Với kết cấu khung lớn như trường hợp này thì việc tính toán các thông số kỹ thuật bằng tay sẽ gặp phải khó khăn sau:
+Nếu mô hình hoá đơn giản thì sai số gặp phải khi mô hình hoá đã là rất lớn.
+Nếu mô hình hoá đầy đủ thì không thể tính toán bằng tay một cách chính xác.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của máy tính điện tử thì cũng có nhiều phần mềm phân tích kết cấu bằng PTHH như: ANSYS, SAP... Đề tài này sử dụng chương trình phân tích PTHH CosMosDesignStar4.0 với phần tử tứ diện bốn nút để phân tích các thông số kỹ thuật của khung như sau:
4.2.1 Chọn mô hình khung máy ép
Khung máy ép Thủy Lực là bộ phận chính để chịu lực ép, do đó nó chịu tải trọng rất lớn (400 tấn), vì vậy phải chọn sơ đồ khung hợp lý sao cho khả năng chịu tải là lớn nhất, tốn ít vật liệu và dễ gia công. Các dạng khung máy ép có thể sử dụng là:
+ Dạng hình chữ nhật kín (hình 4.2): Không gian máy chiếm chỗ lớn, kết cấu cồng kềnh trọng lượng lớn, tốn nhiều vật liệu. Bù lại, khi lực ép P lớn thì máy làm việc ổn định, ít rung động, độ biến dạng của khung nhỏ.
+ Dạng hình chữ C(hình 4.3): Không gian máy chiếm chỗ nhỏ, tốn ít vật liệu. khi làm việc với lực ép lớn thì khung rung động và chịu biến dạng lớn.
Hinh 4.3: Khung dạng hình chữ C
Sau khi cân nhắc các điều kiện kỹ thuật, điều kiện kinh tế, ta chọn sơ đồ khung dạng hình chữ nhật. Kết hợp với kích thước lắp ráp của xilanh (hình 4.4) ta chọn hình dáng và kích thước sơ bộ của khung được trình bày ở hình 4.5.
Hình 4.4: Kích thước lắp ráp của xilanh
Khi làm việc, xilanh mang chày ép tác dụng lực vào phôi đặt trên cối ép (Hình 4.6). Phần khung trên tiếp xúc với xilanh tại một vành khuyên có đường kính trong 620mm, đường kính ngoài 925mm. Đối với từng sản phẩm mà ta sử dụng các cối có kích thước khác nhau. Để thuận tiện cho tính toán ta coi vùng tiếp xúc giữa cối và phần khung dưới là một miền tròn đường kính 925mm.
Với cách bố trí trên, lực ép P từ piston sẽ lần lượt truyền qua chày ép, phôi, gối và tác dụng xuống phần khung dưới tại miền tròn tiếp xúc giữa khung và gối. Đồng thời, thân xilanh cũng tác dụng vào phần khung trên một lực ép P tại vùng vành khuyên tiếp xúc giữa xilanh và khung.
Hình 4.6: Bố trí đồ gá cho máy ép.
4.2.2 Chọn vật liệu chế tạo khung máy ép
Tuỳ theo điều kiện làm việc và điều kiện kinh tế mà có thể chọn vật liệu chế tạo khung máy ép khác nhau như: Inox, thép các bon...Trong trường hợp này, do kích thước, khối lượng của khung lớn nên ta chọn tôn tấm là loại có sẵn trên thị trường. Các thông số kỹ thuật chính của vật liệu này như sau:
+ Mô đun đàn hồi: 2.1e+11 N/m2 + Hệ số Poát sông: 2.8 NA + Ứng suất xoắn: 7.9e+10 N/m2 + Ứng suất kéo : 3.99826e+8 N/m2 + Ứng suất uốn : 2.20594e+8 N/m2 + Trọng lưọng riêng: 7800 Kg/m3
4.2.3 Thực hiện tính toán
4.2.3.1 Không cố định khung với nền
Khung máy được mô hình hoá như hình 4.7
Đế giữa của khung là điểm duy nhất tiếp xúc với nền, hai đế còn lại có thể chuyển dịch khi máy làm việc.
Các kết quả tính toán được trình bày trên các hình 4.8 đến 4.12. Các thông số cần quan tâm nhất là:
Cỡ phẩn tử: 0.1m với sai lệch cho phép 0.005m Số phần tử: 110 749 Số nút: 215 065 Ứng suất lớn nhất: 4.331e8 N/m2 Biến dạng lớn nhất: 1.338e-3 Chuyển vị lớn nhất: 7.166e-03 m 7.2mm Hệ số an toàn nhỏ nhất: 0.51
Hình 4.7: Mô hình bài toán khi khung không gắn với nền (đế tự do)
Hình 4.9: Kết quả phân tích ứng suất khi đế tự do.
Hình 4.11: Kết quả phân tích chuyển vị khi đế tự do
4.2.3.2 Cố định khung với nền cứng
Trường hợp này, khung máy được mô hình hoá như hình 4.13.
Nền được coi là cứng tuyệt đối. Ba chân đế của khung gắn chặt với nền coi như bị ngàm cứng.
Các kết quả tính toán được trình bày trên các hình 4.14 đến 4.18. Các thông số cần quan tâm nhất là:
Cỡ phẩn tử: 0.1m với sai lệch cho phép 0.005m Số phần tử: 110 749 Số nút: 215 065 Ứng suất lớn nhất: 1.782e8 N/m2 Biến dạng lớn nhất: 5.180e-4 Chuyển vị lớn nhất: 2.338e-03 m 2.34mm Hệ số an toàn nhỏ nhất: 1.238
Hình 4.14: Kết quả chia lưới phần tử khi khung gắn với nền cứng.
Hình 4.16: Kết quả phân tích biến dạng khi khung gắn với nền cứng.
Hình 4.18: Kết quả phân tích hệ số an toàn khi khung gắn với nền cứng
4.2.3.3 Đánh giá sai lệch giữa tính toán và thực tế
Thông thường, các máy ép chỉ được đặt trên nền và cố định bằng các bu lông nhỏ. Điều này thường khiến cho người thiết kế không chú ý nhiều đến sự cứng vững của móng, không tận dụng được khả năng chịu lực của móng, gây lãng phí vật liệu khi chế tạo khung. Sau thời gian hoạt động ngắn, nếu máy được đặt trên nền móng yếu thì có thể xảy ra sụt lún và sai lệch vị trí..
Trong trường hợp gắn chặt khung máy với nền cứng thì khả năng chịu lực của nền móng được tận dụng. Ứng suất, biến dạng, chuyển vị của khung máy giảm đáng kể. Hệ số an toàn tại vị trí yếu nhất của khung được tăng cao (từ 0.51 lên 1.238).
Việc gắn chặt khung máy với nền cứng đã tiết kiệm được một lượng lớn vật liệu chế tạo khung, đây là kết quả khác biệt của đề tài.
Việc lắp đặt, cần cố gắng đảm bảo để khung máy làm việc ở điều kiện gần với trường hợp một. Không thể đòi hỏi nền móng cứng tuyệt đối thay vào đó cần thiết kế, thi công sao cho nền móng cứng vững nhất có thể. Điều này thuộc phạm vi của ngành xây dựng, chúng ta không đề cập sâu trong khuôn khổ đề tài này.
Trên đây, trình bày quá trình tính toán thiết kế máy ép thủy lực 400 tấn trong công nghệ gia công chế tạo thiết bị áp lực. Sau khi chế tạo và lắp đặt tại Công ty Thiết bị Áp lực Than nội địa (hình 4.19, 4.20), kiểm tra máy khi vận hành thì chuyển vị lớn nhất của khung khi chịu lực 400 tấn là 4mm tại vị trí đặt xilanh .
Như vậy, chuyển vị thực tế tại vị trí đặt xilanh lớn hơn kết quả tính khi cố định khung với nền cứng nhưng nhỏ hơn kết quả tính của trường hợp còn lại. Có sai lệch này là do máy ép được đặt trên nền không cứng tuyệt đối như trong tính toán.
KẾT LUẬN
Luận văn đã trình bày toàn bộ quá trình tính toán, thiết kế máy ép thủy lực 400 tấn dùng trong công nghệ chế tạo thiết bị áp lực. Các công việc đã thực hiện bao gồm:
Hệ thống điều khiển: Trình bày khái quát các nhiệm vụ và yêu cầu đối với một hệ thống điều khiển, thiết kế hệ thống điều khiển phù hợp với yêu cầu công nghệ và tiện lợi đối với người sử dụng.
Hệ thống thủy lực: Trình bày khái quát các thông số cơ bản, nhiệm vụ và yêu cầu đối với các máy thủy lực. Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép phù hợp với yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên, áp suất làm việc của hệ thống rất cao, điều này cần phải chú ý khi lựa chọn các thiết bị cũng như khi lắp đặt hệ thống thủy lực.
Khung máy ép: Trình bày khái quát về phương pháp PTHH, các thông số cơ bản của phần tử tứ diện bốn nút. Sử dụng phần mềm CosmosDesignStar4.0 để tính toán, thiết kế khung máy ép. Sau nhiều lần hiệu chỉnh, đã hoàn thành việc thiết kế khung với hình dáng đơn giản, trọng lượng nhỏ đảm bảo tiết kiệm chi phí vật tư và thời gian chế tạo.
Hiện tại, máy ép thủy lực này đã được lắp đặt và đi vào hoạt động tại Công ty Thiết bị áp lực Than Nội địa, góp phần nâng cao hiệu quả làm việc, giải phóng người lao động khỏi các công việc nặng nhọc trước đây.
Danh mục tài liệu tham khảo
[1]. TS Phùng văn Khương, ThS Phạm Văn Vĩnh (2001). Thủy lực và máy ép thủy lực. Trường Đại học giao thông vận tải Hà Nội.
[2]. Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2005). Máy búa và Máy ép thủy lực.
NXB Giáo Dục.
[3]. Phạm Công Ngô (2001). Lý thuyết điều khiển tự động. NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[4]. Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng (2003). Phương pháp phần tử hữu hạn lý thuyết và lập trình. NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
PHỤ LỤC 1:
PHỤ LỤC 2:
BẢN VẼ QUY TRÌNH CHẾ TẠO KHUNG MÁY ÉP
PHỤ LỤC 3:
PDF Merger
Merger! To remove this page, please register your program!
Go to Purchase Now>>
Merge multiple PDF files into one
Select page range of PDF to merge
Select specific page(s) to merge
Extract page(s) from different PDF
files and merge into one