọn hơn ta chọn áp xuất của hệ thống cao một chút. Cụ thể ta chọn áp suất làm việc của xy lanh này cũng như của toàn bộ hệ thống là P = 200 bar.
Một số thông số kĩ thuật yêu cầu của máy ép 150T như sau: - Áp suất toàn bộ hệ thống : p = 200 bar = 20 (Mpa)
- Lực ép đầu cần piston : F = 150 Tấn = 150.103.10 = 15.105 (N) - Thời gian thực hiện hành trình tiến : t1 = 30s
- Thời gian thực hiện hành trình lùi : t2 = 20s - Hành trình : S = 600 mm
- Chế độ làm việc : êm
Từ thông số này ta bắt đầu đi tính toán và thiết kế hệ thống thủy lực.
3.1.2 Tính toán và lựa chọn xy lanh thủy lực
Xy lanh kiểu pittong là xylanh tác dụng 2 chiều, có khả năng tạo ra lực nén gia công khi áp suất chất lỏng tác dụng ở mặt trên và có thể trở về khi áp suất chất lỏng tác dụng ở phía dưới của piston. Nên ta lựa chọn xy lanh kiểu piston.
Hình 3.1: Kết cấu xy lanh thủy lực.
Tính đường kính piton của xylanh
Tính đường kính piton tính toán của xylanh theo (2.1) :
max xl 4.F D .p. Trong đó:
Fmax - là lực tạo ra max ở đầu cần piston (N) p - là áp suất của hệ thống thủy lực (bar)
ηxl = 0,93÷0,97 - Hiệu suất cơ khí – thủy lực của xy lanh Suy ra đường kính piton của xy lanh là:
max xl 4.F D .p. = 5 5 15.10 2. 3,14.200.10 .0,97 = 0,31 (m) = 310 (mm) Ta chọn đường kính piton xylanh là: D = 320 (mm). Đường kính ngoài của xylanh là 394 mm.
Tính đướng kính cần Piston
Đường kính cần piston d thường được chọn theo : Khi p ≥ 5,0 Mpa thì
d
D = 0,7. d = D.0,7 = 320.0,7 = 224 mm
Vậy chọn đường kính cần piston là: d = 220 (mm) Kiểm nghiệm Piston
Từ công thức tính đường kính xylanh ta có lực ép :
max xl 4.F D .p. => 2 5 2 xl p. .D . 200.10 .3,14.0,32 .0,97 F 4 4 = 1559450 (N) Sai lệch thông số ban đầu
F 1559450 1500000
.100 .100 3,96%
F 1500000
Sai lệch này có thể chấp nhận được.
Diện tích làm việc của xy lanh phía không cần là:
2 2 lv .D 3,14.0,32 S 0,08 4 4 (m2) Áp suất làm việc: lv v F 1559450 P 19493125 S 0,08 (N/m2) = 195 (bar) Ta chọn xy lanh có D = 320 (mm) và d = 220 (mm).
Lưu lượng cần cấp cho xy lanh
Ta cần tính toán lưu lượng cấp cho xylanh trong hệ thống vì căn cứ vào kết quả này ta mới tính chọn được bơm nguồn thích hợp.
Lưu lượng cần cấp cho xylanh được tính theo công thức (2.2) như sau: Q f.v
Q - là lưu lượng cần cấp cho xy lanh (l/min).
f - là diện tích tác dụng của xy lanh (đối với hành trình tiến hay lùi). v - là vận tốc cần piston (mm/s).
- Tốc độ cần piton trong hành trình tiến là :
1 1 s v t
Do đó, lưu lượng cần cấp cho xy lanh trong hành trình tiến là :
2 2 1 1 1 .D s 3,14.3,2 6 Q f.v . . 4 t 4 30 = 1,6 (dm3/s) = 96 (l/p)
- Tốc độ cần piston trong hành trình lùi về là :
2 2 s v t
Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình lùi về là :
2 2 2 2 2 2 2 .(D d ) s 3,14.(3, 2 2,2 ) 6 Q f.v . . 4 t 4 20 = 1,27(dm3/s) = 76 (l/p) Nhận thấy Q1 > Q2, dó đó lưu lượng của bơm nguồn phải chọn theo Q1. Từ các thông số D = 320 mm, d = 220 mm.
Ta chọn xy lanh thủy lực của Rexroth CHD1 MF3
Hình 3.3: Thông số diện tích, lực và lưu lượng của xy lanh
3.2 Lựa chọn dầu thủy lực
Dầu làm việc trong hệ thống TĐTLTT thường là các loại dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp.
Bảng 3.1: Cấp độ nhớt của một số loại dầu thủy lực.
Dựa vào tính chất đặc thù và môi trường làm việc của máy ép. Ta chọn dầu thủy lực Total Azolla ZS 32 vì có một số tính năng sau :
- Đặc tính bôi trơn tốt, Độ nhớt phù hợp.
- Đặc tính chịu mòn tốt, Hạn chế sự ăn mòn tốt.
- Đặc tính chống tạo bọt khí khi khởi động và vận hành máy. - Ngăn nước và tạp chất từ bên ngoài tác động vào bên trong máy.
- Thành phần chính của dầu thuỷ lực 32 là dầu gốc khoáng, chiếm đến 80% đến 90% Các chất phụ gia có trong dầu như chất phụ gia tăng khả năng chống ăn mòn, tăng khả năng chống mài mòn, tăng khả năng chịu nhiệt,