thiết kế máy ép trục thuỷ lực

Thiết kế đồ án tốt nghiệp * Nguyên lý hoạt động: Hình 1.7 Mô hình máy ép trục khuỷuĐộng cơ 1 qua bộ truyền đai 2 truyền chuyển độngcho trục 3, bánh răng 4 ăn khớp với bánh răng 5.. Thiết

Trang 1

Thiết kế đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÉP KIM LOẠI VÀ CÁC LOẠI MÁY ÉP THÔNG DỤNG

1.1 Lý thuyết chung về biến dạng kim loại

1.1.1 Lý thuyết biến dạng kim loại

Như chúng ta đã biết, dưới tác dụng của ngoại lực kimloại biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biếndạng dẻo và biến dạng phá huỷ Tuỳ theo cấu trúc tinh thểcuøa mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra so với cácmức độ khác nhau Dưới đây là khảo sát trong đơn tinh thểkim loại, trên cơ sở đó nghiên cứu biến dạng dẻo của kimloại và hợp kim Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tửsắp xếp theo một trình tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao

động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a)

Hình 1.1 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

- Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực,mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh ra trong kimloại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kimloại dịch chuyển không vượt quá một thông số mạng (b).Nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể lại trở về trạng tháiban đầu

- Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượtquá giới hạn đàn hồi Kim loại bị biến dạng dẻo do trượtvà song tinh

+ Theo hình thức trượt: một phần tinh thể dịch chuyểnsong song với một phần còn lại theo một mặt phẳng nhấtđịnh, mặt phẳng này gọi là mặt phẳng trượt (c) Trên mặt

Trang 2

trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối vớinhau một khoảng đúng bằng một nguyên lần thông sốmạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cânbằng mới Bởi vậy, sau khi thôi tác dụng lực, kim loại khôngtrở về trạng thái ban đầu

+ Theo hình thức song tinh: một phần tinh thể vừa trượtvừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại quamột mặt phẳng gọi là song tinh (d) Các nguyên tử kim loạitrên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cáchđến mặt song tinh

Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấytrượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kimloại Các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyêntử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưngkhi có song tinh trượt xảy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim làtập hợp của nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc củachúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Trong đa tinh thể,biến dạng dẻo có 2 dạng: biến dạng trong nội bộ hạt vàbiến dạng trong tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộhạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở cáchạt có mặt trượt tạo với ứng suất chính một góc bằnghoặc xấp xỉ 450 sau đó mới đến các mặt khác Như vậy,biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồngthời và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biêngiới hạt của tinh thể cũng bị biến dạng Khi đó, các hạttrượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay củacác hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuậnlợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục pháttriển

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và

biến dạng của kim loại

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kimloại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ.Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt nhân tố khácnhau như: thành phần và tổ chức kim loại, nhiệt độ, trạngthái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quántính và tốc độ biến dạng

a Ảnh hưởng của thành phần tổ chức kim loại

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liênkết giữa các nguyên tử khác nhau do đó tính dẻo của chúng

Trang 3

cũng khác nhau, chẳng hạn: đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối vớicác hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạnglớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cảntrở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường kimloại sạch và kim loại có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kimcó cấu trúc nhiều pha Các tạp chất thường tập trung ở biêngiới hạt làm tăng xô lệch mạng, cũng như làm giảm tính dẻocủa kim loại

b Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ.Hầu hết những kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng.Khi tăng nhiệt độ dao động nhiệt của các nguyên tử tăng,đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán cácnguyên tử tăng làm cho tổ chức kim loại đồng đều hơn Mộtsố kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở phakém dẻo, khi ở độ cao chuyển biến thì thành pha có độ dẻocao

c Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡvụn, xô lệch mạng, tăng ứng suất dư lớn làm cho tính dẻokim loại bị giảm mạnh (hiện tượng biến cứng) Khi nhiệtđộ kim loại đạt từ 0,25  0,30Tnc (nhiệt độ nóng chảy), thìứng suất dư và xô dịch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loạiphục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi)

d Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kểđến tính dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấyrằng, kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơnkhi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suấtkéo Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứngsuất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm

e Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các hạt kim loại bị biến dạng do chịutải trọng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sựbiến dạng của kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độnguội dần sẽ kết tinh lại như củ Nếu tốc độ biến dạngnhanh hơn tốc độ kết tinh kim loại thì các hạt kim loại bịchai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục

Trang 4

biến dạng Do đó, ứng suất chính trong khối kim loại sẽ lớn,hạt kim loại bị dòn và có thể nứt

1.1.3 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo

Giả sử trong vật hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể chịu 3 ứng suất chính sau:

- ứng suất đường: max= 1/2

- ứng suất mặt: max= (1 - 2)/2

- ứng suất khối: max= (max - min)/2

Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 không có biến dạng, ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy ch

Điều kiện để biến dạng dẻo:

+ Khi kim loại chịu ứng suất đường: 1  ch tức là

+ Khi kim loại chịu ứng suất mặt: 1  2  ch

+ Khi kim loại chịu ứng suất khối: max  min  ch

Biến dạng dẻo khi bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi Thế năng của biến dạng đàn hồi là:

A = A0 + Ah Trong đó: A0 - thế năng để thay đổi thể tích vật thể;

Ah - thế năng để thay đổi hình dáng vật thể.Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Hooke được xác định:

2

3 3 2 2 1

Trang 5

2 2

2 1

V

Trong đó:  - hệ số Pyacon tính đến vật liệu biến

dạng;

E - môđun đàn hồi của vật liệu

Thế năng để làm thay đổi thể tích là:

     2

3 2 1 3

2 1 0

6

213

2

V A

Thế năng dùng để thay đổi hình dạng của vật thể:

1 3

2 3 2

2 2 1 0

E

Vậy ta có:

1 222 323 12  2 ch2 const

Phương trình này gọi là phương trình dẻo

- Khi cán kim loại dạng tấm, biến dạng ngang không đáng kể

Trang 6

Viết lại

2 = (1 + 3)/2Vậy phương trình dẻo có thể viết:

1 - 3 = 2K = const = 1,15ch

Nếu xét đến hướng của các ứng suất, phương trình dẻo được viết:

(1) - (3) = 2K

1.2 Lý thuyết về mối lắp ghép trong cơ khí

1.2.1 Các loại mối ghép dùng trong tháo lắp cơ khí

Trong ngành cơ khí thì chi tiết, cụm chi tiết, máy là cábộ phận cơ sở để cấu thành nên hệ thống Máy có thể sửdụng được nhất thiết các chi tiết này lại với nhau Cácmối ghép thường dùng phổ biến hiện nay trong ngành cơkhí:

a Mối ghép đinh tán

* Cấu tạo mối ghép:

Hình 1.2 Mối ghép đinh tán

Trang 7

1 - chi tiết 1; 2 - chi tiết 2; 3 - đinh tán

* Các phương pháp tán:

+ Phương pháp tán nguội: Đây là phương pháp lắp rápmối ghép ở điều kiện nhiệt độ bình thường, có áp lực bé

+ Phương pháp tán nóng: Ở điều kiện nhiệt độ cao, áplực lớn, kích thước mối ghép lớn

* Phạm vi ứng dụng: Giàn giáo cầu, vỏ tàu thuỷ

b Mối ghép hàn

* Cấu tạo mối ghép

Hình 1.3 Mối ghép hàn

1 - chi tiết 1; 2 - mối hàn; 3 - chi tiết 2;

* Các phương pháp hàn:

+ Mối hàn điện: thường dùng đối với chi tiết dày, lớn;+ Mối hàn hơi: thường dùng đối với chi tiết mỏng, nhỏ

c Mối ghép có độ dôi

Trang 8

* Cấu tạo mối ghép

Hình 1.4 Mối ghép có độ dôi

1 - chi tiết bao (mayơ, lỗ); 2 - chi tiết bị bao (trục)

* Các phương pháp tháo lắp:

+ Nếu mối ghép có độ dôi bé: lắp ghép bằng cáchdùng lực tác dụng lên trục hoặc lỗ;

+ Nếu mối ghép có độ dôi lớn: thì ta dùng lực lớnhoặc lắp bằng cách gia nhiệt (đốt nóng may ơ hoặc làmnguội trục rồi ta tiến hành lắp cho đến khi trở về nhiệt độmôi trường ta được mối ghép)

* Phạm vi ứng dụng: được dùng rộng rãi trong ngành chếtạo máy, có khả năng truyền mômen xoắn (Mx) và lực dọctrục (Pa) lớn

d Mối ghép then

Trang 9

Hình 1.5 Mối ghép then

1 - trục; 2 - mayơ; 3 - then

* Các loại mối ghép then:

+ Mối ghép then lắp lỏng có độ hở: lắp dễ dàng, bềmặt bên là bề mặt chịu tải (bề mặt làm việc);

+ Mối ghép then lắp chặt: lắp khó hơn, bề mặt làmviệc là bề mặt trên của then;

+ Then hoa: trên bề mặt then hoa có nhiều rãnh then cóthể lắp lỏng hoặc lắp chặt (hình 1.6)

* Phạm vi ứng dụng: sử dụng trong các hộp số

e Mối ghép ren

Trang 10

Hình 1.6 Mối ghép ren Ren là yếu tố cơ bản của mối ghép ren Nhờ mặt ren ởtrên đai ốc và bu lông mà ta tạo nên được mối ghép Các bềmặt mặt ren ăn khớp với nhau, tuỳ theo mức độ ăn khớp vàbước tiến của ren mà sức tải trọng lớn hay bé

* Ren có thể lắp chặt, lắp lỏng hoặc lắp trung gian

* Có nhiều loại ren: ren tam giác, ren vuông, ren hình thang, renhệ mét, ren hệ Anh, ren quốc tế

* Ưu nhược điểm:

+ Ưu điểm: đơn giản, lắp ráp thay thế dễ dàng

+ Nhược điểm: có sự tập trung tải trọng ở mặt ren,chân ren do đó giảm sức bền mỏi

* Phạm vi ứng dụng: được sử dụng rộng rãi

1.2.2 Mối ghép bánh xe lửa

Do đặc tính của mối ghép và đặc tính của xe lửa nênngày nay hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụngphương pháp lắp ráp bánh xe lửa vào trục xe là mối ghépcó độ dôi Mỗi loại trục bánh xe tùy theo kích thước đườngkính tiêu chuẩn của mỗi nước mà có cách lắp ráp và thôngsố kỹ thuật riêng Quá trình tháo lắp trục bánh xe lửa chủyếu dựa vào các thiết bị máy móc mà ở đây là các loạimáy ép

1.3 Các loại máy ép thông dụng

1.3.1 Máy ép trục khuỷu

Máy ép trục khuỷu có lực ép từ 16 10000 tấn Máynày có loại hành trình đầu con trượt cố định gọi là máy cóhành trình cứng; loại có đầu con trượt điều chỉnh đượcgọi là máy có hành trình mềm Nhìn chung các máy đều cóhành trình mềm

Trang 11

* Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.7 Mô hình máy ép trục khuỷuĐộng cơ (1) qua bộ truyền đai (2) truyền chuyển độngcho trục (3), bánh răng (4) ăn khớp với bánh răng (5) Khi đống

ly hợp (6), trục khuỷu (7) quay, thông qua tay biên (8) làm chođầu trượt (9) chuyển động tịnh tiến xuống thực hiện quátrình ép, khi đảo chiều chuyển động cơ thì đầu ép đi lên

* Ưu, nhược điểm:

Ưu điểm: có năng suất cao, tổn hao năng lượng ít

Nhược điểm: phạm vi điều chỉnh hành trình bé

1.3.2 Máy ép ma sát trục vít

Máy ép ma sát trục vít có lực ép từ 40  630 tấn

* Nguyên lý hoạt động:

Động cơ (1) truyền động qua bộ truyền đai (2) làm quaytrục (4), bánh răng (4) ăn khớp với bánh răng (5) Khi đống lyhợp (3) trục vít me (6) quay ăn khớp với đai ốc (7) đứng yênlàm cho đầu trượt (8) di chuyển tới thực hiện quá trình ép,

Trang 12

khi đổi chiều chuyển động của động cơ thì đầu trượt dichuyển lùi

Hình 1.8 Mô hình máy ép trục vít

* Ưu, nhược điểm:

- Ưu điểm: Máy ép ma sát có chuyển động đầu trượt

êm, tốc độ ép không lớn, hành trình điều chỉnh trong phạm vikhá rộng

- Nhược điểm: khó điều chỉnh chính xác hành trình

1.3.3 Máy ép thuỷ lực

Máy ép thuỷ lực là các loại máy truyền dẫn bằngdòng chất lỏng (thường là dầu khoáng chất) có áp suất cao.Máy có lực ép từ 300  7000 tấn Cấu tạo của máy ép cónhiều loại khác nhau nhưng nhìn chung tạo được lực ép lớn(có thể dùng bộ khuếch đại thuỷ lực), chuyển động củađầu ép êm và chính xác điều chỉnh hành trình ép và lực épdễ dàng

Với những lý do trên, máy ép thuỷ lực được dùng chongành đường sắt để ép trục bánh xe lửa Nhược điểm chủyếu của loại máy này là chế tạo phức tạp, bảo dưỡng khókhăn

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ TRỤC BÁNH XE LỬA VÀ KỸ THUẬT VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG CHÚNG

2.1 Công dụng và cấu tạo của bộ trục bánh xe lửa

Bộ trục bánh gồm 2 bánh ép vào trục Trục bánh làbộ phận quan trọng của toa xe vì phải chịu mọi tải trọng từthùng xe truyền xuống đường ray, lực va đập qua các mốiray trong quá trình toa xe chuyển động Bộ trục bánh xe còncó nhiệm vụ dẫn hướng cho toa xe chạy theo đường ray

Để đảm bảo cho toa xe chạy an toàn ở tốc độ cao, bộtrục bánh xe cần phải đáp ứng những yêu cầu sau đây:

- Có đủ sức bền và khả năng chống mòn cần thiết

- Trọng lượng nhỏ để có thể giảm tải khối lượng củatoàn toa xe, giảm trọng lượng của bộ lò xo, giảm dao độngthùng xe khi đi qua các đoạn bằng phẳng

Trang 13

- Có tính đàn hồi nhất định để giảm âm, giảm xốc khitoa xe chuyển động

- Trục bánh chế tạo theo điều kiện kỹ thuật và tiêuchuẩn quy định Trong quá trình vận dụng phải duy tu bảodưỡng theo đúng quy phạm lắp ráp đường sắt và quy trìnhxem xét, sửa chữa, lắp ráp bộ phận trục bánh xe

Các bộ trục bánh xe khác nhau chủ yếu là: loại trục,kết cấu đường kính vòng lăn Tuỳ theo công dụng và tảitrọng toa xe mà chọn loại trục bánh xe thích hợp, trục bánh

xe ở Xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng gồm nhiều kích cỡ như:

+ Trục xe Liên Xô

Hình 2.1 Cấu tạo trục bánh xe Liên xô

1 - trục xe; 2 - băng đa; 5 - mayơ+Trục xe Rumani

1

23

Trang 14

Hình 2.2 Cấu tạo trục bánh xe Rumani

1 trục xe; 2 băng đa; 3 xẹc líp; 4 mayơ; 5

-bánh răng+Trục xe Tiệp Khắc

Hình 2.3 Cấu tạo trục bánh xe Tiệp khắc

1 trục xe; 2 băng đa; 3 xẹc líp; 4 mayơ; 5 bánh răng

Bánh xe được phân ra:

+ Có băng đa (bánh xe đúc rời) như bánh xe của Liên

Xô (D = 600 mm) của Rumani và của Tiệp Khắc (D= 1000 mm)

+ Không có băng đa (bánh xe đúc liền) như bánh xecủa Bỉ mà Xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng nhận làm thêm cho

Xí nghiệp đầu máy Vinh

Bánh xe ép nguội vào trục phải có lực ép lớn Đảmbảo khoảng cách giữa hai mặt gờ bánh và cách đều trung tâmtrục bánh xe

Mặt bánh xe tiếp xúc với đường ray gọi là mặt lăn.Mặt lăn có hình dáng kích thước theo quy định (hình 2.4) gờbánh giữ cho toa xe không bị trượt bánh ra khỏi đường ray vàcó nhiệm vụ hướng cho toa xe chạy theo đường ray

1

2 3

Trang 15

Hình 2.4 Mặt lăn bánh xe lửaMặt lăn bánh xe có những độ côn khắc nhau: phầngiữa côn 1:20, tiếp theo côn 1:7 và cuối cùng là góc vát 450.Mặt côn đảm bảo cho xe thông qua đường cong được dễdàng Trên đoạn đường cong thì bán kính ray ngoài (ray lưng)lớn hơn ray trong (ray bụng) Nhờ mặt côn mà khi đi vào đườngcong, một phía toa xe lăn bằng vòng lớn, phía kia lăn bằngvòng nhỏ để cho trong cùng một thời gian như nhau hai bánhtrên cùng một trục có số vòng quay như nhau nhưng lănđược các đoạn đường khác nhau Ngoài ra mặt lăn còn đảmbảo cho bộ trục bánh xe có độ ổn định cần thiết, không đểcho toa xe chạy ngoằn ngoèo trên đường thẳng, nâng cao tính

an toàn chạy tàu Nhờ có mặt côn mà trục bánh khôngnhững giữ cho nó luôn ở vị trí trung tâm của khổ đường màcòn ngăn cản mọi sai lệch khác

Mặt khác, độ côn 1:7 và độ vát côn để nâng phầnngoài mặt lăn ra khỏi nấm ray cho bánh xe ít mòn hơn và tạocho xe dễ dàng thông qua ghi dù cho mặt lăn bị mòn vẹt

Vòng lăn là đường tròn của bánh xe khi lăn ray ở quãng đườngthẳng Vòng đó cách mặt trong của bánh 75 mm Mặt lăn phảitương ứng với hình nấm ray Nấm ray có dạng nấm lăn đểcho bánh xe lăn đúng vào chính giữa tâm ray, ray đặt nghiêngvề phía lòng đường, độ nghiêng đó bằng độ côn bánh xe.Nhờ thế mà lực từ bánh xe truyền theo phương thẳng đứngxuống đế ray Để tăng tuổi thọ của bánh xe và ray thì bánkính chuyển tiếp từ gờ sang mặt lăn phải bằng bán kínhnấm ray

Để toa xe chạy an toàn trên đường ray và đặc biệt lúcqua ghi thì bánh xe lắp trên trục xe phải đảm bảo khoảng cách

Trang 16

giữa hai mặt trong vành bánh nằm trong giới hạn nhất định.Đối với đường sắt Việt Nam:

L = 924  3 mmGiảm được giới hạn dưới là giảm được khe hở giữahai gờ bánh xe với đầu ray, nghĩa là giảm được di chuyểnngang của trục bánh xe so với ray Kết quả là giảm được lựcngang hông truyền từ bánh xe xuống ray, giảm được độ mònbánh xe và các chi tiết khác của đường , giảm được lực cảnchuyển động, nâng cao được tính ổn định, chống lệch bánh,toa xe chạy êm hơn

Giảm khe hở giữa bánh xe và đường ray cũng có thểbằng cách tăng chiều dày của gờ bánh hoặc giảm khoảngcách giữa hai ray

Hai bánh xe lắp trên cùng một trục thì đường kính vònglăn không được chênh nhau quá 1 mm để cho tàu khỏi quaytrượt hoặc chạy khập khểnh làm tăng sức cản chuyểnđộng, tăng mài mòn đầu mặt lăn bánh xe hoặc có khi trục bịxoắn

Một trong những yêu cầu quan trọng đối với bộ bánh

xe là cân bằng Bộ trục bánh không cân bằng sẽ gây ra ứngsuất bổ sung trong các bộ phận đường sắt, trong bánh xe,trục xe và các chi tiết khác của toa xe gây mòn thêm bộ phậnchạy, toa xe dễ trật bánh Bởi vậy, phải quy định trong mặtphẳng mỗi bánh xe đối với tâm đi qua mặt lăn bánh xe khôngvượt quá 0,25 kg.m (tiêu chuẩn đường sắt Quốc Tế) và tuỳtheo tốc độ của mỗi loại xe lửa

2.2 Công dụng và cấu tạo của trục xe lửa

Trục xe là thỏi thép tròn có đường kính khác nhau, thay

đổi suốt chiều dài trục, tuỳ thuộc vào công dụng và lựctác dụng lên từng phần của trục Hình dáng được cấu tạotheo từng loại bầu dầu

Để tránh ứng suất cục bộ và hiện tượng rạn nứtthì giữa các phần phải có góc lượn đều chuyển tiếp

Để lắp trục lên máy tiện, đầu trục phải khoan 2 lỗchuẩn gọi là lỗ định tâm

Trong vận dụng, phụ thuộc vào trọng tải toa xe còn cónhiều loại trục khác nhau về đường kính cổ trục, bệ lắpbánh và thân trục

Trục xe có trang bị bộ hãm đĩa và trục xe dẫn độngmáy phát điều có bệ ép để ép may ơ của đĩa hãm hoặc cáchộp giảm tốc

Trang 17

Trục xe được chế tạo bằng thép các bon Các thỏithép có tiết diện 200x200mm, nung nóng đến nhiệt độ 900

 11000C, rồi rèn bằng búa hoặc máy ép Rèn bằng búa sẽcho phôi có hình dáng cần thiết và cấu trúc kim loại tốt hơn.Sau đó, nhiệt luyện trục (thường hoá hoặc thường hoá vàram) trong lò đặc biệt, trục được nung nóng từ từ đếnnhiệt độ 880  8100C và giữ nhiệt trong vòng 1 giờ 30 phút,sau đó làm nguội thật nhanh đến nhiệt độ 550  6000C Tiếptheo, chuyển trục sang lò khác làm nguội thật chậm xuống

70  800C Nhiệt luyện xong nắn trục lại

Thành phần hoá học thép trục đạt tiêu chuẩn sau:

%C = 0,37  0,45%;

Mn= 0.5  0.8%; %Si= 0,15  0,35%; %P£ 0,04%; %S£ 0,05%; N£ 0,3%; %Cu£ 0,25,còn lại là Fe

Thời hạn bảo hành vận dụng của trục xe là 8 năm, thờihạn phục vụ là 15năm

2.3 Công dụng và cấu tạo của bánh xe lửa

Bánh xe ép chặt lên hệ lắp bánh và cố định tại vị trílắp đó, do vị trí đàn hồi của mayơ không cần phải qua chi tiếttrung gian khác

Tuỳ theo vận tốc, tải trọng và các vấn đề về đảmbảo toàn mà người ta sử dụng loại bánh xe có băng đa haybánh xe đúc liền Trong kết cấu bánh xe có băng đa thì băng

đa trực tiếp chịu mài mòn: có thể làm bằng thép cứng hơnmâm bánh và phải nhiệt luyện bổ sung Khi băng đa mòn quáthì thay hoặc phần gờ bị mòn thì hàn đắp lại phần gờhoặc là gia công lại tạo phần gờ để sử dụng Nếu khôngcó khả năng phục hồi lại thì thay băng đa mới, còn thân mayơgiữ lại để sử dụng Đó là ưu điểm của bánh xe có băng đa,song nó cũng mang nhiều nhược điểm:

- Trong lúc vận hành băng đa thường bị long dẫn đếnphải thay mà lắp quá căng có thể bị nứt, mà băng đa hỏnghoặc bị long thì đe doạ nghiêm trọng đến an toàn chạy tàu

- Sử dụng loại bánh xe có băng đa thì tốc độ khôngquá 80km/h và tuổi thọ khoảng 60000  70000km

Ưu điểm của bánh xe cán liền có sức bền cao, đảm bảo

an toàn chạy tàu Dùng loại này giảm rất nhiều công lắpráp, giảm thời gian bảo quản trong vận hành và cũng nhưkhắc phục được nhược điểm của bánh xe có băng đa Cóthể chạy với tốc độ cao và tuổi thọ đạt 85000  100000km,có trọng lượng tương đối nhỏ (4200 kg)

Trang 18

Thân bánh của bánh xe có băng đa và bánh xe cán liềnđược chế tạo từ thép Cacbon của lò Mactin, thường có hailoại chỉ khác nhau thành phần Cacbon

Chế tạo băng đa bằng phương pháp rèn rồi cán hoặcphương pháp đúc sau đó tôi gián đoạn và ram cục bộ sau khigia công cơ

2.4 Lắp ép bộ trục bánh xe.

Phương pháp liên kết bánh xe với trục được áp dụngrộng rãi là ép Đường kính lỗ mayơ của bánh xe bé hơnđường kính của trục tại vị trí lắp (lắp có độ dôi), người tadùng lực ép để ép trục vào bánh xe

Lực ép tiếp xúc phụ thuộc vào vật liệu, hình dáng vàkích thước các chi tiết tiếp xúc thường là tỷ lệ thuận Hệsố ma sát phụ thuộc vào chất lượng gia công và độ cứngbề mặt tiếp xúc, độ nhớt dầu bôi trơn, tốc độ ép và tỷ áp

Ngoài những nhân tố trên đặc biệt quan tâm đến độ dôi.Độ dôi bé không thể đảm bảo sức bền của mối liên kết Cònlớn quá gây ra ứng suất cho các sức bền của trục

Lắp ráp trục bánh là ép hai bánh xe lên cùng một trục.Các chi tiết bộ trục bánh phải đảm bảo theo đúng bản vẽ,điều kiện kỹ thuật và tiêu chuẩn nhà nước quy định Quátrình lắp ép diễn ra qua nhiều giai đoạn Trước khi lắp éptrục xe, bánh xe, thân bánh và băng đa (nếu có) phải được giacông cẩn thận

2.5 Kỹ thuật vận hành và bảo dưỡng bộ trục bánh xe.

2.5.1 Trục xe

Do chế độ chịu tải không ổn định, thép trục có lúc đếngiới hạn mỏi, để khắc phục hiện tượng này trong những

Trang 19

năm gần đây người ta đã gia công cơ phần giữa trục, lăn éptoàn trục và kiểm tra bằng siêu âm để phát hiện nhữngtrục có cấu trúc tinh thể hạt lớn

2.5.2 Bánh xe

Bánh xe tiếp xúc với đường ray tuy bằng bề mặt khônglớn (gần 250mm2), nhưng phải chịu tải trọng lớn Trong từngphần của bánh xe ứng suất phân bố không đồng đều, ứngsuất lớn nhất tập trung tại mặt tiếp xúc giữa bánh xe vớiđường ray

Khi chuyển động ứng suất trong bánh xe được tạo rabởi trong lượng bản thân toa xe và hàng hoá tác dụng lênbánh xe; va đập bánh xe giữa các mối ray; ma sát của guốchãm và bánh xe khi hãm; ma sát trượt khi bánh xe bị lết Vídụ: do va đập và các vết gồ ghề nhỏ của mặt lăn trong quátrình bánh xe chạy trên đường ray, dần dần tạo nên mài mònlẹm Khi hãm giữa bánh xe và guốc hãm xuất hiện lực masát, đốt nóng vành bánh có thể dẫn tới nứt mặt lăn Ma sáttrượt trượtü giữa bánh xe với đường ray khi bị lết gây ramòn cục bộ Hoặc khi đi qua các mối ray cũng có khả năngxuất hiện khuyết tật bề mặt

Với những lý do trên, biện pháp để tăng tuổi thọ củabánh xe chủ yếu là khi chế tạo Tức là vật liệu bánh xephần tiếp xúc với đường ray phải có độ cứng lớn hơn; giacông profin bề mặt lăn phải đảm bảo đúng theo kỹ thuật quyđịnh; khi lắp hai bánh xe vào trục phải đảm bảo khoảng cáchvà gia công tinh lại lần cuối để sửa chữa sai lệch và tăngđộ bóng bề mặt làm việc Đường kính giữa hai bánh trênmột trục không chênh lệch nhau quá 1mm để tránh những hưhỏng đáng tiếc trên

Việc nghiên cứu bề mặt lăn bánh xe lửa vẫn còn tiếptục ở các nước có ngành đường sắt phát triển

Trang 20

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KẾT CẤU HỢP LÝ

3.1 Mô hình và các thông số kỹ thuật chính của máy chuẩn (dựa theo tài liệu của Xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng)

Trang 21

3.1.1 Mô hình máy ép trục bánh xe kiểu thuỷ lực

PR 300/1000

3.1.2 Các kích thước và thông số kỹ thuật:

- Lực ép lớn nhất tại đầu ép 3.000 kN

Trang 22

- Đường kính bánh xe lớn nhất 1000 mm

- Khoảng cách giữa đầu ép và đầu kháng 0  2.800 mm

- Hành trình đầu ép lớn nhất 600 mm

- Đường kính của đầu ép 420 mm

- Đường kính của trục đầu ép 300 mm

- Áp suất lớn nhất tại đầu ép 228 bar

- Vận tốc ép 0  2.6 mm/s

- Hành trình nhanh của đầu ép tiến 22 mm/s

- Hành trình nhanh của đầu ép lùi 22 mm/s

- Vận tốc di chuyển của đầu kháng 22 mm/s

- Công suất của mô tơ dẫn động của đầu kháng 2,2 kW

- Miệng khoảng trống của đầu kháng 950 mm

- Công suất của mô tơ lực 11 kW

- Khối lượng lớn nhất của bộ trục bánh xe 5000 kg

- Khối lượng tối đa của một cấu kiện 7100 kg

- Khối lượng toàn bộ máy ép khoảng 22000 kg

3.1.3 Mô tả các cụm chi tiết

a Khung máy ép

Khung máy ép có nhiệm vụ liên kết hai trục ép (cột épvà đầu kháng) thành một khối thống nhất để đỡ và dẫnhướng cho các cấu kiện khác của máy ép, bao gồm các cấukiện sau:

- Các trục liên kết có bu lông khoá để liên kết cột épvà đầu kháng Chúng được bắt chặt với cột bằng các

bu lông Mối liên kết với đầu kháng bằng các ê cu đồng;

- Các trục liên kết được bảo vệ chống bụi bẩn bằngcác ống xếp;

- Cột cuối để đỡ các trục liên kết được bố trí ở phíatay phải của máy ép;

- Dầm xà ngang để đỡ và dẫn hướng cho đầu kháng;

- Dầm xà ngang và cột cuối được lắp chặt với móngmáy bằng các bu long neo

b Cột ép với xylanh ép

Cột ép được chế tạo từ thép chất lượng cao ST 52-3(tiêu chuẩn Đức) Nó được bắt cố định vào móng máy vàlàm việc như một trụ ép cố định

Cột ép gồm có xylanh ép với đầu ép làm việc: xylanhép và đầu ép làm việc được chế tạo từ thép chất lượngcao Bề mặt thành bên trong của xylanh ép mài đến độ 2 m.đầu ép được mạ một lớp Crôm cứng 20  m và được mài

Trang 23

bóng Làm kín đầu ép và dẫn hướng đầu ép bằng nhữngphớt chất lượng cao dạng hình mái và ống dẫn hướngbằng đồng Đầu ép được trang bị một bộ gạt bụi, mộttrục dẫn hướng có nhiệm vụ chống xoắn Ở phía trướccủa đầu ép có một bu lông áp lực lò xo nén hướng tâmđược bố trí để định tâm trục bánh xe

Sự di chuyển của đầu ép được điều khiển từ bảngđiều khiển xoay được ở trên cột ép hoặc bảng điều khiển

ở đầu kháng cho đến khi tiếp xúc với trục bánh xe Hànhtrình của đầu ép không có tải có thể chạy với tốc độ épbình thường hoặc di chuyển ngang nhanh Vì lý do tiết kiệmthời gian chúng ta đề nghị cho đầu ép di chuyển theo tốc độnhanh không tải

c Đầu kháng

Đầu kháng được thiết kế chắc chắn và chế tạo từthép loại tốt Nó được bố trí có thể di động được trêndầm của khung máy ép và có thể thực hiện việc điềuchỉnh phù hợp với các dụng cụ ép, thích nghi với quá trìnhtháo lắp trục bánh xe tương ứng

Khoảng trống của đầu kháng có kích thước là 950mm vìvậy các bánh răng lắp trên trục, các đĩa hãm và trục bánhrăng không bị cản trở khi lắp trục bánh xe lên máy trong quátrình tháo, các loại đồ gá được lắp bằng cầu trục vàokhoảng trống của đầu kháng và có thể thay đổi dễ dàng

Sự di chuyển của đầu kháng được dẫn hướng bởihai con lăn và được thực hiện nhờ hai ê cu, có thể đượcđiều chỉnh trên hai xà bố trí cố định ở khung máy Các ê cunày được dẫn động bằng băng đai dây xích từ bánh răngcủa mô tơ Bộ dẫn động này có một khớp ma sát an toàn đểtránh những hư hỏng khi có sự cố xảy ra Các ê cu đượckhoá tự động nên đầu kháng có thể làm cân bằng lực ép

ở bất kỳ vị trí nào Sự di chuyển của đầu kháng đượcđiều khiển bằng bảng điều khiển ở trên đầu kháng trongquá trình dịch chuyển, có nghĩa là khi người vận hành máynhả nút ấn thì đầu kháng sẽ dừng lại ngay

d Bộ định tâm

Với bộ định tâm này, trục bánh xe được giữ đúng trênmáy ép trong suốt quá trình ép Nó gồm có một xylanh thuỷlực bổ sung trong đầu kháng có nhiệm vụ kết hợp với lò

xo nén hướng tâm đầu ép để điều chỉnh tâm của trục bánh

xe trong quá trình lắp bánh xe Xylanh thuỷ lực này được mạ

Trang 24

một lớp Crôm cứng và mài bóng, nó có thể lắp vào hoặctháo ra khỏi khoảng trống của đầu kháng dễ dàng

Các thông số kỹ thuật:

- Đường kính của xylanh 110 mm

- Đường kính pittông của xylanh 100 mm

- Hành trình của pittông 600 mm

đ Móng máy

Móng máy là một bộ phận không thể thiếu trong hầuhết tất cả các loại máy được cơ khí đặc biệt là nhữngmáy cố định Nó có chức năng giữ cho máy ổn định trongquá trình làm việc đồng thời móng máy có kết cấu chắcchắn và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thì làm tăng độ chínhxác của chi tiết chế tạo

Các phụ kiện móng máy:

- Đế phẳng để điều chỉnh cột ép và móng máy 4 cái xM20

- Chịu tải lớn nhất cho mỗi đế 120000 kN

- Đỡ một phần tải của máy 20000 kN

- Bu lông neo 32 cái x M30

- Chốt 14 cái

- Ê cu sáu cạnh 64 cái x M30

- Vòng đệm 64 cái x 31

- Vữa bê tông - V1,cát đá sỏi 0  4 mm 600 kg

e Thiết bị thuỷ lực

Thiết bị thuỷ lực chính được bố trí ở phía tay trái saucột ép Gồm có một thùng chứa dầu và một nhóm bơmđược lắp trên đó Có bơm bánh răng dịch chuyển ngang nhanhbên trong và một bơm bánh răng cao áp bên trong cũng như các

cơ cấu cần thiết, các khe trượt điều khiển, các van an toàn,các van nhỏ áp lực, các công tắc áp lực, các van mộtchiều, két làm mát dầu bằng gió, bộ lọc dầu, hệ thốngđường ống

Cụm van và cơ cấu điều khiển được bố trí một phầntrên thiết bị thuỷ lực và một phần được bố trí trên xylanhép Các thiết bị điều khiển và cài đặt thiết lập chế độ

Trang 25

được bố trí ở các vị trí dễ thấy và dễ dàng sử dụng Tuynhiên phải bảo vệ trước những người không có phận sựvận hành máy

- Áp lực vận hành cao nhất của bơm cao áp 228 bar

- Công suất vận chuyển của bơm cao áp 23 l/ph

- Áp lực vận hành bơm dịch chuyển ngang nhanh 92 l/ph

- Độ ồn tối đa 80 dB

- Công suất mô tơ thuỷ lực 11 kW

- Tốc độ của mô tơ thuỷ lực 1500 vg/ph

- Công suất mô tơ làm mát 0,37 kW

- Dung tích của thùng chứa dầu 400 l

f Bộ ghi hành trình - lực ép

Các quá trình ép sẽ được ghi lại trong mối tương quanvới hành trình của quá trình ép trục nhờ bộ ghi hành trình -lực ép Bộ ghi được lắp trên một xà ngang của cột ép, nólà một thiết bị cơ thuỷ lực Đồ thị hành trình - lực épđược khái quát như sau:

- Áp suất thuỷ lực tồn tại ở đầu ép sẽ đi qua cácđường ống đến bộ ghi làm di chuyển đầu ghi ở trên thước

đo cột ép Một cây bút được gắn tại đầu ghi để vẽ đồ thịcủa hành trình lên giấy Để biểu thị hành trình, có một sợidây nối giữa đầu ép với lỏi của cuộn giấy để chạy giấy.Nếu đầu ép chạy theo chế độ ép thì cuộn dây sẽ cho cuộngiấy xoay để giấy chạy Tỷ lệ giữa hành trình đầu ép vàhành trình giấy ghi đồ thị là 2:1 Đồ thị biểu diễn theophương thẳng đứng là nữa hành trình của quá trình ép vàtheo phương nằm ngang là lực ép tăng dần đều Các đồ thịđược lưu trữ trên một cuộn giấy nằm trong hộp ghi

- Khi đầu ép di chuyển theo chiều lùi thì sợi dây sẽ tựđộng cuốn lại và bộ ghi mà không cho giấy chạy

- Bộ ghi chỉ được dùng cho công tác lắp ép trục bánh

xe và phải được tháo ra khi tiến hành việc tháo ép Điều nàyđạt được bằng cách tháo sợi dây ra khỏi đầu ép và đóngbằng tay van một chiều trên đường ống tới bộ ghi Nếu vanmột chiều này vẫn còn mở thì máy ép chỉ có thể tạo ramột áp lực 2500 kN vì van an toàn bảo vệ bộ ghi lúc nàylàm việc làm ngăn cản không cho áp lực cao hơn

- Phạm vi đo 0  2500 kN

- Chiều sâu ghi 0  100 mm

Trang 26

- Mức độ tăng dần 0,03  50 kN

- Tỷ lệ hành trình đầu ép và hành trình ghi giấy 2 : 1

- Độ dài của cuộn giấy ghi 16 mm

h Cầu trục

Cầu trục là một dầm cần phục vụ đưa trục bánh xevào máy ép cũng như để điều chỉnh thiết lập lại máy ép.Cầu trục được bố trí di chuyển được trên một dầm tựđỡ phía trên máy ép Cầu trục được trang bị 2 dây móc đểnâng, di chuyển và vận hành có thể điều khiển riêng hoặcđồng thời nâng và di chuyển Việc điều khiển cầu trụcđược thực hiện bằng một bảng điều khiển từ nền nhàxưởng Bảng điều khiển được treo với một dây kéo và cóthể di chuyển dọc theo dầm cầu trục

- Điện thế vận hành 380 V, 3 pha, 50 Hz

- Điện thế điều khiển 220 V, 50 Hz

- Khả năng chịu tải 4000 kg

- Vận tốc di chuyển 5  20 m/ph

- Công suất của hai mô tơ di chuyển 0,09 kW

- Khối lượng của cầu trục khoảng 921 kg

- Khả năng nâng 2000 kg

- Vận tốc nâng 6,3 m/ph

- Công suất của mô tơ nâng 2,5 kW

- Vận tốc di chuyển của cầu trục 14m/ph

- Công suất của mô tơ dịch chuyển 0,17 kW

i Cơ cấu bảo vệ trên cầu trục

Trên đầu của dầm cầu trục có lắp các công tắc giớihạn và giảm chấn cao su để giới hạn hành trình của cầutrục

Trên đầu của dầm cầu trục có lắp các công tắc giớihạn và giảm chấn cao su để giới hạn hành trình của cuộndây móc Ở giữa các cuộn dây móc của cầu trục có lắp cáccông tắc giới hạn và giảm chấn cao su để tránh va chạm

Các cuộn dây móc tự động dừng khi móc đạt được vịtrí cao nhất của nó

Các mô tơ dùng để nâng và di chuyển của cầu trục lànhững mô tơ tự hãm và được mạ kẽm để chống rỉ Tấtcả các mô tơ đều được trang bị biến trở cảm báo nhiệt độcùng với bộ ngắt mạch để đảm bảo chắc chắn mô tơ đượcbảo vệ

Trang 27

Các hộp công tắc và các mô tơ được thiết kế theo tiêuchuẩn bảo vệ cách điện

j Các dụng cụ đồ gá

Một bộ các dụng cụ đồ gá được chế tạo từ thépđàn hồi chịu lực cao cũng được cung cấp cùng với máy ép.Những dụng cụ đồ gá này được thiết kế đặc biệt đểphù hợp với những quá trình ép khác nhau Các dụng cụ đồgá được gắn vào đầu kháng bằng “mối liên kết nhanh” vàcó thể dễ dàng thay đổi với sự trợ giúp của cầu trục củamáy ép

3.2 Lựa chọn kết cấu máy hợp lý

3.2.1 Lựa chọn phương án chuyển động

Để quá trình tháo, lắp thực hiện được tức là mốighép giữa trục bánh và bánh xe có thể tháo lắp được Quátrình lắp bánh xe vào trục hoặc tháo bánh xe ra khỏi trục đểsửa chữa phục hồi hoặc thay mới thì có thể có các phươngán sau:

- Trục và bánh xe cùng chuyển động tịnh tiến nhưngngược chiều nhau;

- Trục đứng yên còn bánh xe chuyển động;

- Bánh xe đứng yên còn trục chuyển động

Hình 3.2 Mô hình trục và bánh xe cùng chuyển động

1 - pittông xylanh; 2 - trục; 3 - bánh xe; 4 - đồ gá; 5 - pittông

xylanh

- Nếu V1, V2 > 0: đây là quá trình lắp ép bánh xe lửa

- Nếu V1, V2 < 0: đây là quá trình tháo ép bánh xe lửa

Trang 28

1 - mũi chống tâm; 2 - trục; 3 - bánh xe; 4

- Nếu V > 0: quá trình tháo ép bánh xe lửa- đồ gá; 5 - pittông xylanh ép

- Nếu V > 0: quá trình lắp ép bánh xe lửa

* Ưu điểm:

Khắc phục một số nhược điểm của phương án mộtnhư: làm tăng cơ tính mối ghép, khắc phục được một phầnvề sai số tích luỹ

* Nhược điểm:

Kết cấu của giá đỡ phức tạp do vừa mang bộ trụcbánh xe chuyển động nên có thể làm rung động và khôngchính xác (khó giữ được độ đồng tâm giữa trục và bánhxe; độ không vuông góc giữa mặt bên của bánh xe so với tâmtrục )

Trang 29

1 pittông xylanh ép; 2 trục; 3 bánh xe; 4 đồ gá; 5

-đầu kháng

- Nếu V > 0: quá trình lắp ép trục bánh xe

- Nếu V > 0: quá trình tháo ép trục bánh xe

So với 2 phương án trên phương án này khắc phục đượcmột số nhược điểm về độ không vuông góc, độ đồng tâm,ngoài ra còn làm một số kết cấu đơn giản hơn, cứng vữnghơn trong quá trình ép Do đó ta chọn phương án này

3.2.2 Phân tích và lựa chọn mô hình thích hợp nhất

Với phương án đã chọn ta phân tích trường hợp tháo épvà lắp ép như sau:

a Quá trình tháo ép

Trang 30

1 - pittông xylanh ép; 2 - bạc chặn; 3 - bạc lót; 4 - bánh xe;

5 - đầu kháng; 6 - đồ gá; 7 - trụcQuá trình tháo ép, lực ép đạt từ giá trị cao và dầndần giảm xuống Do ở mối lắp ghép có độ côn nhất địnhnên khi tháo bánh xe ra gần khỏi vị trí lắp thì bánh xe đượcđịnh vị trên trục thông qua bạc định vị và nhờ 2 palăng xíchcủa hệ thống dầm cầu trục giữ trục và bánh lại với nhauvà từ từ đưa ra trước máy để tháo bánh xe ra

Về mặt mô hình và quá trình vận hành thì quá trìnhtháo ép bánh xe ra khỏi trục bánh xe là thực hiện được

b Quá trình lắp ép:

Đây là quá trình yêu cầu về mặt kỹ thuật rất cao Đòihỏi định vị bánh xe so với trục bánh xe là khá chính xác Dođó ta dùng bộ chống tâm để định vị trục lên máy còn bánh

xe được định vị nhờ đồ gá gắn trên đầu kháng (hình 3.4).Trong quá trình lắp ép thì pittông ép, mà bánh xe thì đứng yên(theo phương án 3) thì ta phải lùi pittông (2) một đoạn chínhbằng quá trình tiến của pittông (1), thì lúc này vẫn được giáđặt trên máy và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đã đề ra

3.3 Sơ đồ động học

Hình 3.6 Hình vẽ sơ đồ động học

Trang 31

1 - động cơ; 2 - khớp nối; 3 - hộp giảm tốc; 4 - xích; 5 - ê cu; 6

- pittông xylanh ép;

7 - trục; 8 - đồ gá; 9 - pittông xylanh chống tâm

Sơ đồ động học gồm 2 bộ phận chính: đầu ép có tácdụng ép trục vào bánh xe; đầu kháng điều chỉnh khoảngcách từ đầu ép đến đầu kháng được nhờ bộ truyền độngvít - đai ốc trên đầu kháng để giá đặt bánh xe

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU MÁY

4.1 Giới thiệu các kết cấu cần tính toán

Dựa theo sơ đồ động tổng quát của máy thiết kế tacần tính toán bộ truyền động của đầu kháng Để đầukháng di chuyển dọc theo máy được ta nhờ bộ truyền độngvít - đai ốc và để cho 2 đai ốc trên vít me quay thì ta dùngmột động cơ để truyền chuyển động qua 2 đai ốc

Từ động cơ điện ta có thể dùng các bộ truyền sau:

+ Bộ truyền động bánh răng;

+ Bộ truyền động đai;

+ Bộ truyền động xích

Do đặc điểm của bộ truyền có khoảng cách xa nênkhông phù hợp cho bộ truyền bánh răng vì nếu dùng bộtruyền bánh răng thì phải qua nhiều bánh răng trung gian cónhược điểm là kết cấu cồng kềnh, hiệu suất thấp

Mặt khác, vận tốc của 2 đai ốc là phải bằng nhau nêntuyệt đối không dùng được bộ truyền động đai vì hay xảy rahiện tượng trượt giữa đai và pu ly

Vậy ta dùng bộ truyền động xích, vì nó có những ưuđiểm sau:

+ Có thể truyền động giữa các trục cánh nhautương đối xa;

+ Kết cấu nhỏ gọn, làm việc có độ tin cậy cao;

Trang 32

+ Có thể truyền động và công suất cho nhiềutrục;

+ Đạt hiệu suất khá cao

Tuy nhiên bộ truyền động xích vẫn có những được sau:

+ Có tiếng ồn khi làm việc;

+ Chống mòn, đặc biệt là khi bôi trơn không tốt vàmôi trường có nhiều bụi

Qua các phân tích trên, đến với máy tháo lắp bánh xelửa để chuyển động cho 2 đai ốc dịch chuyển cơ cấu vít -đai ốc có cùng vận tốc dẫn đến chuyển động đầu kháng

ta chọn bộ truyền động xích Để khắc phục những nhượcđiểm trên ta dùng bộ căng xích, hộp chắn bụi và đồng thờibôi trơn định kỳ

4.2 Thiết kế bộ truyền động vít - đai ốc

4.2.1 Truyền động vít - đai ốc

Bộ truyền vít - đai ốc dùng để biến chuyển động quaythành chuyển động tịnh tiến

Bộ truyền vít - đai ốc có ưu điểm sau:

+ Làm việc êm;

+ Có khả năng tự hãm;

+ Kết cấu nhỏ gọn

Nhưng có những nhược điểm chính là: hiệu suất thấp

do ma sát trên bề mặt ren, chóng mòn nên dùng vật liệu vítvà đai ốc thích hợp, bôi trơn đầy đủ và tính toán để hạnchế áp suất trên ren

4.2.2 Nhiệm vụ của bộ truyền động vít - đai ốc trong máy ép

- Dùng để thay đổi khoảng cách giữa đầu kháng vớiđầu ép khi khoảng cách từ đầu ép đến bánh xe thay đổi

- Với tính tự hãm của bộ truyền thì đầu kháng sẽ cốđịnh ở bất kỳ vị trí nào trên vít có nghĩa là lực ép tạo ra sẽcân bằng với phản lực tác dụng lên bề mặt ren làm việc

- Nhờ 2 xà dọc liên kết với cột ép và cột cuối của máyép nên kết cấu của đầu kháng sẽ vững chắc trong quá trìnhép

- Nhờ 2 ê cu kết hợp với 2 đường ray dẫn hướng nênđầu kháng chuyển động thẳng hướng so với đầu ép

Trang 33

4.2.3 Tính toán và thiết kế bộ truyền động vít đai ốc

-a Lựa chọn phương án chuyển động:

Để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnhtiến ta có các cách sau:

- Vít quay và chuyển động tịnh tiến, đai ốc cố định

- Vít quay và không chuyển động tịnh tiến, đai ốc cốđịnh

- Vít cố định, đai ốc cố định

* Xét phương án 1:

Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động: trục vít me (1) vừa quay vừa tịnhtiến kéo đai ốc (2) lắp cố định trên nó quay và tịnh tiếntheo, đầu kháng (3) lắp lòng không cũng tịnh tiến theo

Phương án này đòi hỏi không gian hoạt động của máyrộng vì khi vít chuyển động tịnh tiến có thể lồi ra đầu nàyhoặc đầu kia hoặc cả hai đầu (hình 4.1) và đồng thời 2 vítkhông được cố định tốt nên quá trình di chuyển đầu khángcó sự rung động tạo ra sự lệch tâm lớn Nên ta loại phươngán này

Trang 34

Hình 4.2Nguyên lý hoạt động: trục vít me (1) quay kéo đai ốc (2)lắp trên nó quay còn chuyển động tịnh tiến bị đầu kháng (3)khống chế, đai ốc di chuyển kéo theo đầu kháng di chuyển

Phương án này tuy khắc phục được nhược điểm củaphương án trên nhưng vẫn còn tồn tại một số nhược điểmnhư sau:

- Do phạm vi làm việc rộng tải trọng lớn, trục vít cókhối lượng quá lớn, nên động cơ dẫn động vừa mang 2 trụcvít quay vừa dẫn động đầu kháng phải có công suất lớn

- Mặt khác, động cơ không những thắng lực ma sátxuất hiện trên các bề mặt ren của trục vít me và đai ốc màcòn phải thắng lực ma sát sinh ra trên các ổ đỡ của trục vítme

Nguyên lý hoạt động: trục vít me (1) quay kéo đai ốc (2)lắp trên nó quay còn chuyển động tịnh tiến bị đầu kháng (3)khống chế, đai ốc di chuyển kéo theo đầu kháng di chuyển

Trang 35

Hình 4.3Phương án này khắc phục được một số nhược điểmcủa 2 phương án trên và đồng thời có các ưu điểm sau:

- Trục vít me được cố định trên máy nên đầu khángdẫn động trên nó ít rung động hơn, lúc này đầu kháng chỉchuyển động tiến và lùi dọc theo đầu ép

- Công suất dẫn động đầu kháng nhỏ do động cơ chỉdẫn động đầu kháng và thắng được lực ma sát xuất hiệntrên bề mặt ren của vít và đai ốc mà thôi

Từ quá trình đánh giá và phân tích trên ta chọn phươngán 3 cho bộ truyền động vít - đai ốc (hình 4.3)

b Lựa chọn biến dạng ren và kiểu bôi trơn:

* Lựa chọn biến dạng ren:

Vì trục vít me và đai ốc dùng để dịch chuyển đầukháng tiến hay lùi Do vậy ren làm việc của nó là loại renlàm việc cả 2 bề mặt bên profin ren phải có biến dạng đốixứng như: ren tam giác cân, ren thang cân, ren vuông

Để có thể giảm bớt lực ma sát giữa các mặt ren củatrục vít và đai ốc ta có thể dùng ren vuông Tuy nhiên, ngoàinhiệm vụ dịch chuyển đầu kháng tiến hoặc lùi bộ truyềnđộng vít - đai ốc còn dùng để tự hãm trong quá trình ép,tức là trục vít me phải chịu một lực dọc trục rất lớn Dođó, dùng ren vuông thì tính tự hãm kém đồng thời sinh raứng suất tại chân ren, nhưng đối với loại ren tam giác thìkhả năng chịu lực dập bé

Vậy ta dùng loại ren có biến dạng hình thang và chọngóc nghiêng profin tiêu chuẩn  = 200

* Chọn kiểu bôi trơn:

Do quá trình dịch chuyển đầu kháng là không liên tục,thời gian dịch chuyển ngắn tức là thời gian làm việc của bộtruyền động vít - đai ốc ngắn mà không liên tục nên ta chọnphương án bôi trơn bằng mỡ định kỳ cho đơn giản Hệ số masát giữa các bề mặt ren là f = 0,1 [2]

c Phân tích lực tác dụng:

- Khi không làm việc thì không có lực tác dụng Lúc này,chỉ có chịu trọng lượng của bản thân đầu kháng Để giảmbớt sự chịu lực ngang của vít ta dùng 4 bánh xe chạy trênray vừa có tính dẫn hướng vừa chịu trọng lượng của đầukháng

Trang 36

- Khi gá đặt bộ trục bánh xe lên máy ép thì lúc này 4bánh xe chịu lực thêm của bộ trục bánh xe

- Khi chuyển động tiến lùi ngoài sự xuất hiện lực masát trên bề mặt ren làm việc còn có lực ma sát do trọnglực tác dụng lên bánh xe sinh ra

* Lực tác dụng lên cơ hệ (giả thiết chiều như hình vẽ là

g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2;

f - là hệ số ma sát lăn, lấy f = 0,02;

N - phản lực tác dụng lên ray dẫn hướng

Fms = 5000.9,81.0,02 = 981 N

- Để đầu kháng chuyển động thì ta cần tác dụng lênbộ trục bánh xe một lực F’:

N d

F

2

1 , 0 981 2

0 2 '



 F t

Trang 37

'



- Khi ép, lực ép thường lấy trong quá trình lắp ép là

500 kN, trong quá trình tháo ép là 1500 kN Để đảm bảo antoàn cho kết cấu và trong quá trình tháo ép có thể lớn hơn dohan rỉ giữa bề mặt làm việc giữa mayơ và trục thì ta thiếtkế lực ép lớn nhất là 3000000 kN

Ta có sự cân bằng cơ học như sau:

d thiết kế bộ truyền động vít - đai ốc:

Thực nghiệm cho thấy truyền động vít - đai ốc thường

bị hỏng do mòn ren Để giảm mòn cần chọn vật liệu vít vàđai ốc thích hợp, bôi trơn đầy đủ và tính toán để hạn chếáp suất trên ren

Ngoài hiện tượng hỏng vì mòn, bộ truyền có thể bịhỏng do không đủ độ bền (các vít chịu lực lớn ) hoặc khôngổn định (các vít dài bị uốn dọc)

* Tính theo độ bền mòn:

Phương pháp tính theo độ bền mòn được dùng phầnlớn cho các bộ truyền vít - đai ốc để xác định đường kínhvít và chiều dài đai ốc

Để giảm mòn áp suất phái trên mặt ren không vượt quátrị số giới hạn cho phép [p]:

Trang 38

] [

F d

h H

a





 mm [2]

Trong đó: Fa - lực dọc trục, Fa = Ft = 9810 N;

d2 - đường kính trung bình của vít;

2

/ 8 8

] [p  MP a  N mm

Vậy đường kính trung bình của vít:





8 5 , 0 2 14 , 3

9810

2

* Tính theo điều kiện độ bền:

Đối với các vít chịu tải lớn cần kiểm tra độ bền vítđồng thời chịu nén (hoặc kéo) gây ra:

k a

d

F

][

42 1





  £

Trong đó: Fa - lực kéo dọc trục, Fa = 1.500.000 N;

d1 - đường kính trong của ren vít;

k

] [  - ứng suất kéo cho phép thép 45, [  ]k= 540 N/

000 500 1 4 ]

[

4 1

k a

F d

- Đường kính trung bình của vít:

d2 = m.q = 8.20 = 160 mm

Trang 39

- Đường kính chân ren vít:

df = d - 2hf.m = 160 - 2.1,2.8 = 140,8 mm

(hf = ha + c = 1 + 0,2 = 1,2)

- Đường kính vòng đỉnh ren vít:

da = d2 + 2ha.m = 160 + 2.18 = 176 mm(ha = 1: hệ số chiều cao; c = 0,2: hệ sốkhe hở hướng tâm)

- Bước ren vít:

t = .m = 3,14.8 = 25,12 mm

- Chiều cao làm việc của ren:

h = h.t = 0,5.25,12 = 12,56 mm

* Kiểm tra điều kiện tự hãm:

Để bộ truyền động vít - đai ốc tự hãm được thì phảithoả mãn điều kiện sau:

12 , 25

 054’

r = arctg

 cos

f

= arctgcos 20 0

1 , 0

= 606’

(f = 0,1: hệ số ma sát trượt trên bề mặt ren,  =

200: góc profin)

Thoả mãn điều kiện tự hãm: g < r

* Kiểm tra điều kiện chịu nén

Vì trục vít me quá dài và lực nén lớn cho nên phải kiểmtra về độ bền và ổn định Tính gần đúng theo điều kiện [2]với vật liệu trục vít me là thép 45 có ch = 300 N/mm2;[]n = 300/3 = 100 N/mm2; hệ số  tra theo  

j

l

0,5.1404000,8 =14,3; tra theo bảng [2] lấy  = 0,98

4

d

F a n

9 , 2 )

tg

r g g



Trang 40

(do chọn đường kính trục lớn; hệ số ma sát lớnnên hiệu suất thấp)

* Xác định các thông số còn lại của bộ truyền động vít - đaiốc

- Xác định đường kính trung bình sơ bộ của đĩa xích Dotính yêu cầu kết cấu đầu kháng là nhỏ gọn nên:

D2 = 1,5.d2 = 1,5.160 = 240 mm

- Xác định chiều dài của đĩa xích;

H = H.d2 = 2.160 = 320 mm

* Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền

Môđun của trục vít me m = 8 mm

Bước ren vít t = 25,12 mm

Hiệu suất của bộ truyền  = 0,32

Đường kính trung bình của vít d2 = 160 mm

Đường kính chân ren vít df = 140,8 mm

Đường kính vòng đỉnh ren vít da = 176 mm

Chiều cao làm việc của ren h = 12,56 mm

Chiều dài làm việc của trục vít me L = 2800 mm

Góc ăn khớp  = 200

4.3 Thiết kế bộ truyền động xích

4.3.1 các thông số ban đầu

- Lực tác dụng lên đầu kháng F’ = 9810 N

- Vận tốc chuyển động của đầu kháng V = 22 mm/s

- Vận tốc vòng của đai ốc (bánh bị động)

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	0,98 MB

thiết kế máy ép trục thuỷ lực

Chọn dầu sử dụng trong hệ thống

Quá trình lắp ép bánh xe