Thuyết minh ĐA Máy thể tích potx

- Tính toán thông số xylanh ép chính tự chọn áp suất làm việc, xylanh nhỏ, bơm nguồn p,Q, động cơ kéo bơm tự chọn số vòng quay theo tiêu chuẩn dung tích bể dầu - Lựa chọn các phần tử thủ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

GIỚI THIỆU MÁY ÉP THỦY LỰC 4

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ÉP 60 TẤN………

………

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH 5

1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 5

1.2 KẾT CẤU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 6

1.3 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 7

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 10

2.1 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH: 10

2.1.1 Tính toán xylanh chính 10

2.1.2 Tính toán 2 xylanh nhỏ 11

2.2 TÍNH TOÁN CHỌN BƠM: 11

2.2.1 Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm 11

2.2.2 Tính toán chọn động cơ 12

2.3 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG 13

2.3.1 Tính toán đường kính ống hút 14

2.3.2 Tính toán đường kính ống đẩy 14

2.3.3 Tính toán đường kính ống xả 14

2.4 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BỂ DẦU 14

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 16

3.1 XÁC ĐỊNH VAN PHÂN PHỐI 16

3.2 VAN MỘT CHIỀU CÓ ĐIỀU KHIỂN 17

3.3 VAN AN TOÀN 18

3.4 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU 19

3.5 XÁC ĐỊNH LOẠI ỐNG NỐI 19

3.6 ÁP KẾ 20

3.7 BỘ LỌC DẦU 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

Xylanh ép chính sử dụng loại xylanh chày, ép từ trên xuống Sử dụng hay

xylanh nhỏ cho hành trình bàn ép nhanh và hồi bàn ép

Yêu cầu:

- Đưa ra giải pháp bố trí các xylanh

- Thiết kế sơ đồ thủy lực

- Tính toán thông số xylanh ép chính (tự chọn áp suất làm việc), xylanh nhỏ, bơm nguồn (p,Q), động cơ kéo bơm (tự chọn số vòng quay theo

tiêu chuẩn) dung tích bể dầu

- Lựa chọn các phần tử thủy lực phù hợp ( theo catalog của một nhà cung cấp bất kỳ)

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơ khí nói

chung và ngành thủy lực nói riêng đóng một vai trò vô cùng quan trọng Vớikhả năng tự động hóa cao, hoạt động an toàn, các máy móc thiết bị thủy lực cómặt rộng rãi ở mọi lĩnh vực trong nền kinh tế : xây dựng, giao thông, quốcphòng

Trong ngành thủy lực nói chung công nghệ ép thủy lực được ứng dụngphổ biến hơn cả.Với kết cấu đơn giản dễ sử dụng công nghệ ép thủy lực đãđược đưa vào trong rất nhiều ngành công nghiệp lớn nhỏ khác nhau như:Luyệncán thép, Đóng tàu ,Dầu mỏ…

Mặc dù rất cố gắng nỗ lực tuy nhiên do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế

về chuyên môn nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dungcũng như trong cách trình bày Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến củacác thày cô giáo, các bạn và những người quan tâm tới đồ án này để đồ án thêmhoàn thiện và mang tính thực tiễn cao hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy NGÔ SỸ LỘCcùng các thầy cô trong bộ môn Máy Tự Động Thủy Khí đã giúp em trong suốtquá trình làm đồ án

Sinh viên thực hiện:

Hà Nội , ngày 5 tháng 5 năm 2011

GIỚI THIỆU MÁY ÉP THỦY LỰC 60 TẤN

Trong những năm gần đây ở nước ta, kỹ thuật truyền động và điều khiển hệthống thủy lực thể tích đã có những ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ, máy xây dựng, phương tiện vận chuyển, máy bay, tàu thủy…đó là do hệ thống thủy lực có rất nhiều ưu điểm quan trọng

so vói các hệ thống cơ khí hay điện: làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn và kích thước nhỏ gọn…

Chỉ nói riêng đến máy ép, từ loại nhỏ đến loại lớn, với những vật liệu ép, sản phẩm ép đa dạng thì hệ thống dẫn động thủy lực đều có thể ứng dụng được, đặc biệt là các máy ép cần công suất lớn do ưu điểm tạo ra được lực ép lớn mà các thiết bị điện, cơ khí không làm đựoc Ví dụ như: máy ép kim loại, máy ép phế liệu, máy ép viên thuốc nén, máy ép gạch…

Một số loại máy ép

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ÉP 60 TẤN

Ta chọn hệ truyền động dung cho máy là hệ truyền động thủy lực thể

tích.Cơ cấu chấp hành của hệ là xilanh điều khiển chày ép.Để điều khiển cơ cấu chấp hành này ta sử dụng các van phân phối kiểu 4/3

Hệ truyền động gồm có các phần chính và chức năng của nó như sau:

- Trạm nguồn: Có chức năng cung cấp năng lượng của dòng chất lỏng côngtác cho cơ cấu chấp hành.Thiết bị tạo năng lượng cho dòng chất lỏng ở đây là bơm thủy lực,với loại dẫn động là động cơ xoay chiều 3pha

- Van phân phối:loại van được sử dụng là van điều khiển bằng điện xoay chiều (điện áp 220V),kiểu van 4/3.Van này có chức năng phân phối dòng chất lỏng làm việc đến các khoang làm việc của các xilanh

- Cơ cấu chấp hành:Cơ cấu chấp hành dùng trong hệ truyền động chính là xilanh.Cơ cấu chấp hành này có chức năng nhận năng lượng của dòng chất lỏng công tác,rồi biến năng lượng đó thành động năng chuyển

động(tịnh tiến)

- Van an toàn: Van an toàn được sử dụng trong hệ thống là loại van an toàntác động trưc tiếp.Nó có nhiệm vụ ổn định áp suất hoạt động của hệ thống,khi áp suất của hệ thống đột ngột tăng thì dòng chất lỏng sẽ được

xã qua van an toàn về bể chứa để hạ áp suất của hệ thống xuống một giá trị đã đặt

- Van một chiều có điều khiển: van một chiều có điều khiển có nhiệm vụ giữ áp trong hệ thống

- Role áp suất: Role áp suất có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện đến van phânphối để dầu xả về bể khi áp suất trong hệ thống đạt tới giá trị đã đặt

- Các thiết bị đường ống và thiết bị hiển thị:Đây là những thiết bị dùng để kết nối các thiết bị khác tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh và hoạt động được.Các đường ống để dẫn dòng chất lỏng công tác từ trạm nguồn đến

cơ cấu chấp hành và ngược lại,bao gồm các hệ thống ống thép chịu

áp(thường là ống thép đúc) và đường ống mềm cao su chịu áp.Thiết bị hiển thị ở đây là đồng hồ đo áp.Thiết bị này có chức năng là hiển thị trị số

áp suất của dòng chất lỏng tại những vị trí mà ta cần biết để có thể điều chỉnh kịp thời nếu cần thiết

Sơ đồ nguyên lý thủy lực của hệ thống:

SAU KHI CÓ SƠ ĐỒ

Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lí

Khi đóng điện từ tủ điều khiển trung tâm, động cơ điện (3) được cấp điện

1.1SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

1.3 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

- Hành trình xuống bàn ép nhanh : Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu

sẽ qua van phân phối đến 2 xylanh nhỏ giúp kéo bàn ép xuống với tốc

độ nhanh Tiết lưu sẽ giúp điều chỉnh lưu lượng vào 2 xylanh bằng nhau

và điều chỉnh đúng tốc độ yêu cầu

- Hành trình ép chính: Lúc này van phân phối số 5 sẽ trở về vị trí ở giữa, dầu sẽ được cấp qua van số 14 lên xylanh ép chính để thực hiện hành trình ép

- Chế độ giữ tải : là chế độ mà xilanh sau khi ép xong sẽ đứng im nhằmlàm cho vật liệu ép gắn kết bền chặt hơn, tạo sản phẩm đạt yêu cầu về độbền cơ học.Lúc này van an toàn sẽ hoạt động để áp suất hệ thống khônglên cao gây hỏng kết cấu sản phẩm

- Hành trình lùi bàn ép : Đóng van số 14, đưa van số 5 về vị trí như hình

vẽ Dầu sẽ cấp qua van số 5 lên 2 xylanh nhỏ giúp đẩy bàn ép lên Trong thời gian này, sản phẩm sẽ được lấy ra khỏi bàn ép

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG

2.1 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH:

d

2.1.1 Tính toán xylanh chính

Lực ép F = 60 tấn = 60 9,8 (kN)

Áp suất khi ép (làm việc): Plv = 250 bar

Thời gian thực hiện hành trình tiến(ứng với quá trình ép) t1= 7s

Thời gian thực hiện hành trình lùi về : t2= 5s

Thời gian giữ ép : t3 =3s

Hành trình s=0,3m =300 mm

Chế độ làm việc:làm việc êm

Diện tích tính toán của xylanh là: S tt=

Đường kính tính toán của xylanh là: D tt=√4 S π =2√0, 02352 π =0 ,17309 (m)

Chọn xylanh theo bảng tiêu chuẩn với :

2.1.2 Lưu lượng cần cấp cho xilanh

Tính toán lưu lượng cần cấp cho xilanh là rất quan trọng trong tính toán

thiết kế các hệ thống thủy lực vì căn cứ vào những kết quả này ta mới tính chọnđược bơm nguồn phù hợp

Lưu lượng cần cấp qua xilanh được tính theo công thức như sau:

Q= f.vTrong đó: Q là lưu lượng cần cấp cho xilanh

f là diện tích tác dụng của xilanh(đối với hành trình tiến,lùi)

v là vận tốc cần pistong

Tốc độ cần pistong trong hành trình tiến là: v1=s/t1

Do đó lưu lượng cần cấp cho xilanh trong quá trình ép là

Lưu lượng cần cấp cho xilanh trong quá trình lùi về là

Vậy áp suất và lưu lượng yêu cầu trong khi ép: P lv = 231,22 bar , Q lv = 65,46(l/ph)

2.1.3 Tính toán 2 xylanh nhỏ

Chọn kích thước của bàn ép gắn cứng với cần pittong là (1m ; 1m ; 0,5m)

Khối lượng riêng của thép khoảng 7,85 tấn/m3

+ Khối lượng của bàn ép m = V ρ = 0,5 7,85 = 3,925 (tấn)

Áp suất làm việc : p = 50bar

+ Diện tích làm việc của xylanh

D tt=√4 S π =2√0,00385 π =0 , 07 (m) = 70(mm)

Chọn xylanh theo bảng tiêu chuẩn với D = 80 (mm) ; d = 50(mm)

Diện tích làm việc của xylanh là: S lv=

Vận tốc hồi bàn ép: V lv = 90(mm/s) = 54 (dm/ph)

Vậy lưu lượng qua xy lanh nhỏ: Q lv = S lv . V lv = 0,503 54 = 27,2 ( l/ph)

Để đảm bảo chu trình ép của máy đã đề ra ta dùng một bơm riêng để cung cấp lưu lượng cho 2xilanh đẩy này

2.2 TÍNH TOÁN CHỌN BƠM:

Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm

Việc tính chọn mẫu bơm dựa trên thông số thiết kế bơm:

Để đảm bảo yêu cầu áp suất của bơm cấp cho hệ thống, xác định áp suất bơm theo hệ số: Pbơm ≥ 1,2 Plv=1,2.231,22 ≈ 280 (bar)

Vậy thông số để chọn bơm là: Pbơm = 280bar và Qbơm= 66 (l/ph)

1) Chọn loại, kiểu động cơ: nếu chọn phù hợp thì động cơ sẽ có tính năng làm việc thích hợp với yêu cầu truyền động của máy Ở đây, chọn động cơ điện xoay chiều ba pha, do cấu tạo và vận hành đơn giản, nối trực tiếp với mạng điện xoay chiều, không cần biến đổi dòng điện

2) Chọn công suất của động cơ Nđc: phải dựa trên công suất của bơm, có tính đến tổn thất cơ khí Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa kinh tế và

kỹ thuật lớn Nếu công suất động cơ nhỏ hơn công suất bơm thì động cơ sẽ làm việc quá tải, nhiệt tăng qúa trị số cho phép, động cơ chóng hỏng Khi động cơ truyền công suất cho bơm dầu sẽ có tổn thất cơ khí trên đường truyền công suất qua các thiết bị cơ khí hoặc do ma sát, thông thường tổn thất này chiếm khoảng ∆Nck ≈ 15% Nđc

Ngoài lượng tổn thất này ra thì 85% Nđc sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực mà bơm dầu cấp cho hệ thống

Vậy công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là:

số như sau:

Động cơ 4A200M4Y3

đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống cứng(ống thépđúc) và ống mềm (ống cao su có các lớp thép) chịu áp.

Để hệ thống làm việc ổn định và có hiệu suất cao thì tổn thất trong đường ống phải là nhỏ.Do vậy,phải giảm tải được độ dài của hệ thống đường ống,đồngthời giảm thiểu các khúc quanh để giảm được năng lượng tổn thất dọc đường vàtổn thất cục bộ

Hệ thống đường ống trong các bộ phận thủy lực nói chung được chia làm 3 phần: đường ống hút, đường ống đẩy và đường ống xả

Đường hút là đoạn đường ống từ bể dầu lên bơm,thường là khá ngắn

Đường ống đẩy là đường ống nối từ bơm đến các van,cơ cấu chấp hành

Đường ống xả là đoạn đường ống đưa dầu về bể dầu

Để tính tiết diện của đường ống phải căn cứ vận tốc của đường dầu.Thông thường khi chọn đường ống ta phải đảm bảo tổn thất trong đường ống là nhỏ nhất và đảm bảo kinh tế.Nếu nhỏ quá thì tổn thất lớn,nếu lớn quá thì tổn thất nhỏ đi nhưng lại không đảm bảo hiệu quả kinh tế,do đó ta cần phải cân nhắc chophù hợp

Thông thường, vận tốc cho phép trong các đường ống này như sau:

Đối với đường ống hút : vhút ≤ 0,8÷1,2 m/s

Đối với đường ống đẩy: vđẩy ≤ 3 ¿ 5 m/s

Đối với đường ống xả : vxả ≤ 1 ¿ 1,6 m/s

Đường kính trong của ống tính theo công thức: d = √4 Q bom

2.3.1 Tính toán đường kính đường ống hút

Đường kính thiết kế của đường ống hút là:

dhút =

3

4 4.65, 46.10

0,0341 0, 042 3,14.(0,8 1, 2).60

bom hut

Q v

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống hút là :dhút = (mm), và đường kính ngoài ống hút là: Dhút = (mm)

2.3.2 Tính toán đường kính đường ống đẩy

Đường ống đẩy thường được chia ra làm hai phần:phần một nằm từ bơm nguồn tới van và phần này nằm toàn bộ trên bể dầu do vậy ta làm phần này bằng ống cứng(thường là thép đúc),phần ống đẩy còn lại nối từ van đến cơ cấu chấp hành ta chọn ống mềm

Đường kính thiết kế của đường ống đẩy là:

ddây =

3

4 4.65, 46.10

0,0167 0, 0215 3,14.(3 5).60

bom day

Q v





Vậy ta chọn đường kính ống cứng và ống mềm có đường kính trong

khoảng: 17÷22 (mm) và chịu được áp suất khoảng 250bar để làm ống đẩy cho

hệ thống

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống đẩylà: ddây = (mm), và đường kính ngoài ống đẩy là:Dđẩy = (mm)

2.3.3 Tính toán đường kính đường ống xả

Đường kính thiết kế của đường ống xả là:

dxả =

3

0,0295 0,0373 3,14.(1,0 1,6).60

bom xa

Q v





Đường ống hồi được bắt từ đế van về bể.Trong thiết kế máy ép này thì do

có bộ làm mát ở đường hồi,do đó đường hồi được chia làm hai phần,một phần

từ đế van đến bộ làm mát và một phần từ bộ làm mát đến bể dầu,ta chọn đường ống hồi làm bằng nhôm hoặc bằng thép đúc có đường kính trong khoảng

:30÷38(mm)

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống

xả là: dxả = (mm), và đường kính ngoài ống xả Dxả = (mm)

3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NGUỒN

3.1 Nguyên tắc tính toán chọn bơm nguồn

Để chọn được bơm nguồn căn cứ vào các thông số làm việc của nó.Việc này dựa trên những nguyên tắc sau:

o Theo áp suất yêu cầu của bơm lớn nhất:

pB=p+pycmax

pB là áp suất bơm

p tổng tổn thất áp suất trong hệ thống

pycmax áp suất yêu cầu lớn nhất

o Theo yêu cầu lưu lượng lớn nhất:

QB=Q+Qyc

QB là lưu lượng bơm

Q tổn thất lư u lượng của hệ thống như rò rỉ…

Qyc lưu lượng yêu cầu của bơm

Ngoài ra khi chọn bơm còn cần phải lưu ý ở một số điểm như sau:

 Có dải tốc độ quay trục phù hợp với tốc độ của động cơ kéo

 Phù hợp với độ nhớt của dầu trong hệ thống

 Có tính lắp lẫn cao để phù hợp trong trường hợp thay thế

 Dễ dàng bảo dưỡng

 Giá thành hợp lý

Trên đây là những điều lưu ý để có thể tính toán và lựa chọn bơm nguồn nhưng trong thực tế chỉ cần căn cứ vào mục đích sử dụng để lựa chọn bơm nguồn đáp ứng được các thông số lưu lượng áp suất hệ thống đồng thời có giá thành phù hợp

3.2 Tính chọn bơm nguồn

Để tính chọn bơm nguồn hệ thống ta có một số giả thiết sau:

 Chiều dài đoạn đường ống hút là: L1=0,5m

 Chiều dài đoạn đường ống xả là : L2=1m

 Chiều dài đoạn ống đẩy là: L3=4m

 Vận tốc và đường kính ống hút là: v1=1(m/s) d1=20mm

 Vận tốc và đường kính ống đẩy là: v2=4(m/s) d2=10mm

 Vận tốc và đường kính ống xả là : v3=1,5(m/s) d3=18 mm

 Chất lỏng làm việc là loại dầu thủy lực CS32 có các thông số kĩ thuật

Độ nhớt =32.10-6 m2/s

Trọng lượng riêng =8,5.103 N/m3

Ta có p=p1+p2

Với p1 là tổn thất qua van phân phối,lấy p1=2 bar

P2 là tổn thất qua đường ống bao gồm tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường

Hệ số tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ là ,

Hệ số  phụ thuộc vào hệ số Reynol

1 1 1

=157655,8328(N/m3)=1,6 bar

Do đó p=p1+p2=2+1,6=3,6 bar

Vậy pB=p+pycmax=3,6+280=283,6 bar

Để thỏa mãn ta lấy pB=300 bar

Đồng thời ta cũng thấy,lưu lượng cần thiết để cấp cho xilanh là: 65,46(l/ph)Nếu chọn bơm nguồn có lưu lượng là Q=66(l/ph) sẽ đáp ứng được yêu cầu lưu lượng của hệ thống

Căn cứ vào 2 thông số áp suất và lưu lượng ở trên cũng như điều kiện làm việc của hệ thống ta thấy bơm piston hướng trục là sự lựa chọn phù hợp nhất do:

 Bơm piston hướng trục có dải áp suất cao

 Bơm piston hướng trục có dải lưu lượng Q<100 l/ph

 Kết cấu bơm bánh răng khá nhỏ gọn,công suất trên một đơn vị trọng lượng lớn,momen quán tính nhỏ

 Do bơm piston hướng trục có góc nghiêng α giữa đĩa nghiêng và block xi lanh nên chúng ta có thể thay đổi lưu lượng của bơm cho phù hợp khi sử dụng ở những chế độ khác nhau

Ta chọn động cơ kéo bơm có số vòng quay n=1445 v/ph,đây là số vòng quay phù hợp với bơm bánh răng.Do đó lưu lượng riêng của bơm được tính theo công thức:

3

3

66.10

44,75( / òng) 1475

4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ DẦU

4.1 Chức năng và nhiệm vụ của bể dầu:

Trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích bể dầu có những chức năng và nhiệm vụ như sau:

 Cung cấp dầu cho hệ thống hoạt động

 Chứa dầu cho toàn bộ hệ thống

 Lắng đọng các loại cặn bẩn có trong dầu trong quá trình hoạt động

 Tỏa nhiệt cho dầu của hệ thống trong quá trình làm việc

 Gá đặt các thiết bị của trạm nguồn