Tiểu luận - Thiết Kế Hệ Thống Cơ Điện Tử - Đề Tài - Thiết Kế, Tính Toán Hệ Thống Điều Khiển Máy Dập Song Động 200 / 160

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3 1 1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC 3 1 2 GIỚI THIỆU VỀ MÁY DẬP SONG ĐỘNG 4 1 2 1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU 4 1 2 2 PHÂN LOẠI 4 1 3 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẤM 5 1 4 M[.]

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 G IỚI THIỆU VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC 3

1.2 G IỚI THIỆU VỀ MÁY DẬP SONG ĐỘNG 4

1.2.1 S Ơ ĐỒ KẾT CẤU 4

1.2.2 P HÂN LOẠI 4

1.3 G IỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẤM 5

1.4 M ỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DẬP VUỐT ĐIỂN HÌNH 6

1.5 Đ ẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU KĨ THUẬT KHI THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC 6

1.6 C ÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CHÍNH CỦA MÁY ÉP THỦY LỰC SONG ĐỘNG 160/80 7

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC MÁY DẬP SONG ĐỘNG 8

2.1: C Ơ SỞ THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC SONG ĐỘNG 8

2.1.1: N GUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY 8

a Nguyên lý : 8

b Các chế độ làm việc : 9

2.1.2: Ứ NG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT PASCAL 9

a Khái niệm áp suất thủy tĩnh – áp lực: 9

b Định luật Pascal 10

2.1.3: P HÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 11

a Phân tích đặc tính kĩ thuật của máy 11

b Chọn phương án thiết kế máy chuyên dùng dập vuốt 12

2.2: S Ơ ĐỒ ĐỘNG CỦA MÁY DẬP SONG ĐỘNG 14

2.3: T ÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC 14

2.3.1:T ÍNH CHỌN XILANH PISTON TRÊN : 15

2.3.2: T ÍNH CHỌN XILANH PISTON DƯỚI : 17

2.3.3: T ÍNH CHỌN BƠM THỦY LỰC 19

2.3.4: T ÍNH CHỌN VAN 20

2.3.5: T ÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 23

2.4: T ÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN 24

2.4.1: T ÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CỤM XILANH PISTON TRÊN : 24

2.4.2: T ÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CỤM XILANH PISTON DƯỚI : 25

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ MẠCH LỰC 26

CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THỦY LỰC 27

4.2.T ÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN : 27

4.3.C HƯƠNG TRÌNH PLC 28

CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG DÒNG THỦY LỰC VÀ MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 29

5.1: M Ô PHỎNG DÒNG THỦY LỰC 29

A D ÒNG THỦY LỰC TRONG QUÁ TRÌNH XILANH DƯỚI ĐI LÊN 29

B D ÒNG THỦY LỰC TRONG QUÁ TRÌNH XILANH TRÊN ĐI XUỐNG NHANH 29

C D ÒNG THỦY LỰC TRONG QUÁ TRÌNH XILANH TRÊN ĐI XUỐNG CHẬM 30

D ÒNG THỦY LỰC SAU KHI DẬP XONG CÁC XILANH HỒI VỀ VỊ TRÍ BAN ĐẦU 31

5.2: M Ô PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 33

A Q UÁ TRÌNH XILANH DƯỚI ĐI LÊN 33

B Q UÁ TRÌNH XILANH TRÊN ĐI XUỐNG NHANH 34

C Q UÁ TRÌNH XILANH TRÊN ĐI XUỐNG CHẬM 35

D Q UÁ TRÌNH SAU KHI DẬP HỒI VỀ VỊ TRÍ BAN ĐẦU 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

Lời Nói Đầu

Hiện nay, trong khuynh hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóanền kinh tế, phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ngàycàng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp GCAL là phương pháp gia công không phoi, dựa vào khả năngbiến dạng dẻo của kim loại Phương pháp này không những tiếtkiệm được vật liệu mà còn làm tăng cơ tính của sản phẩm Cácsản phẩm gia công bằng áp lực rất phong phú đa dạng, từnhững đồ dân dụng đến những máy móc hiện đại đắt tiền

Ưu điểm của phương pháp gia công này là các chi tiết sau giacông cơ khí mà vẫn đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra, nhưng lại rất dễsản suất hàng loạt với năng suất rất cao .Để tiến hành gia côngtheo phương pháp này, ngoài kĩ thuật gia công, trình độ củangười kĩ sư, công nhân, các thiết bị gia công áp lực giữ vai tròrất quan trọng

Máy ép thủy lực là một trong những thiết bị rất cần trong ngànhGCAL đặc biệt là được sử dụng nhiều trong công nghệ tạo hìnhtấm do những ưu điểm lớn của nó là có hành trình lớn, tốc độchậm, hành trình là hành trình mềm

Do vậy các loại máy dập thủy lực cần được tự động hóa đểđưa vào sản xuất hàng loạt và hàng khối Dưới sự hướng dẫn

của thầy Lê Trung Kiên em đã hoàn thành được đồ án: “Thiết

kế, tính toán hệ thống điều khiển máy dập song động 200/160”. Vì là đồ án đầu tiên của em trong ngành nên khôngthể tránh khỏi những sai sót Em mong sẽ nhận được có sự đónggóp của các thầy cô để em hoàn thiện hơn nữa, nhất là để em cónhững kinh nghiệm cho sau này

Em xin chân thành cảm ơn !!!

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm

2016Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Thị Hà

Chương I: Tổng Quan

Hiện nay, Ngành Gia công áp lực đang rất phát triển ở nhiềuquốc gia trên thế giới bởi chính những sản phẩm của ngànhcông nghiệp đóng vai trò chủ đạo trong sản xuất công nghiệp

Để sản xuất ra những sản phẩm đó thiết bị không thể thiếu là:máy búa và máy ép thủy lực, máy ép cơ khí…Máy ép thủy lựcngày càng được sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại và tính đadạng về sản phẩm cũng như công năng của chúng như: dập thểtích, rèn tự do, ép chảy, ép đùn, uốn nắn kim loại, dập vuốt(dậpthủy tĩnh, thủy cơ),…Bên cạnh đó chúng ta cũng không thểkhông kể đến những tính năng, ưu điểm cơ bản của máy épthủy lực làm nó càng trở nên thông dụng, đó là:

 Làm việc êm, cho áp lưc ép cực đại theo lực ép danh nghĩa

và có thể duy trì áp lực đó trong suốt quá trình công nghệ

 Điều khiển lực ép mềm dẻo, dễ dàng theo yêu cầu côngnghệ và theo kết cấu khuôn

 Kết cấu máy đơn giản, các bộ phận được sử dụng đều đượctiêu chuẩn hoá cao nên giá hành hạ

 Có nhiều dạng điều khiển khác như : điều khiển thủ công,điều khiển PLC, điều khiển CNC Do vậy các thông số côngnghệ được điều chỉnh chính xác, đảm bảo hiệu suất làmviệc và công suất máy

 Kết cấu máy có thể ngang , đứng và gọn nhẹ hơn so vớicác máy khác.Máy ép thủy lực là một máy công cụ sử dụngnguồn lực là hệ thống thủy lực

1

Trong công nghiệp, máy dập song động được ứng dụng tương

song động được ứng dụng để thực hiện dập tấm, dập thủy cơ,…

để tạo ra các chi tiết ứng dụng phổ biến trong cuộc sống hằngngày như: vỏ và cánh ô tô, xe máy, bồn rửa,…

Nguyên nhân được ứng dụng là do:

Có tính linh hoạt có thể điều chỉnh được hành trình làm việc.Không gây va đập và tiếng ồn

Công suất và lực truyền lớn

An toàn và độ tin cậy cao

Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, hao phí kim loại ít

Dạng sản xuất thường là loại lớn và hàng khối do đó hạ giá

thành sản phẩm

Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu kim loại mà còn gia công những vật liệu phi kim như : Techtolit, hetimac và các loại chất dẻo

Máy dập song động cho tác động ép theo cả hai chiều ( hướng xuống và hướng lên)

1.3 Giới thiệu về công nghệ dập tấm

Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làmthay đổi hình dạng, kích thước, tính chất và trạng thái của phôiban đầu để đạt được mục đích nào đó.Quá trình công nghệ baogồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình tựnhất định

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồmnhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạngkim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kíchthước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày củavật liệu và không có phế liệu dạng phôi

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội(nên còn được gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ(thường S<4 mm) hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng tháinóng khi chiều dày vật liệu lớn

Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ đượcthực hiện bời một hay một số công nhân ở một vị trí nhất địnhtrên máy bao gồm toàn bộ những tác động liên quan để gia côngphôi đã cho

Ví dụ : cắt hình ,đột lỗ, dập vuốt, uốn …

Một  trong  những  nguyên  công  quan  trọng nhất để tạo hình s

ản phẩm trong công nghệ dập tấm đó là dập,vuốt. Dập vuốt là m

ột nguyên công biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra các chi tiết rỗng có hình dạng và,kích thước cần thiết khi nghiên cứn một quá trình dập vuốt chi tiết cốc 

Hình 1.2 Sơ đồ khuôn dập vuốt chi tiết hình trụ có vành

c bộ phận làmviệc như: cối, chày dập vuốt và tấm chặn vật liệu.Khi dập các chi tiết có chiều dày tương  đối  s/D  lớn thì khuôn dập vuốt có thể không cần dựng tấm chặn Giữa chày và cối dập vuốt

khe hở z tùy thuộc vào phương pháp dập

Khi dập vuốt không có chặn, ngoại lực được truyền qua chày, tác dụng vào phần đáy

của chi tiết dập vuốt còn phần vành của phôi vẫn được tự do vàkhông chịu tác dụng của ngoại lực

Phôi phẳng nằm trên vành cối được vuốt qua góc lượn cối và tạo thành chi tiết dạng cốc

Chiều sâu của chi tiết phụ thuộc vào hành trình chày đi xuống, tuy vậy, chiềusâu không thể quá lớn so với đường kính cốc để đảm bảo ứng xuất trong vật liệu

không vượt quá ứng suất phá hủy gây rách vật liệu

1.4 Một số hình ảnh về dập vuốt điển hình.

Hình 1.4: Chậu rửa

Đối với nguyên công có hành trình làm việc lớn thì lực tại điểmban đầu nhỏ hơn so với lực danh nghĩa của máy rất lớn => phảichọn lực danh nghĩa lớn.

Kiểu máy: Phải chọn phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy.Hành trình máy: Quan trọng trong quá trình dập vuốt

Có cơ cấu bảo vệ an toàn cho người và máy

1.6 Các thông số kĩ thuật chính của máy ép thủy lực song động 160/80.

Qua tham khảo em chọn thông số kĩ thuật cho máy như sau:+ Lực ép danh nghĩa : PH = 200 tấn = 2000KN

2.1.1: Nguyên lý hoạt động của máy.

Ban đầu, xilanh phụ mang tấm chặn lên tới vị trí làm việc

Khi xilanh phụ lên tới vị trí làm việc thực hiện cấp phôi cho máy.Cấp phôi xong xilanh chính mang cối đi xuống với tốc độ nhanh,chậm, làm việc với hành trình tương ứng để vuốt phôi vào trongcối

Sau khi vuốt phôi vào cối xong:

 Xilanh chính mang cối lên

 Xilanh phụ đẩy sản phẩm

b Các chế độ làm việc :

Các chế độ làm việc trong máy ép thủy lực bao gồm:

 Chế độ đơn nhát: Chế độ đơn nhát là chế độ mà khi PTXLthực hiện thao tác lên xuống tác động vào không có tácdụng

 Chế độ liên tục: Chế độ liên tục là chế độ PTXL thực hiệncác thao tác lên xuống một cách liên tục không bị giánđoạn

 Chế độ điều chỉnh: Chế độ điều chỉnh là chế độ mà ta cóthể thay đổi các thao tác lên xuống của PTXL khi tác động

2.1.2: Ứng dụng của định luật PASCAL

a Khái niệm áp suất thủy tĩnh – áp lực:

- Khối chất lỏng W đang cân bằng

- Giả sử cắt bỏ phần trên, ta phải tác dụng vào mặt cắt đó bằngmột hệ lực tương đương thì phần dưới mới cân bằng như cũ

- Trên tiết diện cắt quanh điểm 0 ta lấy một diện tích , gọi P làlực của phần trên tác dụng lên 

Ta có các khái niệm sau

- P: là áp lực thuỷ tĩnh (hoặc tổng áp lực) tác dụng lên diện tích

- Đơn vị của áp suất: N/m2; kg/(m.s2), atmosphere

+ Trong kỹ thuật, áp suất còn đo bằng atmosphere:

Áp suất tại điểm A nào đó là: pI = p0 + γ.h

Nếu ta tăng áp suất tại mặt thoáng lên Δp thì áp suất tại điểm A

đó sẽ là:

pII = ( p0 + Δp ) + γ.h

Vậy tại A áp suất tăng: pII – pI = Δp, như vậy:

“Độ biến thiên của áp suất thủy tĩnh trên mặt giới hạn của một thể tích chất lỏng cho trước được truyền đi nguyên vẹn đến mọi điểm của thể tích chất lỏng đó”.

Nhiều máy móc đã được chế tạo theo định luật Pascal như: Máy

ép thủy lực, máy kích, máy tích năng, các bộ phận truyền độngv.v

Xét một ứng dụng máy ép thủy lực:

Máy gồm hai xy lanh có diện tích khác nhau thông với nhau,chứa cùng một chất lỏng và có pittông di chuyển Pittông nhỏgắn vào đòn bẩy, khi một lực F nhỏ tác dụng lên đòn bẩy, thì lực

tác dụng lên pittông nhỏ sẽ tăng lên và bằng P1 và áp suất tại

xylanh nhỏ bằng:

Theo định luật Pascal, áp suất p1 nầy sẽ truyền tới mọi điểm trong môi chất lỏng, do đó sẽ truyền lên mặt piton lớn 2, như vậy, tổng áp lực P2 tác dụng lên pittông 2 :

Trong đó:

2 - diện tích mặt pittông lớn

Nếu coi 1 , p1 là không đổi, khi muốn tăng P2 thì phải tăng 2.

2.1.3: Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.

a Phân tích đặc tính kĩ thuật của máy.

Nét đặc trưng của máy ép thủy lực song động là sử dụng

hệ thống thủy lực để thực hiên hai thao tác

Các bộ phận chính của máy ép thủy lực song động:

1 Khung máy: có dạng hình chữ nhật được chế tạo từ cáctấm thép được ghép và hàn lại với nhau Đầu trên thânmáy là đầu truyền lực chứa xilanh chính

2 Hệ thống thủy lực: bao gồm các xilanh thủy lực, van đảochiều, van an toàn, van giảm áp, van một chiều, bơm dầu,động cơ dầu, bể chứa dầu … được bố trí hợp lí để tạo ápsuất và phân phối lưu lượng cho các xilanh để thực hiệncác thao tác

3 Bơm dầu: hút dầu từ thùng chứa và phân phối tới các cơcấu chấp hành với áp suất theo yêu cầu của mạch thủylực.

4 Các cảm biến khống chế hành trình của các xilanh

 Cấu tạo cơ bản của máy để tạo ra hình dạng cho chi

tiết bao gồm:

1 Phần khuôn trên: cối được nối với pit-tong xilanh chính tạolực ép

2 Khuôn dưới: chày được nối cố định với bàn máy

3 Bộ phận đẩy phôi: được nối với đầu pit-tong xi-lanh đẩy

b Chọn phương án thiết kế máy chuyên dùng dập vuốt.

 Yêu cầu trong một chu kì làm việc:

Khi nhấn start:

 Xilanh đẩy mang vành chặn và tấm đẩy lên nhanh

 Xilanh chính mang khuôn trên xuống nhanh, sau khigần tới bàn máy thì xuống chậm để kẹp phôi Sau đóthực hiện quá trình vuốt phôi vào trong cối

 Sau khi ép xong, xilanh chính đi lên

 Phương án thiết kế

 Máy ép thủy lực song động thiết kế trong đề tài làmáy ép chuyên dập vuốt để gia công các chi tiết sảnphẩm cơ khí

 Cơ cấu truyền động của máy phụ thuộc vào các thiết

bị thủy lực để tạo ra lực ép, lực kẹp, …

 Tùy thuộc váo cách lựa chọn, lắp đặt các thiết bị màtạo ra lực ép lớn nhỏ cho máy

 Phương án lựa chọn để thiết kế cho máy

Máy ép sử dụng các thiết bị thủy lực tạo ra lực ép, kẹpgồm 4 xilanh:

Sơ đồ nguyên lí:

0.00 Bar 0.00 Bar E2

E1

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí

 Ưu điểm của hệ thống máy ép thủy lực:

 Chuyển động êm, dễ điều chỉnh vô cấp tốc độ

 Đảo chiều dễ dàng, không gây ra rung động

 Hệ thống điều khiển cồng kềnh đắt tiền

 Linh kiện thủy lực đắt tiền

 Tiềm ẩn nguy cơ làm việc bất ổn định

 Yêu cầu phải có sự can thiệp của công nhân để thayphôi

2.2: Sơ đồ động của máy dập song động

2.3: Tính toán các phần tử thủy lực.

Các thông số cho trước:

o Dẫn động dưới 2 xilanh thủy lực tác dụng đơn

o Lực dập trên xuống F = 200 tấn = 2000 KN

o Lực dập dưới lên F = 160 tấn = 1600 KN

o Vận tốc xilanh đi nhanh Vn = 80 mm/s

o Vận tốc xilanh đi chậm Vc = 5 mm/s

2.3.1:Tính chọn xilanh piston trên :

Cụm xylanh piston trên được chế tạo với mục đích tạo ra lực ép danh nghĩa 200 tấn và dẫn động bằng 2 xilanh nên lực tạo ra trên mỗi xilanh là 100 tấn Kết cấu của cụm xy lanh piston trên như hình sau:

Đầu dưới của piston nối với đầu trượt , trên nắp của xylanh

có bố trí một van điền đầy , ở đây em chọn là van một chiều

có điều khiển

 Tính toán thiết kế cụm xilanh piston chính của máy.

Lực ép danh nghĩa của máy là 200tấn = 2000 KN

Có 2 xilanh nên lực ép tạo ra trên mỗi xilanh là 100 tấn =

1000 KN

Áp suất làm việc của chất lỏng là 25 Mpa = 25.106 N/m2

=> Đường kính trong của xi lanh là:

Dtr =

√

π p =

√

π.25.106 ¿ 0,226 m = 226 mm

Theo các dãy tiêu chuẩn ta chọn đừơng kính trong của

Đường kính của cán piston là : Dc = k Dtr với k=0,2 ÷0,5

 Kết cấu của piston chính như hình sau :

Hình 3.3 Pittong chính

Ta chọn vật liệu để chế tạo xi-lanh là thép C30 trị suất cho phép[σ] đối với xi-lanh đúc là 80÷100 MPa ; đối với xi-lanh rèn bằngthép(0,3%÷0,35%)C là 110÷150 MPa ; đối với xi-lanh rèn bằngthép hợp kim (1,5%÷2%) Ni là 150÷180 MPa Do đó ta chọnứng suất cho phép : [σ ] = 150 MPa ÷180 MPa

Bán kính trong của xi-lanh là : Rtr =

RB : bán kính trong của xi-lanh RB = Rtr = 125 mm

[σ ] : ứng suất cho phép đối với vật liệu làm xi-lanh

 Lưu lượng đưa vào xi-lanh chính trong quá trình không tảilên là :

Qln = Svk.Vln = 0,042 0,08 ≈ 0,00336 m3/s = 3,36 lít/s = 201,6l/ph

2.3.2: Tính chọn xilanh piston dưới:

Cụm xi-lanh piston phụ chế tạo nhằm tạo ra lực đẩy dưới chomáy Pd = 80 tấn để đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn Áp suấtchất lỏng được bơm vào trong

xi-lanh đẩy để tao ra lưc đẩy ta chọn là p = 25 MPa =25.106N/m2

 Tính toán cụm xilanh piston đẩy dưới.

Đường kính trong của xilanh đẩy dưới là :

 Áp suất thực khi đẩy : p = 21 106 N/m2

Diện tích đầu piston đẩy dưới là :

Theo công thức 6.7 tr 156 tài liều [I] có bán kính ngoài của lanh là :

RH = RB

√

[

]

√

√