Theo kiểu đe đ-ợc sử dụng, máy búa đ-ợc phân thành máy búa có đe cố định và máy búa có đe chuyển động đ-ợc về phía bộ phận động. Máy búa có đe chuyển động đ-ợc gọi là máy búa không bệ đe.
Máy búa với đe cố định có nh-ợc điểm quan trọng là: tác động va đập của bộ phận động truyền qua móng máy xuống nền đất làm cho nền đất dao động và làm rung nhà x-ởng và các thiết bị xung quanh. Do đó vào cuối thế kỷ XIX ng-ời ta đã xây dựng loại
Nguyên lý làm việc của máy búa không bệ đe đ-ợc thể hiện trên hình 2.15. Hai đầu tr-ợt trên 1 và d-ới 2
chuyển động về phía nhau. Trong nhiều kết cấu khối l-ợng của hai đầu tr-ợt đ-ợc làm bằng nhau và có hành trình giống nhau. Cũng có máy búa khơng bệ đe với khối l-ợng của các đầu tr-ợt khác nhau đáng kể. Trị số hành trình của đầu tr-ợt th-ờng tỷ lệ nghịch với khối l-ợng của chúng. Ngoại lực phát triển nhờ xilanh cơng tác dạng hơi n-ớc - khơng khí, khí hoặc thuỷ lực tác động lên một trong hai đầu tr-ợt, còn chuyển động của đầu tr-ợt thứ hai đ-ợc thực hiện nhờ cơ cấu liên kết đặc biệt 3, cơ cấu này liên kết động hai
đầu tr-ợt với nhau. Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý của máy búa
khơng bệ đe
Cũng có các kết cấu máy búa không bệ đe với cả hai đầu tr-ợt đ-ợc dẫn động độc lập. Trên hình 2.16 giới thiệu sơ đồ phân loại máy búa không bệ đe theo cơ cấu liên kết và theo dạng dẫn động.
Khi các đầu tr-ợt chuyển động theo h-ớng ng-ợc chiều va chạm nhau, hầu nh- toàn bộ động năng do chúng tích luỹ đ-ợc đều tiêu hao thành công làm biến dạng vật dập. Năng l-ợng tiêu hao làm biến dạng đàn hồi khuôn dập và đầu tr-ợt có trị số khơng đáng kể. Năng l-ợng va đập chủ yếu là do đầu tr-ợt và khuôn dập va chạm nhau. Khi có tải lệch tâm (th-ờng xuyên xảy ra), một phần lực đ-ợc truyền tới thân máy. Lực dập hầu nh- khơng truyền tới móng máy, trừ các tr-ờng hợp máy búa có đầu tr-ợt đ-ợc dẫn động độc lập. Do đó, kích th-ớc móng của máy búa khơng bệ đe nhỏ hơn 8 - 10 lần móng của máy búa có đe cố định. Các máy búa này không làm đất nền dao động và không làm rung nhà x-ởng và các thiết bị lân cận.
Hình 2.16 Phân loại máy búa không bệ đe
Máy búa hơi n-ớc - khơng khí nén với các đầu tr-ợt có cơ cấu liên kết cơ khí.
Loại máy búa này có hai dạng cơ cấu liên kết đầu tr-ợt khác nhau: liên kết đai và liên kết tay đòn. Máy búa đ-ợc dẫn động bằng hơi n-ớc hoặc khơng khí nén. Trong thời gian khởi động, bộ phận động của máy búa làm việc với dung l-ợng tồn phần, khơng có sự ngừng nạp hơi (hoặc khơng khí) trên.
Máy búa với đầu tr-ợt có cơ cấu đai (hình 2.17, a) có thân máy bằng thép đ-ợc làm ghép gồm bốn trụ 1 và tấm d-ới 2. Bên trên các trụ này lắp tấm d-ới xilanh 3, trên đó lắp xilanh công tác 4. Các trụ hàn đ-ợc lắp ghép bằng liên kết khoá nhờ các bulơng 5 và các lị xo 6. Để tăng độ cứng vững, các trụ này đ-ợc giằng thêm ở phần giữa theo cả hai h-ớng nằm ngang nhờ các bulông 7 với các ống cách 8.
Tấm d-ới là đế của máy búa. Tấm này đ-ợc đặt lên móng bêtơng và đ-ợc lắp chặt vào móng nhờ các bulơng.
Các đầu tr-ợt trên 9 và d-ới 10 dịch chuyển trong bốn dẫn h-ớng đ-ợc điều chỉnh riêng biệt. Các dẫn h-ớng đ-ợc bố trí theo các góc của đầu tr-ợt.
Hì nh 2 .1 7 M áy b úa k hơ ng b ệ đ e v ới đ ầu tr -ợ t c ó cơ cấ u liê n kế t c ơ kh í a) li ên k ết đa i; b) li ên k ết ta y đ òn
Đầu tr-ợt trên đ-ợc đúc bằng thép liền khối với pittông và cán rỗng. Kết cấu này đảm bảo cho cán có tuổi thọ cao.
Đầu tr-ợt d-ới cũng đ-ợc đúc bằng thép liền khối với khối l-ợng bằng 10 - 20% khối l-ợng của đầu tr-ợt trên. Điều này đ-ợc giải thích là, đầu tr-ợt d-ới cần đảm bảo ít bị bật ra hơn so với đầu tr-ợt trên sau khi va chạm. Với khối l-ợng của hai đầu tr-ợt nh- nhau thì đầu tr-ợt d-ới sẽ có tốc độ bật ra lớn hơn vì đầu tr-ợt d-ới có h-ớng chuyển động khi bật ra trùng với h-ớng tác dụng của trọng lực, trong khi đó đầu tr-ợt trên lại chuyển động khi bật ra ng-ợc với h-ớng tác dụng của trọng lực. Nhờ có sự khác biệt về trọng l-ợng nh- vậy, đầu tr-ợt trên sẽ luôn bật nẩy mạnh hơn so với đầu tr-ợt d-ới và do đó càng làm giảm tải các đai của cơ cấu liên kết sau khi va đập.
Đầu tr-ợt trên đ-ợc liên kết với đầu tr-ợt d-ới bằng hai đai thép 11 chuyển động đảo chiều qua các puli 12 quay tự do trên các trục 13. Các puli 12 đ-ợc chế tạo bằng hợp kim nhôm đúc để giảm quán tính của chúng và tránh tr-ợt ở thời điểm va đập. Để giảm tác động va đập của các đầu tr-ợt, mối ghép giữa đai với các đầu tr-ợt đ-ợc thực hiện qua các giảm chấn bằng cao su 14.
Máy búa đ-ợc điều khiển bằng tay gạt 15 liên kết qua các thanh kéo 16, 17 và đòn 18 với van trụ 19. ở một số máy búa, ngồi tay gạt 15 cịn lắp thêm bàn đạp. Khi nhấn tay gạt hoặc bàn đạp xuất hiện sự nạp hơi hoặc khơng khí nén vào buồng trên của xilanh; buồng d-ới của xilanh nối thông với đ-ờng ống xả. Sau khi các đầu tr-ợt va chạm nhau và nhả tay gạt hoặc bàn đạp, d-ới tác động của lị xo van tr-ợt dịch chuyển lên vị trí trên, khi đó buồng d-ới của xilanh đ-ợc nạp hơi mới và buồng trên xả hơi hoặc khơng khí thải ra khỏi buồng trên. ở giữa hành trình ng-ợc, đầu tr-ợt trên làm nghiêng địn hình l-ỡi liềm 20 làm dịch chuyển van tr-ợt về vị trí giữa, tại đó các rãnh ở cả hai buồng đều bị đóng. Trong buồng d-ới hơi n-ớc (hoặc khơng khí) làm việc ở giai đoạn giãn, còn trong buồng trên hơi n-ớc (hoặc khơng khí) làm việc ở giai đoạn nén. Đầu tr-ợt dừng lại nhờ đ-ợc hãm bằng cách nén phần tử mang năng l-ợng ở buồng trên xilanh và nhờ buồng đệm. Đầu tr-ợt d-ới tỳ lên giảm chấn cao su 21.
Cơ cấu điều khiển đảm bảo cho máy búa làm việc ở chế độ va đập đơn nhát toàn phần và chế độ va đập liên tiếp có điều khiển.
Cơ cấu liên kết đai là khâu quan trọng của máy búa. Đai đ-ợc chế tạo ghép gồm 20 - 30 dải thép có độ dày 0,3 - 0,8 mm, rộng 120 - 130 mm. Vật liệu đai th-ờng là thép chất l-ợng (thép C50 chẳng hạn) và qua tôi. Máy búa với cơ cấu liên kết đai th-ờng đ-ợc chế tạo với năng l-ợng va đập d-ới 500 kJ.
Khi làm việc, máy búa không bệ đe với cơ cấu liên kết kiểu tay địn ít tin cậy hơn so với máy búa có liên kết đai. Do đó, trong công nghiệp loại máy này đ-ợc chế tạo với năng l-ợng va đập khơng lớn hơn 160 kJ (hình 2.17, b).
Máy búa hơi n-ớc - khơng khí nén khơng bệ đe với cơ cấu liên kết thuỷ lực. Để
nâng cao độ tin cậy làm việc của máy búa khơng bệ đe có năng l-ợng va đập lớn ng-ời ta sử dụng cơ cấu liên kết đầu tr-ợt bằng thuỷ lực (hình 2.18, a). Kết cấu của máy búa khơng bệ đe có cơ cấu liên kết bằng thuỷ lực cũng giống nh- kết cấu của máy búa khơng bệ đe có cơ cấu liên kết cơ khí (hình 2.17, a). Điểm khác cơ bản về kết cấu ở đây là cơ cấu liên kết có kết cấu đặc biệt. Trong vỏ 1 có ba xilanh thơng nhau với các pittông trụ t-ơng ứng. Các pittông trụ bên 3 liên kết với đầu tr-ợt trên qua các cán 4 và giảm chấn cao su 5, cịn pittơng trụ giữa 2 liên kết với đầu tr-ợt d-ới nhờ cán ngắn 6 và giảm chấn cao su 7. Để khắc phục ảnh h-ởng cong vênh đến khả năng làm việc của cơ cấu liên kết, pittông liên kết với cán qua gối cầu.
Khi đầu tr-ợt trên chuyển động xuống d-ới d-ới tác dụng của khí nén hoặc hơi n-ớc, các pittông bên đẩy chất lỏng từ các xilanh bên vào xilanh giữa. D-ới tác động của chất lỏng đầu tr-ợt d-ới dịch chuyển lên trên. Để tốc độ của cả hai đầu tr-ợt giống nhau, cần phải tính đến độ nén của chất lỏng để chọn diện tích pittơng giữa hơi lớn hơn so với tổng diện tích của hai pittơng bên.
Các giảm chấn cao su dùng để làm giảm tải va đập lên cán pittông. Trong hệ thống thuỷ lực có xem xét đến các giảm chấn lò xo dùng để dập tắt va đập thuỷ lực và để hấp thụ động năng của đầu tr-ợt trên trong tr-ờng hợp chất lỏng bị rò rỉ bất th-ờng.
Sự rò rỉ nhỏ của chất lỏng qua các đệm bít đ-ợc khắc phục nhờ bơm tay. Cơ cấu liên kết thuỷ lực đảm bảo cho máy búa làm việc tin cậy hơn so với máy búa có cơ cấu liên kết cơ khí trên đây. Do đó, máy búa khơng bệ đe có cơ cấu liên kết thuỷ lực đ-ợc chế tạo với năng l-ợng va đập 200 - 1000 kJ [7].
Máy búa không bệ đe với dẫn động đầu tr-ợt độc lập. Máy búa không bệ đe với H ìn h 2. 18 M áy b úa k hơ ng b ệ đ e a) vớ i đ ầu tr -ợ t c ó liê n kế t t hu ỷ l ực ; b ) v ới đầ u tr- ợt có d ẫn đ ộn g đ ộc lậ p
chuyển lên trên với khoảng cách đáng kể. Điều này gây khó khăn cho thợ dập khi làm việc với khn dập nhiều lịng khn. Do đó, đã xuất hiện ý t-ởng chế tạo máy búa với dẫn động đầu tr-ợt độc lập cho phép sử dụng đầu tr-ợt d-ới nặng hơn và giảm khoảng dịch chuyển của nó xuống nhiều lần, và nhất là khắc phục đ-ợc nh-ợc điểm nêu trên.
Trên hình 2.18, b giới thiệu kết cấu của máy búa không bệ đe do Seglôp V. F., ng-ời Nga đề xuất [8]. Trong hai trụ đúc 8 có các xilanh 9, qua đó đầu tr-ợt trên 10 đ-ợc dẫn vào chuyển động. Pittông 11 đ-ợc chế tạo liền khối với cán và đ-ợc liên kết với đầu tr-ợt qua các giảm chấn cao su 7. Đầu búa d-ới đ-ợc chế tạo liền khối với cán đ-ợc dẫn động nhờ xilanh 13 đặt trên tấm d-ới 14, tấm d-ới 14 đ-ợc dùng làm đế máy. Để dập tắt động năng của đầu tr-ợt ở cuối hành trình ng-ợc có dự tính giảm chấn lò xo 15 dùng cho đầu tr-ợt trên và giảm chấn cao su 16 dùng cho đầu tr-ợt d-ới. Mỗi đầu tr-ợt đ-ợc dẫn h-ớng nhờ bốn dẫn h-ớng dạng hình thang đ-ợc bố trí trên các trụ của thân máy.
Máy búa đ-ợc điều khiển nhờ các tay gạt 17 và bàn đạp 18 đ-ợc liên kết qua hệ thống tay đòn với cơ cấu phân phối kiểu van tr-ợt 19. Để đơn giản hoá việc điều khiển máy búa, các buồng trên của các xilanh bên đ-ợc nối cố định với đ-ờng dẫn khí nén chính, cịn các buồng d-ới của xilanh giữa và các xilanh bên đ-ợc nối với cơ cấu phân phối khơng khí.
Đặc điểm ngun lý tính tốn máy búa khơng bệ đe
Động năng của máy búa không bệ đe đ-ợc xác định theo công thức (1.2'). Để sự va chạm của hai đầu tr-ợt xảy ra ở vị trí chính giữa khoảng cách ban đầu của chúng, cần phải cân bằng động l-ợng:
m1v1 = m2v2 = mv (2.82)
Nếu m1 = m2 và v1 = v2 thì động năng của máy búa là
Lk = mv2 (2.83)
Trong tr-ờng hợp nếu v = 3,13 m/s, thì trong đa số máy búa không bệ đe với cơ cấu liên kết đai và liên kết tay địn, động năng của máy búa (tính bằng kJ) gần bằng m-ời lần khối l-ợng của đầu tr-ợt, tức là Lk 10 m.
Trên thực tế, nói chung khối l-ợng của đầu tr-ợt d-ới cùng với khuôn dập không đ-ợc lớn hơn 10% khối l-ợng của đầu tr-ợt trên. Với tốc độ của cả hai đầu tr-ợt nh- nhau, tại thời điểm va đập tạo ra sự không cân bằng động l-ợng m2v2 > m1v1 và gây ra
chuyển động của hai đầu tr-ợt cùng lên trên ở thời điểm tiếp theo sau khi va đập trực tiếp, do đó làm suy giảm trạng thái sức căng của đai [7].
Trong tr-ờng hợp hai đầu tr-ợt dịch chuyển với khoảng chạy khơng giống nhau, thì khối l-ợng của chúng có thể đ-ợc xác định từ điều kiện cân bằng công:
m1H1 = m2H2 hoặc m1/m2 = H2/H1 (2.84)
Khối l-ợng của đầu tr-ợt tỷ lệ nghịch với l-ợng dịch chuyển. Tỷ số giữa khối l-ợng và hành trình đối với máy búa khơng bệ đe có dẫn động đầu tr-ợt độc lập và phối hợp là 1/3 - 1/6 [7].
Hành trình tổng của hai đầu tr-ợt th-ờng nhỏ hơn trị số hành trình của máy búa có đe cố định. Do đó, số hành trình trong một phút của máy búa loại này cũng sẽ nhỏ hơn. Hành trình khứ hồi của đầu tr-ợt trên đ-ợc thực hiện tự động khi nhả bàn đạp nhờ hơi (hoặc khơng khí) d-ới làm việc ở hai giai đoạn nạp và giãn. Hơi trên (hoặc khơng khí) làm việc ở giai đoạn xả trong suốt thời gian hành trình. Cũng cho phép hơi trên nén để giảm năng l-ợng d- thừa ở cuối thời điểm nâng lên của đầu tr-ợt trên [7].
Đầu búa trên đ-ợc nâng lên d-ới tác dụng của hơi d-ới (hoặc khơng khí) và khối l-ợng của đầu tr-ợt d-ới. Lực nâng ban đầu trong tr-ờng hợp này sẽ là
pF - Gt - p1F - 0,1Gt + p0(1 - )F + P't = mtjt (2.85)
trong đó
p - áp suất của hơi n-ớc (hoặc khơng khí) ở buồng d-ới;
F - diện tích mặt d-ới pittông;
p1 - áp suất trong đ-ờng ống xả; p0 - áp suất khí quyển;
Gt, mt - t-ơng ứng là trọng lực và khối l-ợng của đầu tr-ợt trên; P't - lực t-ơng tác của đầu tr-ợt d-ới lên đầu tr-ợt trên;
jt - gia tốc của đầu tr-ợt trên.
Gia tốc lớn nhất mà đầu tr-ợt d-ới có thể đạt đ-ợc để dịch chuyển khi khơng có ma sát là jd = g.
Tuy nhiên, nếu khi nâng lên đầu tr-ợt trên nhận đ-ợc gia tốc này thì sự tác động của đầu tr-ợt d-ới lên đầu tr-ợt trên sẽ dừng lại. Nếu gia tốc của đầu tr-ợt trên sẽ lớn hơn gia tốc g thì trong máy búa có cơ cấu liên kết đai có thể làm lỏng đai. Do đó, trị số tuyệt đối của các gia tốc jd và jt ở hành trình lên trên của đầu tr-ợt trên dứt khoát phải