4.6.1. Phân tích chọn sơ đồ thuỷ lực
Ngày nay, trong máy ép thuỷ lực ng−ời ta th−ờng sử dụng các dạng sơ đồ truyền dẫn thuỷ động thuỷ lực mạch hở. Trong hệ mạch hở, chất lỏng từ xi lanh công tác, sau khi làm việc xong, đ−ợc chuyển về thùng dầu không trở về ngay bơm. Ưu điểm của hệ mạch hở là, trong quá trình làm việc, chất lỏng luôn đ−ợc làm nguội ở thùng dầu tr−ớc khi vào bơm, it khả năng rò rỉ dầu trong hệ thống so
với hệ thống thuỷ động thuỷ lực kiểu kín. Việc bổ sung dầu vào thùng chứa cũng dễ dàng hơn.
Công của máy ép đ−ợc xác định bằng thời gian hành trình công tác tp, trong đó, xảy ra quá trình biến dạng tạo hình vật liệu. Việc xác định công suất thiết lập của bơm phụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng công tác trong hệ thống máy ép sao cho trong hệ thống dẫn động hạn chế sự tổn thất năng l−ợng. Trong dẫn động bơm không tích áp tại bất kỳ một thời điểm nào của hành trình công tác, ta có:
NH = NHH trong đó:
NH - công suất danh nghĩa của máy NHH - công suất danh nghĩa của bơm.
Từ đó suy ra giản đồ công tác của bơm và máy ép là nh− nhau khi biến dạng phôi. Muốn sử dụng hoàn toàn công suất danh nghĩa của máy trong thời gian hành trình công tác tp thì bơm cần phải làm việc với công suất NHH trong khoảng hành trình Sp. Ta có công thức:
NHH = k.Q.p trong đó:
k - hệ số thứ nguyên của Q,p, NHH, Q - l−u l−ợng bơm.
Nh− vậy, với máy ép thuỷ lực một xi lanh công tác với l−u l−ợng bơm không đổi thì công của máy ép tiêu hao cho biến dạng phôi bằng công của bơm (công suất thiết lập); p’ là phần áp suất mà bơm không sử dụng hết ở thời điểm bất kỳ. Ph−ơng pháp sử dụng bơm không trữ áp làm tăng hiệu quả sử dụng công tác thiết lập của bơm trong thời gian làm việc do giữ đ−ợc áp suất ở một mức độ nhất định, dễ chọn và hiệu quả làm việc của động cơ điện cao, công suất yêu cầu của động cơ có thể giảm.
Tuy nhiên, sử dụng bơm có l−u l−ợng không đổi với một bậc hiệu suất có một số nh−ợc điểm sau:
- Phần lớn công suất bơm không đ−ợc sử dụng hết.
- Công suất bơm chỉ sử dụng chủ yếu trong hành trình có tải Sp, tính kinh tế thấp.
Vì vậy, việc sử dụng tốt nhất công suất thiết lập của bơm trong thời gian công tác tp có thể thực hiện đ−ợc khi ta sử dụng một số bơm đ−ợc đóng mở tuần tự và cho một áp suất chất lỏng công tác ổn định.
Sơ đồ nguyên lý của dẫn động này khác với sơ đồ dẫn động bơm không tích áp bình th−ờng ở chỗ sử dụng hai hay nhiều bơm có l−u l−ợng và áp suất khác nhau đ−ợc dẫn động từ cùng một động cơ.
d s PH p’ P a b o
Hình 4-5. Giản đồ áp lực của bơm l−u l−ợng không đổi
Lúc đầu cả hai bơm cùng làm việc, sau một khoảng thời gian bơm (1) đạt đến trị số áp suất tối đa của nó thì nhờ có cơ cấu giảm áp sẽ ngắt tải và bơm chạy không tải, lúc này chỉ còn bơm (2) hoạt động thực hiện làm biến dạng vật dập nh−ng với tốc độ chậm hơn và đ−ợc xác định bằng năng suất của bơm này.
Trên biểu đồ ta thấy:
- Trên đoạn S1 cả hai bơm cùng làm việc, l−u l−ợng của hệ thống sẽ là Q1+Q2 và cho áp suất PH1.
- Bắt đầu từ điểm d, bơm (1) bị tách ra khỏi hệ thống, khi đó chỉ còn bơm (2) làm việc cho l−u l−ợng Q2 và áp suất của hệ thống do bơm (2) quyết định. Tốc độ dịch chuyển của pittông công tác trong hai giai đoạn sẽ là:
2 2 2 1 2 1 1 S Q v và S Q Q
v = + = . Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy v1>v2. - Hiệu suất của hệ thống trong sử dụng bơm có hai bậc hiệu suất cao hơn so với sử dụng một bơm có l−u l−ợng không đổi. Nếu tăng số l−ợng bơm (dẫn động nhiều bậc hiệu suất) thì hiệu suất của hệ thống sẽ tăng lên. Tuy nhiên việc tăng số l−ợng bơm còn phụ thuộc vào tính kinh tế và giá thành chế tạo của máy ép thuỷ lực.
Hệ thống truyền động thuỷ lực thuỷ tĩnh trên máy ép thuỷ lực có kết cấu theo mức độ phức tạp khác nhau tuỳ theo yêu cầu, đặc điểm và tính năng sử dụng theo từng loại máy.
Máy ép thuỷ lực dập nóng th−ờng dùng gia công các chi tiết có kích th−ớc lớn, nên máy ép thuỷ lực không cần cơ cấu ép biên. Để cụm đầu tr−ợt (xà động và khuôn trên) chuyển động lên xuống đ−ợc nhanh mà không phải sử dụng các bơm l−u l−ợng lớn, trên máy ép sử dụng hai xi lanh đẩy về, dùng để nâng cụm đầu
tr−ợt và bảo đảm tốc độ đi lên của xà động theo yêu cầu kỹ thuật. Đồng thời, để dễ dàng tháo sản phẩm khỏi khuôn d−ới, sử dụng thêm một cụm xi lanh - pittông đẩy phôi lắp phía d−ới bàn máy.
Hình 4.6. Biểu đồ l−u l−ợng, áp lực và tốc độ của hai bơm trong dẫn động hai bậc hiệu suất
Máy ép thuỷ lực theo thiết kế sẽ có 2 chế độ làm việc chính, hoạt động nh− sau:
• Chế độ làm việc không tải
a. Hành trình không tải đi xuống (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Động cơ khởi động, bơm cấp dầu cho hệ thống thuỷ lực, dầu qua hệ thống thuỷ lực đi vào buồng trên của 2 xi lanh phụ. Pittông của 2 xi lanh phụ đi xuống mang theo cụm đầu tr−ợt với tốc độ 50 mm/s, hành trình lớn nhất của cụm đầu tr−ợt là 600 mm. Khi đầu tr−ợt đi xuống điểm giới hạn d−ới cùng, cảm biến vị trí hoạt động truyền tín hiệu điều khiển về van đảo chiều, điều khiển cụm van phân phối đảo chiều chuyển động của dầu, dầu sẽ đi vào buồng d−ới của 2 xi lanh phụ.
b. Hành trình không tải đi lên
Dầu qua hệ thống thuỷ lực đi vào buồng d−ới của 2 xi lanh phụ, đẩy pittông đi lên mang theo cụm đầu tr−ợt với tốc độ 40 mm/s. Nếu pittông đi lên hết hành trình, cảm biến vị trí hoạt động sẽ truyền tín hiệu cho van điều khiển, điều khiển
Q2 P S, t b d PH2=PH PH1 a V2 S, t S2, t2 Q1 + Q2 V1 S1, t1
hệ thống thuỷ lực làm đảo chuyển động của dầu vào 2 xi lanh phụ, khi đó cụm đầu tr−ợt lại chuyển động đi xuống.
• Chế độ làm việc có tải
a. Quá trình ép phôi
Cụm xà ngang - đầu tr−ợt chuyển động đi xuống, khi chạm vật dập, áp lực trong xi lanh chính tăng dần lên do bơm cao áp tăng áp, đầu tr−ợt tiếp tục chuyển động đi xuống với tốc độ chậm 1 mm/s. Nếu trở lực biến dạng của vật rèn lớn v−ợt quá áp lực làm việc cho phép, hệ thống van an toàn sẽ tự động ngắt tải của các bơm bảo đảm an toàn cho hệ thống. Lực ép lớn nhất của máy là 500 T.
b. Quá trình tháo sản phẩm
Khi cụm xà ngang - đầu tr−ợt chuyển động đi lên đến độ cao cho phép, hệ thống điều khiển nối dầu cho cụm pittông - xi lanh tháo phôi. Pittông đi lên đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, hết hành trình của pittông đẩy phôi (320 mm), cảm biến vị trí hoạt động truyền tín hiệu điều khiển, hệ thống thuỷ lực đảo chiều chuyển động của dầu vào buồng trên của xi lanh tháo phôi đẩy pittông đi xuống. Lực tháo phôi là 60 T.
Nh− vậy, để máy ép thuỷ lực hoạt động theo yêu cầu làm việc nh− đã thiết lập ở trên, hệ thống thuỷ lực của máy phải có một số các phần tử thuỷ lực sau:
- Cụm pittông - xi lanh chính. - Hai cụm pittông - xi lanh phụ. - Cụm pittông - xi lanh tháo phôi. - Cụm bơm thuỷ lực.
- Động cơ dẫn của bơm thuỷ lực. - Cụm van an toàn.
- Cụm van điều khiển. - Cụm van phân phối. - Cụm van chia dòng. - Thùng dầu.
- Bộ lọc dầu.
- Hệ thống ống dẫn dầu.
Ngoài ra còn có một số các thiết bị khác nh− các van một chiều, van chặn, đồng hồ đo áp suất, đồng hồ báo dầu, nhiệt kế, các van xả khí...
Căn cứ vào chế độ làm việc của máy, sơ đồ nguyên lý truyền động thuỷ lực của máy đ−ợc thiết kế nh− hình 4-7.
Hình 4- 7 . Sơ đồ ng uyê n lý hệ th ống thuỷ lực máy ép 500 T
Trên hình 4-7 gồm 41 chi tiết và cụm chi tiết: 1,6 - động cơ điện 3 pha; 2,7- các bơm bánh răng; 3,5,8,10- các bộ lọc dầu; 4- bơm pittông cao áp; 9- van điều áp; 11- thùng dầu chính; 12,13,14- các van an toàn; 15,16,28,32- các van một chiều; 17,18,20,36- các van điều khiển; 19,35- van phân phối; 21- van đảo chiều; 22,23- cụm van chia dòng; 24,26,29,34 - bộ điều tốc; 25,30: cụm xi lanh, pittông phụ; 27-cụm xi lanh, pittông chính; 31- thùng dầu phụ; 33- cụm pittông, xi lanh của cơ cấu tháo phôi; 37- đồng hồ áp suất; 38,39,40- van xả khí và 41- van chặn.
4.6.2. Tính toán và chọn các bơm thuỷ lực
Bơm là phần tử tạo ra năng l−ợng, bơm là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống thuỷ lực. Các thông số cơ bản của bơm là l−u l−ợng và áp suất.
a- Bơm bánh răng l−u l−ợng
Bơm l−u l−ợng (5) có nhiệm vụ cấp dầu cho 2 xi lanh phụ (33), (35) và bổ sung dầu cho thùng dầu (46).
Hình 4-8. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bơm bánh răng
Để đạt đ−ợc tốc độ dịch chuyển của cụm xà ngang-đầu tr−ợt chuyển động đi xuống với v = 50 mm/s và đi lên với v = 40 mm/s thì bơm l−u l−ợng phải bảo đảm cung cấp đủ l−ợng dầu điền đầy vào 2 xi lanh phụ và bổ sung dầu liên tục cho thùng dầu phụ (31).
Theo thông số thiết kế ban đầu: lực đẩy trở về của cụm đầu tr−ợt là 10 T, vậy lực tác dụng trên mỗi xi lanh phụ là 5 T.
2 200 25 5000 cm p P S= = = S = 2.104 mm2
Vận tốc chuyển động đi xuống lớn nhất là 50 mm/s, nên l−u l−ợng dầu cần thiết đ−a vào xi lanh phụ khi đi xuống là:
Qx = vx.S = 50.2.104 = 106 mm3/s Qx = 10-3 m3/s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hai xi lanh phụ sẽ có l−u l−ợng lớn nhất cần thiết khi đi xuống là: Qp = 2.Qx = 2.10-3 m3/s
Qp= 120 l/ph
Vì bơm phải đảm nhiệm cung cấp dầu cho thùng dầu phụ (31) nên ta chọn bơm l−u l−ợng có các thông số kỹ thuật nh− bảng 8-1.
Bảng 4-1
Các thông số của bơm bánh răng l−u l−ợng
STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị
1 L−u l−ợng l/ph 200
2 áp suất lớn nhất cho phép MPa 2,5
3 Tốc độ quay của trục bơm v/ph 1450
b- Bơm bánh răng điều khiển
Bơm có nhiệm vụ cung cấp dầu điều khiển cho các van điều khiển trong hệ thống, cấp dầu cho xi lanh tháo phôi, bổ sung dầu cho thùng dầu phụ.
Diện tích xi lanh tháo phôi là:
2 3 2 15.10 150 400 60000 mm cm p P Stp = tp = = = Bảng 4-2
Các thông số của bơm bánh răng điều khiển
STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị
1 L−u l−ợng l/ph 100
2 áp suất lớn nhất cho phép MPa 25
L−u l−ợng dầu cần thiết cho xi lanh tháo phôi là:
Qt = vtp.Stp = 65.15.103 = 975 000 mm3/ Qt = 58,5 l/ph
Bơm bánh răng điều khiển có các thông số kỹ thuật đ−ợc chọn theo bảng 4-2.
c- Bơm pittông cao áp
Bơm pittông có khả năng làm kín tốt hơn so với bơm bánh răng, vì vậy bơm pittông đ−ợc sử dụng trong hệ thống thuỷ lực có áp suất cao. Bơm pittông cao áp có nhiệm cụ cung cấp dầu cao áp cho xi lanh chính và xi lanh tháo phôi khi chúng làm việc.
Hình 4-9. Sơ đồ nguyên lý bơm pittông rôto h−ớng trục 1. rô to; 2. pittông; 3. đĩa nghiêng; 4. nắp; 5. rãnh bơm
Bảng 4-3
Các thông số của van phân phối dùng cho bơm pittông cao áp
STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị
1 L−u l−ợng l/ph 30
2 áp suất lớn nhất cho phép Mpa 40
3 Tốc độ quay của trục bơm v/ph 1450 Diện tích tiết diện ngang xi lanh chính là:
2 3 2 mm 10 . 125 ) cm ( 1250 400 500000 p P S = = = = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
L−u l−ợng cần thiết cho xi lanh chính khi làm việc có tải là: Qclv = vlv.S = 1.125.103 = 125 000 mm3/s Qclv = 7,5 l/ph
- Pittông tháo phôi khi tháo phôi có tốc độ 22 mm/s, vậy l−u l−ợng dầu cần thiết cho xi lanh tháo phôi khi có tải là:
Qtlv = vtlv.St = 22. 15.103= 330 000 (mm3/s) Qtlv = 19,8 l/ph
Căn cứ vào các giá trị tính đ−ợc, chọn bơm pittông cao áp có các thông số kỹ thuật nh− bảng 4-3.
Ch−ơng 5
Các van, bộ phân phối vμ đ−ờng ống trạm máy ép thuỷ lực
5.1. Các van
Theo chức năng, trong máy ép thuỷ lực sử dụng các loại van sau đây: van nạp và van xả, van tiết l−u, van một chiều, van an toàn, van chặt, van kết hợp.
Hình 5-1. Các van của máy ép thuỷ lực
1,8,9. các van; 2. lò xo; 3-10. vỏ áo của van; 4-12. cần của van; 5-11. thân vỏ; 6. đệm kín; 7. nút xả khí; 13. ống lót; 14. lỗ; 15. đệm kín; 16. nắp; 17. lò xo;
18. kim chỉ thị
Theo ph−ơng thức hoạt động, các van đ−ợc chia ra làm ba loại: van có điều khiển (van nạp và xả), van tự động (van một chiều, van an toàn) và van hoạt động hỗn hợp (một số loại van chặn, van cấp).
Đế của van có dạng côn, với góc là 450, áp suất trên vành côn đ−ợc lấy bằng 80 - 100 MPa. Các van phải đ−ợc dẫn h−ớng để đảm bảo sự đóng ổn định trên đế van. Chiều cao h của van đ−ợc lấy bằng (1,5 - 2,0)d.
Khe hở giữa van là lỗ dẫn h−ớng th−ờng lấy bằng 0,1mm. Sơ đồ van nạp có điều khiển, không giảm tải, đ−ợc trình bày trên hình 5-1.a.
Thân van đ−ợc ép vào đế bằng lực: Π + = Ρ d pa 4 2 π (5.1) trong đó: d- đ−ờng kính van;
pa- áp suất n−ớc hoặc nhũ t−ơng;
Π- lực ép của lò xo.
Nếu lấy tỷ số truyền giữa tay quay và cần van bằng 1/25 và lực trên đòn bẩy điều khiển là 80N (8kG) và bỏ qua lực lò xo và lấy Pa= 20MPa (200kG/cm2), thì theo biểu thức (5.1) ta nhận đ−ợc trị số giới hạn của đ−ờng kính van không có giảm tải là: D = 1,1cm 200 . 14 , 3 25 . 8 . 4 = Ρ
Sơ đồ hoạt động của van trong bộ phân phối n−ớc có giảm tải đ−ợc trình bày trên hình 5-1.b. Van chính 8 đ−ợc mở do tác dụng của cần van 12. Cần van đầu tiên sẽ nâng van giảm tải 9, sau đó sẽ mở van chính qua ống lót 13. Các lỗ 14 có đ−ờng kính khoảng 2mm sẽ làm tăng tác động của khe hở giữa van và vỏ áo.
Nếu n−ớc áp suất cao đ−a vào khoang ở trên van qua tiết diện tổng f1 t−ơng đối nhỏ, thì van sẽ tự mở. Nếu tiết diện f1 lớn hơn nhiều so với tiết diện tổng f2, qua tiết diện đó n−ớc áp suất cao đ−ợc đ−a vào khoang nằm d−ới van, thì hiệu lực giảm tải sẽ bị giảm đi.
Cần của van th−ờng đ−ợc làm liền với van giảm tải và đ−ợc làm kín từ hai đầu bằng các đệm 15. Vỏ áo của van 10 đ−ợc lắp vào thân vỏ van 11 có nắp che 16. Để điều chỉnh và quan sát sự nâng của van, có kim chỉ 18 đ−ợc ép vào cần van bằng lò xo 17.
Lực nâng của van có giảm tải là:
Π + Τ + Ρ − π = Ρ 2 a 2 2 1 d ) d ( 4 (5.2)
trong đó: d1 - đ−ờng kính van giảm tải, cm; d2 - đ−ờng kính cần van, cm; T - lực ma sát ở các đệm, N. Tiết diện l−u thông của van:
f