dán săm:
Trong quá trình làm việc của máy, cụm ngàm kẹp săm trên & dưới có tác dụng giữ săm đúng vị trí để cắt và thực hiện quá trình dán dán. Sử dụng van giới hạn áp suất làm việc của xi lanh dán là 5 bar, còn xi lanh ép má kẹp có áp suất 5,6 bar (áp suất hệ thống)
Xi lanh làm từ thép đúc có [σ] = 80÷100 MPa.
F Fmsn
F Fmsn
Cụm ngàm kẹp săm trên & dưới được xi lanh – piston đẩy trượt trên rãnh mang cá. Nhờ được chế tạo với độ chính xác cao và được bôi trơn thường xuyên trong lúc làm việc nên hệ số ma sát trượt giữa 2 bề mặt của rãnh mang cá nhỏ (khoảng 0,12). Ban đầu 2 cụm ngàm kẹp đứng yên nên lực cần thiết của mỗi xi lanh là:
msn d
F F F
Với Fmsn là hệ số ma sát nghỉ - khoảng 0,16 ( tra theo bảng hệ
75
Với Fd là lực cần thiết để ép 2 đầu săm lại với nhau, đã tính ở
trên 163, 2 d F N . d 0,16.52,65.9,81 163, 2 245,84 F P F N
Từ áp suất làm việc ta suy ra các thông số sơ bộ của xi lanh – piston theo mối quan hệ:
3 2 5 245,84 0, 491.10 5 10 F A m p 4 4 0, 491.10 3 0, 025 3,14 c A D m
Đường kính xi lanh cần thiết :
Dc 25mm
Hành trình cần thiết của xi lanh:
Đối với xi lanh 2 xi lanh ép 2 má kẹp săm trên dưới vào bàn cắt săm để thực hiện quá trình cắt - trong quá trình này mỗi piston chỉ di chuyển 1 đoạn khoảng 5mm
Đối với xi lanh thực hiện công doạn dán săm sẽ đẩy cụm má kẹp săm trên dưới bên phải( như trên hình vẽ) áp sát vào cụm bên trái ( cụm này đứng yên trong quá trình dán) - trong quá trình này piston di chuyển 1 đoạn khoảng 55mm Do xi lanh ép và xi lanh dán săm tác động vào cùng 1 vị trí trên cụm kẹp săm, nên ta chọn loại xi lanh kép ( multi – position)
76
(http://www.jelpc.com/sct-series-muti-position-cylinder.html)
Theo kết quả tính toán sơ bộ kích thước xi lanh và theo catalog của nhà sản suất, ta chọn xi lanh :
77 SCT32x75-25 có thông số: Đường kính piston : 32mm Hành trình 1 : 75mm Hành trình 2 : 25mm Đường kính cần piston : 12mm
Áp suất làm việc từ 1-9kgf/cm2 (0,981 – 8,829 bar) Kiểm tra bền cần xi lanh:
Để tránh xi lanh bị uốn dọc trong quá trình làm việc, ta kiểm
tra theo công thức Euler:
2 2 . .E J K L Trong đó : Mômen quán tính J (cm4) 4 64 d J
Mô đun đàn hồi E (kg/cm2), với thép chọn E=2,1.104kN/cm2
Chiều dài tương đương L = m.l theo phụ lục 2 m= 1/2) ( l là chiều dài làm việc thực, m là hệ số phụ thuộc liên kết)
Lực tới hạn K = F.s Hệ số an toàn s (s= 3,5) 2 2 4 2 2 2 .1, 2 .2,1.10 . . . 64 428, 63 . 1 .7,5 .3,5 2 K E J F kN s L s
78
5.4.2.Lựa chọn van khí nén:
Van khí nén được chọn theo catalog của hãng JELPC http://www.jelpc.com/4v300-series-valve.html
http://www.jelpc.com/2-2-way-direct-operated-valve.html
Theo catalog của nhà sản suất, van5/2 ta chọn loại có mã số 4V310-10 có:
Áp suất làm việc từ 0,15-0.8Mpa
79
Theo catalog của nhà sản suất, van 2/2 ta chọn loại có mã số 2V025-8 có:
Áp suất làm việc từ 0,15-0.7Mpa
80
5.4.3.Lựa chọn van giảm áp:
http://www.jelpc.com/ar,-br-series-regulator.html
Chọn loại AR2000
Áp suất điều chỉnh trong khoảng: 0,05-0,85 Mpa ~ 0,5- 8,5Bar
Áp suất tối đa có thể điều chỉnh: 0,95 Mpa ~ 9,5Bar Áp suất chịu được tối đa :1,5 Mpa ~ 15Bar
81
5.4.4.Lựa chọn máy nén khí:
Tính toán lưu lượng khí cần thiết:
Diện tích piston: 2 2 2 1 2 ( ) ; 4 4 D D d A A
Thể tích khí cần cho mỗi piston trong 1 hành trình (ra- vào) là: 1 2
( ).
V A A S
A là diện tích piston
S là hành trình làm việc của piston
Đường kính và hành trình chuyển động thực của các piston:
Xi lanh nâng hạ cụm dao cắt: Đường kính piston : 32mm Hành trình piston : 150mm Đường kính cần piston : 12mm
Xi lanh nâng hạ bàn cắt săm: Đường kính piston : 32mm Hành trình piston : 50mm Đường kính cần piston : 12mm
Xi lanh nâng hạ cụm má kẹp săm trên: Đường kính piston : 40mm
82
Hành trình piston : 55mm Đường kính cần piston : 16mm
Xi lanh đẩy cụm ngàm kẹp săm trên dưới và xi lanh dán săm:
Đường kính piston : 32mm Hành trình 1 : 55mm
Hành trình 2 : 5mm
Đường kính cần piston : 12mm
Từ công thức tính thể tích ở trên, ta tính được thể tích khí cần thiết của tất cả các piston (1 hành trình vào –ra ) cho 1 lần cắt dán săm:
3
523,19 0,523
V cm lit
Thời gian để cắt dán xong 1 săm xe là 15 giây
83
Chọn máy nén khí piston 1 cấp của hãng HERTZ
http://www.hertz-kompressoren.com/Products/Reciprocating- Compressors/Single-Stage-Compressors#bas Chọn loại HPC S1 có: Áp suất 8bar Lưu lượng 205lít/phút Dung tích bình chứa 80 lít
84
Chương 6:
THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY LƯU HÓA 6.1 Yêu cầu kỹ thuật và thông số đầu vào máy lưu hóa:
Tất cả máy móc khi thiết kế chế tạo đều có yêu cầu kỹ thuật để quá trình hoạt động đạt hiệu quả cao. Dưới đây là yêu cầu kỹ thuật của máy lưu hóa thỏa mãn điều kiện sản xuất ở nhà máy:
Tính toán thông số kỹ thuật:
Ta có: thời gian làm việc ở nhà máy là 7 giờ/ ngày
Và do năng suất cần đạt được là 42000 chiếc/ tháng, nên năng suất trung bình cần đạt được là: 200
chiếc/ giờ
Theo các thiết kế tham khảo ta chọn thiết kế các máy lưu hóa 2 tầng có chu trình lưu hóa cần thiết trong khoảng 5-6 phút là thỏa yêu cầu năng suất vì: Số săm lưu hóa trong 1 giờ đối với 1 máy lưu hóa 2 tầng loại 5-6 phút là: 24
chiếc/ giờ
Như vậy ta có số máy cần thiết là 9 máy là thỏa yêu cầu năng suất và phù hợp với tình hình tài chính ở nhà máy
85
6.2 Thiết kế mạch thủy lực:
Ở đây ta sử dụng hệ thống thủy lực kí hiệu A.N.S.I
Từ phương án thiết kế ta chọn đưa ra sơ đồ mạch thủy lực như sau:(hình 6.1)
Hình 6.1 -Sơ đồ mạch thủy lực
6.2.1 Nguyên lý hoạt động:
Chia ra thành 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: đầu piston đi lên ép các khuôn lại với nhau. Ở giai đoạn này dưới tác dụng của áp suất thủy lực do bơm cung cấp lên phía trên đĩa piston, thanh truyền có gắn đầu ép sẽ dịch chuyển ra ngoài cụ thể ở đây là thanh truyền dịch chuyển lên phía trên. Khoảng cách dịch chuyển của thanh truyền phụ thuộc vào nguồn áp lực của dòng thủy lực do bơm cung cấp, chiều dài của thanh truyền và tác động đóng mở của cơ cấu điều khiển chính.
86
Van điều khiển Solenoid ở giai đoạn này, trục chính dưới tác dụng của từ trường sẽ dịch chuyển sang trái, lúc này cổng P nối thông với cổng B để đưa chất lỏng vào cylinder, đồng thời cổng A sẽ thông với cổng T đưa chất lỏng về thùng chứa thông qua bộ lọc tinh.
+ Giai đoạn 2: đây là giai đoạn đầu ép được đưa trở về vị trí ban đầu. Tương tự như ở giai đoạn 1 dưới tác dụng của áp suất do bơm cung cấp lên phía mặt dưới của đĩa piston thì làm thanh truyền chuyển động xuống phía dưới mang theo đầu ép.
Van Solenoid ở giai đoạn này, trục chính dưới tác động của từ trường sẽ dịch chuyển sang phía phải, lúc này cổng P sẽ được nối thông với cổng A để đưa chất lỏng vào trong cylinder, đồng thời cổng T sẽ được nối thông với cổng B để đưa chất lỏng vế thùng chứa qua bộ lọc.
6.2.2 Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết.
6.2.2.1 Bộ phận tác động: Cylinder – Piston.
Trong phần này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về bộ phận tác động chuyển động tịnh tiến, đó là: cylinder – piston, động cơ tịnh tiến, động cơ tuyến tính…
6.2.2.1.1 Nhiệm vụ của cylinder – piston:
Biến đổi năng lượng áp suất của chất lỏng thành cơ năng. Có 3 dạng bộ phận tác động:
Bộ phận tác động chuyển động tịnh tiến – cylinder thủy lực. Bộ phận tác động chuyển động quay - Động cơ thủy lực. Bộ phận tác động bán quay (giới hạn góc quay).
87
6.2.2.1.2 Các thành phần cơ bản của cylinder-piston: ( hình 6.2) Cylinder có hình trụ tròn, là bộ phận cố định, bên trong cylinder có bộ
phận chuyển động tới lui theo chu kì gọi là piston. Piston thường được nối với thanh truyền. Trong hệ thống thủy lực, thanh truyền được nối với piston để truyền động năng từ piston lên tải, cũng có trường hợp không dùng thanh truyền piston tác động trực tiếp lên tải, lúc này piston thường được gọi tên là
Hình6.2 – Các thành phần cơ bản của cylinder - piston.
thanh đẩy hay trụ đẩy. Phía cylinder có thanh truyền nhô ra gọi là ’’đầu thanh’’ và phía không có thanh truyền gọi là ’’đầu nắp’’.
* Cấu trúc thanh truyền piston:
Hoạt động với cả 2 phần trong và ngoài buồng cylinder. Phần mặt ngoài của thanh truyền cần phải phẳng, cứng và vòng đai phải kín. Tính chống mòn cần phải được chú ý đến. Người ta thường phủ 1 lớp crôm lên các bề mặt của
88
thanh truyền, tuy nhiên lớp crôm này có thể bị rổ dạng tổ ong, nó sẽ tạo điều kiện cho việc hấp thụ hơi nước vào nơi ấy và cuối cùng dẫn đến nguyên nhân oxy hóa. Trong môi trường nước khắc nghiệt, người ta thường sử dụng thép được phủ 2 lớp crôm và niken. Thông thường độ dày của lớp phủ từ 40÷150m, thỉnh thoảng cũng sử dụng thép chống gỉ để thay thế. Để khắc phục những khiếm khuyết của vật liệu kim loại người ta phủ lên nó 1 lớp ceramic.
6.2.2.1.3 Phân loại cylinder-piston:
Cylinder-Piston tác động đơn: hình 6.3
Loại này có cửa nạp vừa là cửa xả chung trong cylinder và piston chỉ sinh theo một chiều chuyển động. Khi dầu thủy lực được bơm vào cylinder, piston (hay trụ đẩy) sẽ chuyển động và sinh công. Piston sẽ trở về vị trí ban đầu do trọng lượng của tải hay do lực đẩy của lò xo và dầu bị ép trở về bình chứa.
Hình 6.3 – Cylinder - Piston tác động đơn
89
Cylinder-Piston tác động kép: Trong cylinder-piston tác động kép, piston sẽ sinh công theo cả 2 chiều tịnh tiến. Dầu thủy lực sẽ vào / ra trong cylinder ở cả 2 bên piston vì vậy trên cả 2 đầu cylinder đều có cửa nạp và cửa xả. (hình 6.4)
Sự lưu động của của dầu thủy lực được điều khiển bởi van 1 chiều hoặc
bơm thủy lực đảo chiều.
Hình 6.4 – Cylinder - Piston tác động kép
Cylinder-Piston kiểu bậc: hình 6.5
Chiều dài của cylinder-piston là tổng chiều dài của thanh đòn, bề dày của piston, đáy, đỉnh và chiều dài của thanh truyền. Kiểu cylinder-piston này được sử dụng trong trường hợp hạn chế về chiều dài của máy. Hầu hết cylinder-piston kiểu bậc đều tác động đơn.
90
Hình 6.5 – Cylinder - Piston kiểu bậc Hình 6.6 – Cylinder – Piston kiểu pluger
Cylinder-Piston kiểu pluger: hình 6.6
Loại cylinder-piston này không có piston hoặc piston không kín với cylinder. Cylinder chỉ dùng như cylinder đẩy, điều này sẽ dẫn đến piston có mối quan hệ về bề dày với thanh truyền.
6.2.2.1.4 Tính chọn cylinder-piston:
Các piston của cylinder công tác được làm đặc hoặc rỗng. Piston truyền lực tới đầu ép và chịu nén. Kiểu liên kết giữa piston với đầu ép có thể là kiểu liên kết cứng (đuôi piston ngậm chặt đầu vào đầu ép).
Các cylinder thường được chế tạo theo kiểu rèn từ thép Cacbon 45 hoặc 60, bề mặt của chúng được tôi và đánh bóng cẩn thận (độ nhám bề mặt không quá 0.63 và độ chính xác tương đương cấp 2 khi lắp vào ống dẫn hướng). Các piston được liên kết cứng với đầu ép, thường được chế tạo từ thép hợp kim crôm – môlipden, độ cứng bề mặt công tác của piston bằng 48÷60HRC.
91
* Tính toán các thông số kỹ thuật của cụm cylinder – piston:
Gọi Dc - là đường kính trong của cylinder, mm. Dr - là đường kính của trục piston, mm.
A - là diện tích mặt trong cylinder, diện tích đĩa piston, mm2. p - là áp suất của hệ thống thủy lực, N/m2.
F - là tải trọng làm việc, N.
Theo như yêu cầu thiết kế lốp xe quy cách 2.25/2.5-17, 2.75/3-17, 2.25/2.5- 16, 2.75/3-14, 3.5/4-10 năng suất 30.000 chiếc/ tháng
Ta vẽ được các khuôn, phù hợp với các kích thước lốp quy cách ở trên sau đó dùng phần mềm solidworks tính toán khối lượng.
92
Hình 6.7 – Mô hình thiết kế 3D máy lưu hóa 2 tầng
Theo như mô hình cho thấy thì cơ cấu cylinder- piston chịu trọng lượng của: bệ đỡ khuôn dưới, khuôn dưới, khuôn giữa, 3 lòng khuôn chứa săm xe, vật liệu chế tạo tất cả đều làm bằng thép đúc.
Dùng phần mềm solidworks sau khi thiết kế ta có trọng lượng cần thiết như sau:
*Bệ đỡ khuôn dưới: 64492.92 grams
93 *Khuôn dưới: 61788.18 grams
Hình 6.9 – trọng lượng khuôn dưới
94
Hình 6.10 – trọng lượng khuôn giữa
*3 Lòng khuôn chứa săm xe: đơn cử tính cho khuôn chứa săm quy cách 2.25-17 Ta có khối lượng là :
95
Như vậy: F =(65+62+70+104) x 9.81 = 2953 (N).
Ở đây ta chọn áp suất của hệ thống p=85 (bar). Cylinder làm từ thép đúc có [σ] = 80÷100 MPa.
Kiểm tra lại theo công thức (3.4.2f), ta có áp suất tối ưu của hệ thống: 3 2 OT p = 3 2 10 . 100 6 ≈ 28900000 (N/m2) = 289 (bar). Như vậy pOT > p. Nên ta chấp nhận áp suất của hệ thống p = 85 bar.
Từ áp suất hệ thống ta suy ra các thông số của cylinder – piston theo mối quan hệ kỹ thuật: 4 2 5 3 10 10 85 2593 m p F A Dc A 0.02 m 14 . 3 10 3 4 4 4
Như vậy theo bảng 4.1(trg140-Tài liệu I), ta chọn Dc=56(mm). Và đường kính thanh truyền Dr=50(mm).
* Chiều dài thanh truyền piston L, mm.
Để đảm bảo sức bền của thanh truyền piston khi làm việc, chiều dài Lp của trục piston phải thõa mãn công thức sức bền vật liệu sau:
2 2 L EJ K
Với K – tải trọng tới hạn, kg;
E – môđun đàn hồi, E=2.1x106 kg/cm2 (đối với thép); . J – mômen quán tính đối với tâm thanh truyền.
96 64 4 d J (cm4)
Như vậy ta thay các số liệu vào, ta được L:
64 195 2 10 1 . 2 14 . 3 3 6 4 2 K EJ L 288.71 (mm). Để đảm bảo độ bền trục piston ta chọn Lp= 695(mm). 6.2.2.2 Hệ thống van:
6.2.2.2.1 Nhiệm vụ của van thủy lực :
Van thủy lực có nhiệm vụ điều khiển dòng thủy lực, tín hiệu điều khiển và bộ phận tác động thủy lực. Van thủy lực thường được sử dụng điều khiển tốc độ dòng, điều khiển hướng và điều khiển áp suất thủy lực. Tuy nhiên một số van có đa chức năng, có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ điều khiển.
Tín hiệu điều khiển van có thể là tín hiệu cơ khí, tín hiệu bằng tay, thủy lực, khí nén hoặc điện. Tác động của van điều khiển có thể là tín hiệu số (digital) hay tín hiệu tương tự (analogue).
Thông thường van có những chức năng sau:
Van tràn được sử dụng để giữ áp suất của mạch thủy lực.
Van trục ống 4 cổng có thể sử dụng để thay đổi trực tiếp chiều quay của mô tơ thủy lực.
Van điều khiển lưu lượng sử dụng để thay đổi tốc độ của bộ tác động.