3.5.1 Lựa chọn van phân phối
Van phân phối là một phần tử thủy lực cĩ tác dụng làm thay đổi hướng của dịng chất lỏng, do đĩ nĩ cĩ thể làm đảo chiều chuyển động của các cơ cấu chấp hành mà nĩ điều khiển.
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điều khiển tự động, trong các hệ thống thủy lực hiện nay sử dụng chủ yếu các van phân phối dạng con trượt điều khiển bằng điện. Các cuộn điện hay nam châm điện tử cĩ điện áp sử dụng là 24V DC hoặc nguồn xoay chiều 220V. Tuy nhiên trong một số hệ thống người ta vẫn sử dụng các loại van phân phối khác như van điều khiển bằng tay, van điều khiển bằng thủy lực…
+ Ở trong hệ thống thủy lực máy ép phun này, ta sử dụng chủ yếu loại van phân phối 2 cấp 4/3 để điều khiển hành trình xy lanh. Đây là loại van phân phối được điều kiển kết hợp giữa điện và thủy lực. Vì lưu lượng cấp lên xy lanh tương đối lớn, nên các van phân phối cũng yêu cầu lớn, vì vậy khơng thể điều khiển trực tiếp bằng điện mà phải bằng thủy lực. Do đĩ ta sử dụng van 2 cấp, gồm 2 van phân phối, một van phân phối mẹ và một van phân phối con. Van phân phối con được điều khiển bằng điện, cung cấp dầu điều khiển tới điều khiển van phân phối mẹ.
Để chọn được van phân phối phù hợp, ta căn cứ vào 2 thơng số là lưu lượng lớn nhất và áp suất lớn nhất của dầu khi qua van.
Lưu lượng lớn nhất của hệ thống khi làm việc là lúc 2 bơm cùng cấp cho xylanh đĩng mở khuơn trong quá trình đĩng mở nhanh.
3 1 4.44 0.0454 0,00336 m /s = 202 (l/ph) 60 n n Q v A
Ta cĩ áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống: Pmax = 140 (bar)
Tiến hành tra catalogue của hãng Vicker chọn được van phân phối điều khiển các cơ cấu xy lanh là DG4B-3S-33BLV cĩ các thơng số sau:
Lưu lượng: Qmax = 300 (l/ph) Áp suất: Pmax = 315 (bar)
Hình 3.12: Van phân phối DG4B-3S-33BLV
Ta cĩ quá trình làm việc bình thường của hệ thống thì lưu lượng lớn nhất là khi khuơn đĩng mở bình thường, ta dựa vào đĩ chọn các van phân phối cho máy ép phun:
3 1 3,12 0.0454 0,0023 m /s = 137 (l/ph) 60 c c Q v A
Tương tự tra catalogue của hãng Yuken, chọn được van phân phối điều khiển M9, M8, M10, M7, M5, M6 là van DSHG043C4; DSG-01-3C10; DSG-01-3C12; DSG-01- 3C2
Hình 3.13: Ký hiệu van phân phối M10, M7, M6, M5
3.5.2 Chọn van 4/2
+ Với cụm van RM1, RM2, ta tra catalogue của hãng Yuken với áp suất và lưu lượng yêu cầu lần lượt của bơm lưu lượng và bơm áp suất.
Chọn van phân phối 4/2 KV 4/2 16 2B7B Cĩ các thơng số làm việc sau:
Lưu lượng Qmax = 300 (lít/ph) Áp suất Pmax = 350 (bar)
Hình 3.14: Ký hiệu van KV-*-2B7B
Chọn van phân phối 4/2 KV 4/2 06 2B7B Cĩ các thơng số làm việc sau:
Lưu lượng Qmax = 30 (lít/ph) Áp suất Pmax = 210 (bar)
+ Với cơng tắc hành trình 4/2 điều khiển bằng cam ta chọn van DCG-01-2B2
Hình 3.15: Ký hiệu van DCG-01-2B2
3.5.2 Tính chọn van an tồn, van giảm tải
Trong hệ thống thủy lực trên máy ép phun cĩ lắp đặt 3 van an tồn, hai van an tồn sau hai bơm nguồn và một van an tồn đặt trong cụm điều khiển áp suất. Hai van an tồn trên đường dầu từ bơm lớn đến các cơ cấu xy lanh và trong cụm điều khiển áp suất được chọn theo lưu lượng và áp suất của bơm lớn. Van an tồn sau bơm nhỏ được chọn theo lưu lượng và áp suất của bơm nhỏ.
Van giảm tải cho cụm điều khiển lưu lượng và van an tồn PR2: Ta chọn van giảm tải cho cụm này dựa theo thơng số làm việc của cả hệ thống, tức là đáp ứng cho lưu lượng Q = 238.4 l/ph áp suất đặt phải đạt được P = 140 bar được điều khiển điện.
Tra catalogue của hãng Veljan ta chon van VR5U-08-4-3-3-2-4-09-W02-A-1 với các thơng số làm việc:
Áp suất Pmax= 280 (bar)
Áp suất đặt Pset= 7÷210 (bar) ±20%
Chọn van PR2, tra catalogue của hãng Yuken ta chon van EHBG-10-H-S-50 với các thơng số làm việc:
Lưu lượng Qmax = 400 (lít/ph) Áp suất Pmax= 250 (bar)
Hình 3.16: Ký hiệu van EHBG-10-H-S-50
Van an tồn cho cụm RM1 và RM2 Từ thơng số làm việc của bơm lớn:
Lưu lượng Q = 222.4 (lít/ph) Áp suất Pmax= 70 (bar)
Tra catalogue của hãng Yuken ta tra được van DG-04- H-90 Cĩ các thơng số làm việc sau:
Lưu lượng Qmax = 300 (lít/ph) Áp suất Pmax = 315 (bar)
Từ thơng số làm việc của bơm nhỏ:
Lưu lượng Q = 16 (lít/ph); Áp suất Pmax = 210 (bar) Tra catalogue của hãng Yuken ta tra được van DG-02-H-90 Cĩ các thơng số làm việc sau:
Lưu lượng Qmax = 16 (lít/ph); Áp suất Pmax = 210 (bar)
Hình 3.17: Ký hiệu van an tồn
3.5.3 Chọn van tiết lưu điện điều khiển
Van tỷ lệ lưu lượng áp suất là loại van điều kiển lưu lượng và áp suất nhờ các tín hiệu điện điều khiển.
Trong hệ thống thủy lực máy ép phun bố trí hai van tỷ lệ điều khiển lưu lượng và áp suất dầu cấp vào xy lanh. Việc chọn van tỷ lệ này căn cứ vào lưu lượng và áp suất làm việc lớn nhất của bơm nguồn. Vì hai bơm nguồn cĩ cùng áp suất lớn nhất nên việc chọn hai van này theo thơng số của của bơm lớn.
Tra catalogue của hãng Yuken ta chọn được van tỷ lệ EFG-06-250-E cĩ các thơng số làm việc như sau:
Lưu lượng Qmax = 250 (lít/ph) Áp suất P = 15 – 250 (bar)
Hình 3.18: Hình ảnh, kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ lưu lượng
3.5.4 Chọn van một chiều
Van một chiều là thiết bị bảo vệ đường ống, cho phép dầu chỉ đi theo một hướng nhất định và ngăn dầu đi theo hướng ngược lại. Van một chiều được sử dụng để bảo vệ các thiết bị của mạch thủy lực. Ngồi ra van một chiều cịn cĩ tác dụng ngăn ngừa sự mất mát dầu khi cĩ sự cố rị rỉ, hỏng hĩc trong ống dẫn.
Chức năng quan trọng của van một chiều là đảm bảo chế độ vận hành chuẩn của cả hệ thống. Nếu hệ thống thủy lực được cấp dầu bởi hệ thống nguồn gồm nhiều bơm mắc song song. Khi cĩ sự tụt áp tại một máy bơm, nếu khơng cĩ van một chiều ở cửa đẩy của bơm đĩ, thì một phần lưu lượng chất lỏng cĩ thể chảy ngược về bơm bị tụt áp. Điều này khơng cĩ lợi trong quá trình vận hành hệ thống.
Các dạng chính của van một chiều gồm: Van dạng cửa trượt và dạng cửa xoay. Nguyên lý hoạt động của van một chiều như sau:
Khi khơng cĩ dầu chảy qua, phần tử trượt (cửa xoay) của van dưới tác dụng của trọng lượng chính nĩ hoặc lực lị xo được giữ chặt ở vị trí “đĩng”. Khi xuất hiện dịng chất lỏng chảy đến van, phần tử trượt (cửa xoay) dưới tác dụng của năng lượng dịng chảy bị đẩy khỏi vị trí đĩng và cho phép dịng chảy đi qua van. Tại thời điểm vận tốc dịng chảy về 0, phần tử trượt (cửa xoay) quay về vị trí đĩng, áp suất cửa ra của van tác động lên phần tử trượt giữ chặt phần tử trượt ở vị trí đĩng và ngăn cản dịng chất lỏng chảy về hướng cửa vào của van. Như vậy sự hoạt động của van một chiều hồn tồn tự động dưới tác dụng của dầu thủy lưc.
Hình 3.19: Ký hiệu, kết cấu van một chiều
Trong hệ thống thủy lực trên máy ép chính cĩ lắp đặt 4 van một chiều, 2 van được lắp sau 2 bơm cĩ tác dụng ngăn ảnh hưởng của hai bơm với nhau, 1 van được lắp sau motor thuỷ lực, 1 van lắp sau van phân phối M9 trong tiến trình đĩng mở khuơn nhanh Vì bơm lớn cĩ lưu lượng Q = 222.4 (lít/ph) nên van một chiều sau bơm lớn ta chọn van một chiều cĩ ký hiệu CIT-10-35-50 của hãng Yuken cĩ các thơng số làm việc: Lưu lượng Qmax = 230 (lít/ph)
Bơm nhỏ cĩ lưu lượng Q = 16 (lít/ph) nên 2 van một chiều sau bơm nhỏ ta chọn van một chiều cĩ ký hiệu CIT-02-35-50 của hãng cĩ các thơng số làm việc:
Lưu lượng Qmax = 16 (lít/ph)
Van một chiều cĩ điều khiển được đặt sau van phân phối M7, với xylanh tiến lùi cụm. Đáp ứng lưu lượng Qmax = 45 l/ph, ta chọn van CPT-10-E-35-50
Hình 3.20: Van một chiều cĩ điều khiển
3.5.5 Chọn van logic
Valve logic cịn được biết đến qua hai tên gọi khác là slip-in cartridge valve hoặc DIN cartridge valve.
Nguyên lý của valve logic rất đơn giản vì nĩ chỉ bao gồm hai cửa A-B và do đĩ chỉ cĩ hai trạng thái làm việc: Hoặc là ĐĨNG hoặc là MỞ thơng hai cửa dầu này với
nhau. Tuy nhiên, nhờ các valve phụ điều khiển, valve logic cĩ thể được thiết lập ở các chế độ khác nhau như: Van phân phối - Van An tồn - Van một chiều - Van Tiết lưu.
Cấu tạo chung của loại valve này bao gồm hai phần:
- Phần lõi van, là một con trượt hình trụ cĩ tác dụng để đĩng mở đường dầu. Phần lõi của valve được đặt nằm trong đế khối van và khơng thể quan sát được từ bên ngồi. - Phần điều khiển van: là phần quan trọng nhất quyết định tính chất, chức năng làm việc của cụm van. Nĩ thường là một nắp đậy bên ngồi cĩ gắn trên đĩ rất nhiều các van chức năng, tiết lưu, nút bịt, lị xo...
Van logic được sử dụng trong hệ thống cĩ lưu lượng làm việc lớn vì cĩ một số ưu điểm nổi trội so với những loại van thơng thường như sau:
- Kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí - lắp đặt; điều khiển hoạt động dễ dàng nhờ sự phối hợp các tầng van điều khiển khác nhau để cĩ nhiều chức năng hoạt động đa dạng; chịu được áp suất cao: nhờ kết cấu làm kín bằng bề mặt nên kín gần như tuyệt đối, khơng rị rỉ, tổn hao áp suất nhỏ.
- Giá trị rẻ hơn: Bản thân các van cĩ giá thành chế tạo nhỏ hơn, khơng tốn nhiều đường ống - đế lắp ráp,...
Với hệ thống thuỷ lực máy ép phun nhựa 250T, sử dụng 1 van logic đáp ứng yêu cầu xả của 2 xylanh đùn liệu khi 2 xylah này tự động hồi về khi động cơ thuỷ lực quay trong quá trình nạp liệu. Quá trình nạp liệu diễn ra trong 3s, đáp ứng hành trình lớn nhất của 2 xylanh đùn liệu là 200mm.
Ta cĩ: 200 50 (mm/s) 4 v =0,05 (m/s) 2 2 2 2 3 3 .( ) 2. . 4 .(0, 25 0,18 ) 2.0, 05. 4 0, 00236 (m / s) 141600(cm /ph) 141, 6(l/ h 2. p ) xlnl Q Q D d v Do đĩ ta chọn van logic LD-25-20-SX0512
Hình 3.21: Van logic LD-25 3.6 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ THUỶ LỰC Ta cĩ: . 10 v ms q M P ŋ Trong đĩ: M - mơmen xoắn (N.m).
P - áp suất làm việc của mơ tơ (kG/cm2).
qv - lưu lượng riêng của mơ tơ (cc /v).
ŋms- hiệu suất ma sát (= 85%)
10 - hệ số chuyển đổi giữa các đơn vị.
Quá trình nạp liệu diễn ra trong 4s, đáp ứng hành trình lớn nhất của 2 xylanh đùn liệu là 200mm. Ta cĩ: 200 50 (mm/s) 4 v =0,05 (m/s) Qmaxđc = 2.Qxlnl = 2 2 2 2 3 3 .( ) .(0, 25 0,18 ) 2. . 2.0, 05. 0, 00236 (m / s) 141600(cm /ph) 4 4 D d v 3 141600 96, 33 (cm /v) 1470 v Q q n Suy ra: M = . 140.96, 33.0.85 1146 Nm 10 10 . v ms P q ŋ
Ta chọn động cơ thuỷ lực piston hướng kính với mã hiệu:JMSG6-400
Hình 3.22: Động cơ thuỷ lực piston hướng kính JMSG6-400
3.7 - TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÙNG DẦU 3.7.1 – Tính tốn bể dầu 3.7.1 – Tính tốn bể dầu
Thơng thường để đơn giản, theo kinh nghiệm người ta tính tốn thể tích làm việc của thùng dầu ở mức 3÷5 lần lưu lượng bơm trong 1 phút
V (lít) = (3÷5).Qb (lít)
Do đĩ, với Qb = 222.4 l/ph như được tính ở phần trên, thể tích dầu được tính theo kinh nghiệm như sau:
V = (3÷5) x Qb (lít)
V = (3÷5) x 238.4 (lít)
V = (715.2÷ 1192) (lít) Chọn thể tích dầu là: V = 800 lít = 0.8 m3
Ta chọn kích thước bể dầu là hình hộp chữ nhật với: - Chiều rộng bể dầu: a
- Chiều dài bể: b = k1.a
- Chiều cao bể: H = k2.a
- Chiều cao của dầu trong bể: h Trong đĩ k1 , k2 là các hệ số tỉ lệ
Với điều kiện: h = (0,7÷ 0,8).H = (0,7÷ 0,8).k2.a
Ta lấy h = 0,8 k2.a
Diện tích xung quanh của bể là:
F = 2.b.H + 2.a.H+2.b.a
= 2. k1. a. k2 .a +2. a. k2 .a + 2. k1. a. a
= 2.a2. (k1.k2 + k2 + k1 )
Diện tích bề mặt tiếp xúc với bể dầu (kể cả đáy bể) được xác định là:
F1 = a2. (k1 + 2.0,8.k2 + 2.0,8.k2.k1 ) = a2. (k1 + 1,6.k2 + 1,6.k2.k1 )
Diện tích bề mặt khơng tiếp xúc với dầu (kể cả nắp) được xác định bởi:
F2 = F – F1
=a2 .(k1 + 0,4.k2 + 0,4.k2.k1 )
Do điều kiện truyền nhiệt của hai loại bề mặt tiếp xúc và khơng tiếp xúc giống nhau, nên ta tính bề mặt truyền nhiệt Ftn của bể dầu tính theo cơng thức:
Ftn= F1 + F2 /2
=a2 .(1,5k1 + 1,8.k2 + 1,8.k2.k1 ) Mặt khác thể tích trong bể dầu là: V = a.b.h = 0,8. k2.k1 . a3
Suy ra: a = 3 1 2 0,8 V k k Vậy: Ftn = 3 2 1 2 2 1 2 3 1 2 1,8 1,8 1, 5 . (0,8 ) k k k k V k k = 3 2 . V 𝛼
Thơng thường hệ số 𝛼 được chọn trong khoảng 6 ÷ 6,9 tương ứng với tỷ số của các cạnh a:H:b được lấy từ 1:1:1 đến 1:2:3 tức là các hệ số : k2 = 1÷2, k1 = 1÷3
Ta chọn k2 = 2, k1 =2
Chọn hệ số 𝛼 = 6,75 với dầu được làm mát tự nhiên trong mơi trường khơng khí. Từ đĩ ta tính được bề mặt truyền nhiệt của bể là:
Ftn = 3 2 . V 𝛼 = 3 0,82 . 6,75 = 5,82 (m2) Các kích thước cịn lại: a = 3 1 2 0,8 V k k = 3 0,8 0,8.2.2 = 0,63 (m)
Dựa vào kết cấu máy ta thiết kế bể dầu hình hộp chữ nhật với các kích thước: + Chiều rộng bể dầu: a = 630 mm
+ Chiều cao bể dầu: H = 2.a = 2.630 = 1260 (mm) + Chiều dài bể dầu: b = 2.a = 2.630 = 1260 (mm) Vậy thể tích bể dầu là: V = a.H.b = 0,63. 1,26. 1,26 = 1 (m3) Chiều cao của dầu trong bể là: h = 0,8.H = 0,8. 1,26 = 1 (m) Thể tích dầu trong bể là: V = a.b.h = 0,63.1,26.1 = 0.8 (m3)
3.7.2 Tính tốn nhiệt hệ thống
Những nguyên nhân chủ yếu làm tăng nhiệt độ của dầu trong hệ thống: + Khơng giảm tải cho bơm
+ Xả dầu về bể dưới áp suất lớn
+ Chất lượng máy thuỷ lực kém, hiệu suất thấp + Tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ
- Tổn thất của bơm làm tăng nhiệt độ dầu là:
1. 1 2. 2 1 612 b b b b b P Q P Q N (kW) 70.222.4 175.16 1 0.85 612 0.85 = 5,29 (kW)
Tổn thất ở các cơ cấu điều chỉnh và hệ thống đường ống:
1 2 ( ). 612 b b dc Q Q P N (kW)
Trong đĩ Plà tổng tổn thất áp suất ở các cơ cấu điều chỉnh và đường ống:
P = Pcb+ Pdd Tổng tổn thất dọc đường: 2 0 dd 0 . v . 2.D L P
Vận tốc dầu trong ống được tính ở phần trên và lấy vận tốc lớn nhất bằng 3 m/s. Chiều dài ống phù hợp với hệ thống ta chọn sơ bộ là L = 12 m, tính tổn thất cho đường ống nhỏ nhất là D0= 10 mm
Trọng lượng riêng của dầu thuỷ lực là 𝜌= 914 kg/m3
Dầu thuỷ lực sử dụng là dầu CS46, cĩ 𝜈 = 46 mm2/s
Hệ số Reynol: Re = 3 0 6 1000. v. 1000.3.10.10 652173, 9 46.10 D Suy ra: 𝜆= 5 e 64 9,81.10 R Vậy tổn thất dọc đường: