thiết kế máy ép cắt phế liệu - ứng dụng thủy lực

Tính năng và tác dụng: Máy được thiết kế và chế tạo nhằm ép, cắt các loại sắt phế liệu thành các phần nhỏ, có chiều dài khoảng 200 ÷ 500mm sau mỗi lần cắt có thể điều chỉnh được chiều dà

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, Đảng và Nhà Nước cùng với nhân dân thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Đảng ta đã xác định công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa Như chúng ta đã biết nước ta là một nước có nền công nghiệp còn lạc hậu, trình độ công nghệ chưa theo kịp các nước trên thế giới vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị để phục vụ cho nền kinh tế Từ đó Đảng ta đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó việc đào tạo thế hệ những người có chuyên môn trong lĩnh vực này là rất cần thiết.

Từ chủ trương của Đảng trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG không ngừng phát triển, nâng cao chất lượng dạy và học trong đó ngành cơ khí ngày càng phát triển, được đầu tư xây dựng cơ sở dạy và học nâng cao chất lượng đào tạo Là những sinh viên may mắn được tìm hiểu và học tập tại khoa cơ khí chúng em rất tự hào và phấn khởi Sau một thời gian học tập tại trường và được đi tham quan và thực tập tại các nhà máy xí nghiệp đặc biệt là Nhà Máy Thép Đà Nẵng và bản thân

em đã được giao cho nhiệm vụ thiết kế máy ép cắt phế liệu của nhà máy

Bằng kiến thức học tập được tại trường và qua quá trình thực tập tại nơi sản xuất cùng với sự hướng dẫn tận tình cúa thầy LÊ CUNG em đã phần nào hoàn thành nhiệm vụ đã được giao

Tuy nhiên do khả năng còn hạn chế nên việc tính toán thiết kế máy chắt chắn còn rất nhiều thiếu sót Em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo

Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5năm 2004

Sinh viên thiết kế

PHAN ĐỨC HOÀNG

CHƯƠNG I :

GIỚI THIỆU NHÀ MÁY THÉP

1.1 Giới thiệu chung :

Tổng quát về nhà máy: Nhà máy thép đà nẵng là một trong 2 nhà máy có sản lượng thép lớn nhất tại miền trung Nhà máy thép Đà Nẵng có 2 cơ sở tại Liên Chiểu và Hoà Khánh Sản phẩm của nhà máy chủ yếu là thép Φ6 vàΦ8 Sản lượng hàng năm của nhà máy khoảng 20000tấn/năm Nhà máy đã đầu tư nhiều trang thiết

bị và bảo hộ lao động tiên tiến nhằm tăng năng suất lao động và ngày càng đảm bảo tốt hơn môi trường làm việc cũng như sức khoẻ của người lao động Trước đây, phôi cán nàh máy phải nhập từ nước ngoài về do đó chi phí còn cao, để khắc phục điều này nhà máy đã xây dựng lò luyện thép với sản lượng 2,5 tấn/mẻ Do nhu cầu thép ngày càng cao nên năm 2000 nhà máy đã đầu tư tại khu công nghiệp Liên Chiểu một dây chuyền luyện thép mới với sản lượng lên đến 15 tấn/mẻ Trong tương lai nhà máy cũng đang có nhiều dự án đầu tư khác trong đó phải kể đến dây chuyền Luyện-Cán thép liên tục để tăng tính linh hoạt trong quá trình sản xuất và giảm bớt sức lao động của công nhân

Ngoài ra nhà máy cũng đã đầu tư một dây chuyền sản xuất khí O2 vừa để phục vụ cho quá trình sản xuất của nhà máy và vừa tiêu thụ cho thị trường bên ngoài.1.2 Sơ đồ qui trình công nghệ luyện thép :

1.2.1.Nguyên vật liệu :

Chủ yếu từ phế liệu và thép phôi nhập

+ Với phế liệu thì qui trình công nghệ : Phế liệu -> ng liêu->luyện -> cán ->sản phẩm

+ Với thép phôi dập thì qui trình công nghệ : Thép phôi nhập->cán -> sản phẩm

Thế nhưng việc nhập khẩu thép thỏi từ nước ngoài thì giá thành cao nên công việc tái chế sắt thép phế liệu đưa vào sản xuất nó sẽ kéo giá thành sản phẩm hạ Mà việc tái chế phế liệu nó sinh ra nhiều vấn đề như:

+ Phân loại xử lý phế liệu

+ Gia công phế liệu

+ Qua giai đoạn nấu và phối liệu

+ Qua kiểm nghiệm KCS

+ Chống ô nhiểm môi trường.v.v

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 2

1.2.2.Sơ đồ qui trình luyện thép:

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ LUYỆN THÉP

Hình : 1.1

Nguyên phế liệu được đưa vào khu gom nguyên vật liệu Từ đó xử lý phân loại tách chất cháy nổ (vỏ đạn, bom, mìn, dây cáp v.v.) Tất cả lần lượt đưa vào Máy gia công phế liếu 250 tấn bằng cần cẩu bàn tay năm ngón Máy ép phế liệu lại thành khối và cắt nhỏ ra Các khối có kích thước 200 -> 500 mm.

Nhờ cần trục nam châm hút phế liệu đưa vào thùng chứa Các thùng được đưa qua khu nấu Cần trục nâng thùng phế liệu cho vào lò Trên nắp lò có 3 điện cực, chúng sẽ từ từ hạ xuống Lò hoạt động nhờ nguyên lý hồ quang điện, trong quá trình nấu thì kim loại nóng chảy, lúc này các kỹ thuật viên sẽ phối liệu sao cho đúng thành phần

Công suất của lò hồ quang 15-> 60 tấn /mẻ

Kim loại nóng chảy rót vào thùng rót, từ thùng rót rót ra các dàn khuôn đã được làm sẵn

Lấy phôi ra khỏi khuôn đúc, người ta dùng máy búa rơi tự do đóng rớt phôi ra ngoài

Các phôi qua kiểm tra KCS Đưa vào bãi

Thông số của máy gia công thép 250 tấn :

- Năng suất cắt 6T/h

- Lực cắt chính 250 T

- Lực ép đứng 112 T

- Lực ép ngang 90 T

- Hệ thống điều khiển tự động hoạt bằng tay

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 4

1.3 Sơ đồ qui trình công nghệ cán thép :

Sơ đồ

XẾP VÀO BÃI THÀNH PHẨM

LÒ NUNG PHÔI 8T/H

THÉP THỎI 100x100(LUYỆN ,NHẬP NGOẠI)

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CÁN THÉP

KCS

GIÁ CÁN THÔGIÁ CÁN TRUNG

4 GIÁ CÁN TINH DANIELLI

MÁY THU NHẬN THÀNH PHẨM

MÁY QUẤN THÀNH PHẨM

Hình : 1.2

1.4 Tính năng, kết cấu và sự hoạt động của máy :

1.4.1 Tính năng và tác dụng:

Máy được thiết kế và chế tạo nhằm ép, cắt các loại sắt phế liệu thành các phần nhỏ, có chiều dài khoảng 200 ÷ 500mm sau mỗi lần cắt (có thể điều chỉnh được chiều dài cắt bằng rơ le thời gian) để thuận tiện cho việc cung cấp liệu vào lò nấu thép

Công suất máy được chọn là 6 tấn/giờ phù hợp với lò nấu thép hồ quang từ 15

÷ 60tấn/mẻ

1.4.2 Mô tả kết cấu và sự hoạt động của máy:

Máy được cấu tạo thành 03 khối riêng biệt, và được lắp đặt liền kề với nhau (Xem bản vẽ MCL 00.00.000)

- Xi lanh cắt được tính chọn phù hợp với lực cắt của máy là 250 tấn

- Hệ khung máy kết cấu gân giằng, tăng thêm độ cứng vững, mặt khác do xi lanh cắt lớn nên đường kính ngõng trục quay của xi lanh cắt

b Khối sàn nạp liệu và xe đẩy liệu:

- Sàn nạp liệu có thể tích khoang chức liệu xấp xỉ 09m3

- Trong đó lắp đặt động cơ - hộp giảm tốc, cơ cấu chuyển động xích kéo xe đẩy liệu và sàn thao tác máy

- Xe đẩy liệu chuyển động trên bốn con lăn được dẫn hướng bằng hai thanh trượt gá trên sàn nạp liệu

- Dẫn động chuyển động cho xe đẩy liệu bằng hệ thống động cơ liền hộp giảm tốc, xích con lăn

- Chiều dài cắt của phế liệu được xác định bằng rơ le thời gian hiệu chỉnh khoảng thời gian chuyển động của động cơ đẩy xe nạp liệu

c Khối nguồn thuỷ lực:

- Bao gồm động cơ, hệ làm mát dầu, các Manifol phân phối, các van thuỷ lực, đồng hồ đo áp lực, rơ le áp lực , tất cả được lắp trên thùng thuỷ lực có dung tích làm việc chứa khoảng 1.800 lít dầu

- Phần nguồn thuỷ lực được nói với các xi lanh công tác qua hệ thống đường ốg dẫn bằng thép cố định và đường ống dẫn dầu mềm, chịu áp lực tới 290kg/cm2

1.4.3 Mô tả sự hoạt động của máy:

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 6

Thép phế liệu được nạp vào khoang chứa của sàn nạp liệu bằng hệ thống cầu trục bàn nam châm từ Sau khi nạp liệu tới mức thể tích chiếm xấp xỉ 2/3 của sàn nạp liệu khi đó bắt đầu vận hành máy, có thể chạy theo hai chế độ.

* chế độ chạy bằng tay:

Đây là cách chạy máy vận hành bằng tay các chuyển động đẩy liệu, ép ngang, ép đứng, cắt được thao tác trên các nút bấm phù hợp đặt trên tủ điều khiển, trình tự thao tác các xi lanh bằng tay cũng phải tuân theo trình tự công nghệ của máy

Công tắc lựa chọn được chuyển về vị trí chạy bằng tay, ứng với mỗi chuyển động đều có đèn báo tín hiệu lắp trên tủ điều khiển

* Chế độ chạy tự động theo phương trình PLC:

Lúc này công tắc chuyển về vị trí tự động từng công đoạn hoặc tự động liên tục Tất cả chu trình chạy tự động của máy được thực hiện khi ấn nút chạy chương trình PLC (Xem cụ thể ở phần vận hành máy) Chuyển động của máy như sau:

+ Xe cấp liệu đưa liệu vào, khi hết thời gian đặt trước thì dừng lại

+ Hai xi lanh ép đứng đi xuống cách mặt bàn khoảng 310 mm thì dừng lại.+ Hai xi lanh ép ngang đi vào đạt áp suất ép ngang, thì đi ra

+ Xi lanh ép đứng đi xuống tới áp lực ép xác định bằng rơle áp lực ( số 31.1) thì xà gá dao động bắt đầu đi xuống, chu trình cắt liệu theo PLC bắt đầu

+ Khi động tác cắt kết thúc xà gá dao động mang theo dao động đi lên tới cữ trên cùng thì dừng lại, tiếp theo xi lanh ép đứng đi lên tới cữ đặt thì dừng lại (Phải điều chỉnh cữ sao cho mặt dưới của bàn ép đứng cách mặt bàn ép hay sàn máy khoảng 310 mm, để có khoảng không cho xi lanh ép ngang đi vào), hai xi lanh ép ngang đi vào ép phế liệu tới áp lực cần thiết ( xác định bằng rơle áp lực số 31.2) thì

đi trở ra tới cữ ngoài cùng dừng lại), xi lanh ép đứng đi lên tới cữ trên, tại đây có hai khả năng:

- Khối lượng liệu phía sau còn cao, thì đưa công tác S2 về vị trí bàn ép đứng lên đến vị trí trên cùng, mục đích là mở rộng tối đa không gian nạp liệu cho khu vực ép

- Khối lượng liệu phía sau thấp, thì đưa công tắc S2 về vị trí bàn ép đứng cữ giữa, mục đích là để rút ngắn thời gian chạy không của xi lanh ép đứng

+ Xe đẩy liệu tiếp tục đẩy liệu vào một lượng từ 200 ÷ 500 mm (được điều chỉnh bằng rơle thời gian) Chu trình lại tiếp tục lặp lại

Đối với thép phế liệu, nguyên liệu đầu vào rất đa dạng, nhiều chủng loại khác nhau, tuy nhiên để đảm bảo năng suất cắt của máy, công việc phân loại sơ bộ rất cần thiết để hợp lý hoạt động và hiệu chỉnh dao của máy nhằm đảm bảo năng suất, tuổi thọ của máy

Nguyên liệu cho máy được phân loại sơ bộ trước khi đưa vào máy theo nguyên tắc sau:

- Độ dày vật liệu tương dối đồng đều Với loại vật liệu mỏng, khe hở dao động và dao tĩnh từ 0,3 ÷ 0,45 mm với loại vật liệu dày, khe hở dao động và dao tĩnh từ 0,45 ÷ 0,75 mm Phải điều chỉnh khe hở dao phù hợp với chiều dày của vật liệu cắt

- Không để lẫn các vật liệu gây nổ, cán thép, khối thép cục lớn vào khu vực chứa liệu của máy

1.5 Phần điện của máy gia công thép phế liệu:

Hệ thống điện dùng nguồn điện 3 pha: 380V; 50Hz Trong đó có 03 động cơ điện xoay chiều

Thiết bị điện được lắp đặt trong 02 tủ điện chính, 01 tủ động lực và 01 tủ điều khiển, các công tắc hạn vị được lắp đặt trên máy, rơ le áp lực được lắp trên tủ điều khiển thuỷ lực

Các động cơ gồm:

- Động cơ bơm dầu M1 có công suất đến 40Kw; 1.480 v/ph; 380V

- Động cơ làm mát M3 có công suất 5,5 Kw; 1.450 v/ph; 380V

- Động cơ liền hộp giảm tốc, nạp liệu M2 có công suất 5,5 Kw; 1.450v/ph; 380V

Bộ điều khiển tự động PLC được lắp trong tủ điều khiển, cùng với các rơle, đèn tín hiệu Chế độ làm việc: theo 03 chế độ

- Bằng tay

- Làm việc tự động từng công đoạn bằng chương trình PLC và

- Tự độngliên tục bằng chương trình PLC

Xem sơ đồ nguyên lý và bản vẽ lắp ráp điện kèm theo

Chu trình cắt tự động được lập bảo đảm tự động cắt tối thiểu 3 tối đa 8 lần tuỳ thuộc chất liệu đầu vào

1.6 Phần thuỷ lực của máy gia công thép phế liệu:

(Xem bản vẽ nguyên lý điều khiển thuỷ lực)

Hệ thống thuỷ lực là phần động lực chính của máy, sự hoạt động bình thường, lâu dài của hệ thống thuỷ lực có tính quyết định dến tuổi thọ vận hành của máy.CÁC PHẦN TỬ CHÍNH

Xy lanh đầu cắt (02 cái) : φTRONG :300 mm, φTRỤC : 250 mm

Xy lanh đầu ép đứng (02 cái) : φTRONG :200 mm, φTRỤC : 150 mm

Xy lanh đầu ép ngang (02 cái) : φTRONG :160 mm, φTRỤC : 120 mm

Bơm cao áp lưu lượng nhỏ (01 cái) : P = 180 kg/cm2

Bơm cao áp lưu lượng lớn (01 cái) :

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 8

Bơm làm mát (01cái) : P = 70 kg/cm2

Dung tích thùng chứa dầu : 1.500 lít

Đặc tính làm việc của hệ thuỷ lực:

- Hệ thống thuỷ lực làm việc đạt yêu cầu chức năng của máy

- Hệ thống sử dụng bơm áp cao, lưu lượng phù hợp khi có lực ép, cắt tăng tới yêu cầu; điều này làm giảm tiêu hao năng lượng động cơ (khi này bơm áp lực thấp lưu lượng cao tự động tháo tải)

- Hệ thống sử dụng bơm áp lực thấp lưu lượng cao hoà cả hai bơm khi chạy không tải, đạt tốc độ mong muốn

- Dưới áp lực làm việc cao, dầu sinh nhiều nhiệt nóng nên hệ thống phải có thêm bộ làm nguội với bơm luôn luôn chuyển dầu chạy qua hệ thống ruột gà chứa nước tuần hoàn

CHƯƠNG II :

CƠ SƠ TÍNH TOÁN

2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại:

Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực , kim loại biến dạng theo các giai đọan : biến dạng đàn hồi , biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Tùy theo từng cấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim

Trong đơn tinh thể kim loại , các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định , mỗi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó (a)

Hình 2.1 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 kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu

+ Biến dạng dẻo : khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 10

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c) Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng , sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trang thái ban đầu

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d) Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh

Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất, Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẻo của đa tinh thể : kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể ( hạt tinh thể ), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng

ở vùng tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau đó mới đến các hạt khác Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục xuất hiện

2.1.1 Tính dẻo của kim loại :

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các nhân tố khác nhau : thành phần và tổ chức của kim loại , nhiệt độ , trạng thái ứng suất chính , ứng suất dư , ma sát ngoài , lực quán tính , tốc độ biến dạng

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức

cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh ( hiện tượng biến cứng ) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25÷0,30 Tnc ( nhiệt độ nóng chảy ) ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại ( hiện tượng phục hồi ) Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khoi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo.Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trang thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm

2.1.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo :

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

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 12

Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ = 0 và không có biến dạng Ưïng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy σch

Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

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

A = A0 + Ah (2.7)Trong đó :

A0 : thế năng để thay đổi thể tích vật thể ( trong biến dạng đàn hồi thể tích của vật thể tăng lên, tỉ trọng giảm xuống )

Ah : thế năng để thay đổi hình dáng vật thể Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định :

A = (σ1ε1 + σ2ε2 + σ3ε3 ) /2 (2.8)Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc :

ε1 = E1 [ ε2 - µ(σ2 + σ3 ) (2.9)

ε2 = E1 [ ε2 - µ(σ1 + σ3 ) (2.10)

ε3 = E1 [ ε3 - µ(σ1 + σ2 ) (2.11)Theo (2.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị :

A = 21E[ σ12 + σ22 + σ32 - 2µ(σ1σ2 + σ2σ3+ σ1σ3 )

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hướng cùng góc :

12

σσ

Ah = A - A0 = 16+Eµ

[(σ1-σ2)2 +(σ2-σ3)2+ (σ3-σ1)2] (2.14)Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là :

A0 = 16+Eµ

2σ0 (2.15)Từ (2.14) và (2.15) ta có :

(σ1-σ2)2 +(σ2-σ3)2+ (σ3-σ1)2 = 2σ0 = const Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo

Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (2.9) ta có thể viết :

σ2 = µ (σ1 + σ3) Khi biến dạng dẻo ( không tính đến đàn hồi ) thể tích của vật không đổi vậy ∆V=0

Từ (2.12) ta có : 1−E2µ

( σ1 + σ2 + σ3 ) = 0 Từ đó : 1-2µ = 0 , vậy µ = 9,5 (2.16) Từ (2.15) và (2.16) ta có : σ2 =

2 3

(2.17) Vây phương trình dẻo có thể viết :

So sánh nó với (2.20) ( khi σ1 = -σ3 )

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 14

τmax =

30

σ

= k = 0,58σ0 (2.20) Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là : k = 0,58σ0 gọi là hằng số dẻo

Ơí trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết :

σ1 - σ3 = 2k = const 2k = 3 0

2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội :

Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng

Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mứt độ biến dạng2.1.4 Dập thể tích:

Đặc điểm:

Giãn dài Độ bền

0 20 40 60 80%

100 80 50 40 20

Dập thể tích là phương pháp gia công áp lực áp lực trong đó kim loại được biến dạng trong không gian hạn chế của khuôn Kết cấu của khuôn như hình dưới :

Hình 2.4 Kết cấu khuôn dập thể tích1: Khuôn trên 3: Rãnh bavia

2: Lòng khuôn 4: Khuôn dưới

Trong khi dập nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới được bắt chặt với đe trên và

đe dưói của thiết bị Phần kim loại thừa chảy vào rãnh tạo bia của vật rèn So với rèn tự do, rèn khuôn có đặc điểm:

- Độ chính xác và chất lượng vật rèn cao

- Có khả năng chế tạo được những chi tiết phức tạo

- Năng suất cao

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa

Nhưng giá thành chế tạo khuôn cao, khuôn chóng hỏng vì vậy phương pháp rèn khuôn chỉ thích hợp với sản xuất loạt và hàng khối

Để chọn phương pháp hợp lý, ta có thể dùng phương pháp rèn khuôn hợp lý

No : Số chi tiết hợp lý để rèn khuôn

Gkh: Tổng giá thành để tạo khuôn m1 : Giá thành chi tiết rèn tự do

n1: Gía thành gia công cơ khí chi tiết rèn khuôn

m2: Giá thành chi tiết khi rèn khuôn

n2 : Giá thành gia công cơ khí chi tiết khi rèn khuôn

Nếu số lượng chi tiết cần gia công N

N > No : Rèn khuôn hợp lý

3

Các phương pháp rèn khuôn : Căn cứ vào lòng khuôn ta phân ra các phương pháp rèn khuôn sau.

- Lòng khuôn hở : là lòng khuôn mà trong qúa trình gia công có một phần kim loại biến dạng tự do

- Lòng khuôn kín : là lòng khuôn cho bavia trên sản phẩm

Đối với vật rèn đơn giản hoặc không yêu cầu chính xác, ta dùng trên khuôn hở, đối với chi tiết phức tạp, đòi hỏi chính xác ta thường dùng khuôn có bia hoặc không có bavia

2.1.5 Dập tấm:

Đặc điểm:

Dập tấm là phương pháp gia công áp lực để chế tạo sản phẩm từ vật liệu tấm, thép bản Dập tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.Song chủ yếu gia công ở trạng thái nguội, nên còn gọi là dập nguội Dập tấm nguội dược dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế tạo máy bay, ôtô .Nó có số đặc điểm sau:

- Độ chính xác và chât lượng sản phẩm cao

- Khả năng cơ khí và hóa tự động hóa cao

- Năng suất cao

Các nguyên công của dập tấm

+ Cắt phôi: Cắt phôi là nguyên nhân chia phôi làm nhiều phân bằng nhau theo những đường cắt hở hoặc kín Cắt có thể tiến hành trên máy cắt có lưỡi cắt song song nghiên hay lưỡi cắt đĩa

Để cắt những đường cắt khép kín, ta dùng dập cắt và đột lỗ, về bản chất nguyên công dập cắt và đột lỗ là giống nhau, chỉ khác nhau về công dụng

+Tạo hình : Từ những phôi đã tạo ra ở nguyên công trước, ta tiến hành chế tạo các chi tiết dạng cối thông hoặc không thông Tùy theo yêu cầu cần cụ thể mà ta có các phương pháp khác nhau

2.2 Cơ sở tính toán để tạo lực cắt:

2.2.1.Cắt đứt:

Cắt đứt là nguyên công cắt phôi thành từng miếng theo đường cắt hở, dùng để cắt thành từng dải có chiều rộng cần thiết, cắt thành từng miếng nhỏ từ những phôi thép tấm lớn Để cắt đứt có thể dùng các loại máy cắt đứt sau :

2.2.2.Máy cắt lưỡi dao song song:

Khi cắt hai lưỡi dao luôn luôn tiếp xúc với phôi trên cả chiều rộng cắt Máy này có thể cắt các tấm rộng 3200mm và lớn hơn, chiều dày đến 60mm, nó chỉ cắt được các đường cắt thẳng Chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn chiều dài lưỡi dao Ưu điểm cắt trên máy là đường cắt phẳng đẹp, hành trình lưỡi dao nhỏ nhưng lực cắt tương đối lớn Lực cắt có thể tính theo công thức :

P = 1,3 B.S.τcp (N)

B : chiều rộng cắt của phôi (mm)

S : chiều dày phôi cắt (mm)

cp

τ : giới hạn bền cắt của phôi τcp = (0,8→ 0,9) σb (N/mm2)

σb : giới hạn bền của phôi (N/mm2)

2.2.3.Máy cắt dao nghiêng:

Lưỡi dao dưới của máy nằm ngang và cố định, lưỡi dao trên nghiêng so với lưỡi dao dưới một góc α =2→6o Khi thực hiện cắt lưỡi dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái qua phải , lực cắt không đồng thời thực hiện trên toàn bộ chiều dài cắt So với loại máy trên lực cắt giảm đi, cắt được các tấm dày hơn, cắt được những đường cong, nhưng đường cắt không nhẳn và thẳng như trên, hành trình của dao lớn hơn

Lực cắt của máy có thể xác định theo công thức :

)( 5,03,1

2

N tg

Máy này có thể cắt tấm có chiều rộng bất kỳ, có thể cắt đường cong hoặt thẳng, nhược điểm cũng như máy cắt nghiêng đường cắt không nhẳn

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 18

CHƯƠNG III :

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÁY ÉP VÀ CẮT

3.1 Các yêu cầu khi lựa chọn máy ép cắt phế liệu :

Với yêu cầu cắt ép sắt phế, nguyên liệu đầu vào rất biến động, nhiền chuẩn loại khác nhau Nhưng yêu cầu, nhiệm vụ của máy cắt ép là cho ra sản phẩm có kích thướt như sau : L x B x H

L : chiều dài sản phẩm 200 - 500

B : bề rộng sản phẩm 500

H : chiều cao sản phẩm 300

Vì kích cở như vậy thì mới đảm bảo sự đồng đều không gian trong lò nấu Độ truyền nhiệt trong lò cũng ảnh hưởng đến độ ép chặt sắt phế với nhau, xác định bởi thông số mật độ kim loại trong một đơn vị thể tích (K)

K = 0,4-0,5

Vì tính chất của sản phẩm như nêu ở trên nên yêu cầu chọn phương án máy cắt và máy ép như sau

3.1.1 Đối với máy ép :

Máy ép phải có đủ lực và hành trình ép khá lớn để ép đứng từ 1000mm xuống còn 300mm, ép ngang từ 1800mm còn 500mm

Vận tốc ép phải chậm, đều để không gây ra lực quán tính lớn và do đó tránh rung động Eïp đứng và ép ngang phải phối hợp thứ tự nhịp nhàng, tránh cả hai cơ cấu ép cùng một lần

Đặc biệt có thể tự động hóa cao, yếu tố này cần thiết nhất để thiết kế máy có lập trình PLC

3.1.2 Đối với máy cắt :

Với khối vật liệu lớn như vậy thì máy cắt thì lực cắt phải lớn và tránh hiện tượng quá tải khi đầu dao ở vị trí bất kỳ

Hành trình cắt dài có thể thay đổi được, làm việc êm

Đặc biệt có thể tự động hóa cao, yếu tố này cần thiết nhất để thiết kế máy có lập trình PLC

3.2 Các phương án máy ép:

3.2.1 Phương án 1: Sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 20

* Sơ đồ nguyên lý

Hình : 3.1Nguyên lý làm việc của máy ép trục khuỷu thân hở

1 Mô tơ 4 Ly hợp 7 .Thanh truyền

10 Bệ máy

2 PuLi 5.Trục khuỷu 8.Đầu trượt

3.Đai truyền 6 Phanh 9.Máng trượt

*Nguyên lý làm việc :

Khi mở máy, môtơ 1 quay, bánh đai quay, chuyển động đai di truyền làm cho

vô lăng cùng với ly hợp 4 quay tự do trên trục khuỷu 5 nhờ ly hợp then hoặc ly hợp

ma sát Khi nhấn bàn đạp hoặc nốt_làm việc , ly hợp gắn liền với trục khuỷu với vô lăng làm cho trục khuỷu quay đồng thời phanh 6 nhả trục khuỷu ra, thanh truyền 7

đẩy đầu trượt 8 xuống và lên Khi không nhấn mạnh vào bàn đạp ly hợp không làm việc, vô lăng 4 lại quay tự do phanh 6 giữ trục khuỷu ở đúng vị trí cần thiết

* Ưu và nhược điểm

- Ưu điểm : + Bền, chắc chắn, tạo được áp lực riêng lớn, năng suất cao + Giá thành thiết kế, chế tạo rẽ

+ Làm việc ở chế độ cho trước hoàn toàn chính xác

- Nhược điểm : + Chưa có tính tự động hóa cao

+ Tốc độ không đều, gây ra lực quán tínhlớn, do đó gây ra rung động nên khó đạt được độ chính xác

+Năng suất thấp

3.2.2 Phương án 2 : Máy ép thủy lực

* Sơ đồ nguyên lý

1 Môtơ 7 Xilanh thủy lực

3 Đồng hồ đo áp 9 Máng trượt

4 Đường ống dẫn 10 Bàn ép

6.Van đảo chiều (van phân phối) 12 Bể đầu

*Nguyên lý hoạt động :

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 22

124

10

9

w11

8

5

3

Động cơ chuyển động quay bơm đầu 2, lấy từ bể dầu 12 qua van tràn và van tiết lưu đến hệ thống van phân phối 6 theo đường dẫn dầu I đến Xi lanh 7 thực hiện quá trình ép đẩy đầu trượt 8 đi xuống, đồng thời dầu theo đường ống II qua van phân phối để về lại bể chứa dầu 12 Ở hành trình về của piston sẽ theo chiều ngược lại tức là vào xi lanh theo đường ống II và ra khỏi xi lanh ở đường ốngI Sự đảo chiều của piton được điều khiển bởi hệ thống van phân phối 6.

*Ưu điểm và nhược điểm :

-Ưu điểm :

+ Lực ép được kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ

+ Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào của hành trình làm việc

+ Khó xảy ra quá tải

+ Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ

+Tốc độ chuyển động của đầu trượt cố định và có thể điều chỉnh được,có thể thay đổi được chiều dài hành trình

+ Làm việc không có tiếng ồn

+ Hệ thống điều khiển tự động hóa

+ Năng suất và hiệu quả cao

-Nhược điểm :

+ Kết cấu maý phức tạp

+ Vốn đầu tư lớn

+ Khuôn chế tạo phức tạp, đắt tiền

3.2.3 Phương án 3: Máy ép ma sát kiểm trục vít

* Sơ đồ nguyên lý :như hình vẽ

Nguyên lý hoạt động :

Khi mở máy động cơ 1 quay , nhờ bộ truyền 2, 3, 4 mở trục 5 mà bánh ma sát

6 quay Vì khoảng cách giữa 2 bánh xe ma sát 6 lớn hơn đường kính của vô lăng 7 khoảng 3 ÷ 5 mm nên khi tay gạt ở vị trí trung gian thì vô lăng 7 không quay Khi nhấn bàn đạp 13 đi xuống dưới thông qua cơ cấu đòn bẩy trục 5 dịch chuyển suy bên phải, bánh ma sát trái chạm vào vô lăng 7 Vô lăng 7 và trục vít 8 quay đẩy đầu trượt 10 đi xuống

Khi nhấc bàn đạp lên trục 5 dịch chuyển sang trái, bánh ma sát phải chạm vào

vô lăng 7.Vô lăng 7 và trục vít 8 quay đưa đầu trượt đi lên

Khi máy lên đầu vị trí cao nhất thì bàn đạp đưa đầu về vị trí trung gian để máy đứng lại hoặc bàn đạp để máy đi xuống

101112

13

65

1

+ Máy tạo ra lực lớn, ổn định

+ Máy đơn giản, để chế tạo

+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình công nghệ

-Nhược điểm :

+Năng suất thấp, chỉ sản xuất trong sản xuất hoạt động nhỏ và vừa

+ Tính chất vạn năng của máy thấp

+ Dễ bị quá taỉ

+ Bánh ma sát chóng mòn

+ Giá thành chế tạo cao

3.3 Các phương án máy cắt:

Hình: 3.4 Sơ đồ nguyên lý máy cắt lệch tâm

Nguyên lý làm việc :

Mỡ máy môtơ 1và bánh đai quay, qua đai truyền 3 vô lăg cùng với ly hợp 4, quay tự do trên trục lệch tâm 6 khi bàn đạp then chắn 12 dời khỏi vị trí, lò xo kéo theo trục bán nguyệt quay đi 1góc làm cho vô lăng gắn liền với trục lệch tâm 5.Trục lệch tâm sẽ quay theo vô lăng và truyền qua thanh truyền 7 đưa đầu trượt chuyển động lên xuống Vậy khi nhấn bàn đạp tức khi máy làm việc thanh truyền 7

12 13

thả trục 5 quay theo vô lăng Sau đó phanh hãm đứng yên theo đúng vị trí mà không chuyển động theo quán tính để điều chỉnh được hành trình của máy nguời ta lắp thêm bạc lệch tâm 6 vào trục 5 bằng rãnh then khi lắp khuôn người ta điều chỉnh chiều cao kín của máy bằng cách tăng giảm chiều dài thanh truyền hoặc điều chỉnh chiều cao bàn máy nếu bàn máy điều chỉnh được.

* Ưu điểm : + Bền chắc chắn, tạo lực cắt riêng lớn

+ Dễ thiết kế ,chế tạo, giá thành rẻ

+ Dễ sử dụng

* Nhược điểm : + Lực cắt nhỏ : từ 50 đến 2500 KN

+ Khi cắt gây ra lực rung động lớn, kém chính xác

+ Chưa có tính tự động hóa cao

3.3.2 Phương án 2: Sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Nguyên lý làm việc của máy ép trục khuỷu thân hở

1 Mô tơ 4 Ly hợp 7 .Thanh truyền

10 Bệ máy

2 PuLi 5.Trục khuỷu 8.Đầu trượt

3.Đai truyền 6 Phanh 9.Máng trượt

*Nguyên lý làm việc :

Khi mở máy, môtơ 1 quay, bánh đai quay, chuyển động đai di truyền làm cho

vô lăng cùng với ly hợp 4 quay tự do trên trục khuỷu 5 nhờ ly hợp then hoặc ly hợp

ma sát Khi nhấn bàn đạp hoặc nốt_làm việc , ly hợp gắn liền với trục khuỷu với vô lăng làm cho trục khuỷu quay đồng thời phanh 6 nhả trục khuỷu ra, thanh truyền 7 đẩy đầu trượt 8 xuống và lên Khi không nhấn mạnh vào bàn đạp ly hợp không làm việc, vô lăng 4 lại quay tự do phanh 6 giữ trục khuỷu ở đúng vị trí cần thiết

* Ưu và nhược điểm

- Ưu điểm :

+ Bền, chắc chắn, tạo được áp lực riêng lớn, năng suất cao

+ Giá thành thiết kế, chế tạo rẽ

+ Làm việc ở chế độ cho trước hoàn toàn chính xác

- Nhược điểm :

+ Chưa có tính tự động hóa cao

+ Tốc độ không đều, gây ra lực quán tínhlớn, do đó gây ra rung động nên khó đạt được độ chính xác

+Năng suất thấp

3.3.3 Phương án 3: Sử dụng cơ cấu thủy lực

Sơ đồ nguyên lý

1 Van an toàn

2 Bộ lọc dầu

3 Bơm thủy lực

4 Van cản một chiều

5 Van phân phối dầu điện từ

6 Xi lanh công tác 200 tấn

7 Đồng hồ đo áp lực dầu

8 Thùng dầu thủy lực

9 Ắc qui dầu

10 Dao dưới

11 Dao

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực

Nguyên lý hoạt động

Sau khi đóng aptomat cung cấp nguồn thì bơm hoạt động dầu đi vào máy bơm được nén vào đường ống đi vào van phân phối điện từ Từ van phân phối dầu có áp

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 28

5

7

6

11 10

Bàn ép đứng

suất cao đi vào xi lanh làm việc 6 và nén các pitton để thực hiện hành trình cônh tác

Khi kết thúc hành trình công tác ta điều chỉnh vị trí của van phân phối chất lỏng có áp suất cao theo đường ống II đi vào xi lanh và làm cho pitton dịch chuyển lùi về

Ưu điểm và nhược điểm của phương án

Ưu điểm :

+ Lực cắt được kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ

+ Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào khi xảy ra quá tải cho nên sẽ an toàn cho máy

+ Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ

+ Tốc độ chuyển động của chày mang khuôn ép cố định và có thể điều chỉnh được, có thể thay đổi chiều dài hành trình

+ Làm việc không có tiếng ồn

+ Hệ thống điều khiển tự động hóa

+ Năng suất và hiệu quả cao

Nhược điểm :

+ Giá thành cao, khó chế tạo

+ Máy có cấu tạo đòi hỏi độ chính xác

3.4 Kết luận :

Từ những phân tích ưu nhược điểm trên ta chọn cơ cấu nguyên lý hoạt động bằng thuỷ lực cho tất cả cơ cấu ép và cắt để thiết kế nhưng phần đẩy liệu thiết kế cơ khí (từ động cơ qua hộp tốc độ qua bộ truyền xích đến xe đẩy liệu)

Phương án được lựa chọn để thiết kế

3.4.1 Phương án cho máy ép:

a Sơ đồ :

Dao cắt

Hình : 3.7

b Nguyên lý hoạt động

Vật liệu đi vào buồn ép thì xilanh ép đứng ép xuống tới lúc còn cách sàn

khoản 310mm thì dừng lại nhờ cử hành trình Tiếp theo xilanh ép ngang đi vào ép

khối phế liệu Lúc này dao đi xuống cắt rời khối phế liệu Sau cùng các xilanh lùi lại

và xe đẩy liệu đẩy tiếp tục khối phế liệu vào buồng ép tiếp tục lại chu kỳ khác

3.4.2 Đối với máy cắt:

a Sơ đồ

Hình : 3.8

b Nguyên lý hoạt động

Máy cắt có thể cắt thẳng và nghiên tức là cắt bên trái và bên phải Nhưng góc

của dao không quá 150 Vì theo kết cấu của máy chuẩn thì có hai bánh tùy gắn trên

xà gá dao Khi cắt nghiên thì bánh tùy sẽ tiếp xúc tấp trượt gắn trong khung máy thì

làm cho dao nghiên không quá 150

3.4.3 Nguyên lý chung về dây chuyền thiết kế

Hình : 3.9

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 30

Phế liệu Xe đẩy liệu Ép ngang Cắt S Phẩm

m

Ep đứng

a Quá trình cắt đứt trải qua 3 giai đoạn liên tục :

* Giai đoạn biến dạng đàn hồi (a) : Từ khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu cho đến trước điểm tới hạn - điểm chuyển từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo

*Giai đoạn biến dạng dẻo (b) : Dao tiếp tục đi xuống làm cho ứng suất lực cắt tăng lên Vượt qua điểm tới hạn Kim loại biến dạng dẻo cho tới khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt Quá trình này chính từ 0,2 - 0,5 chiều rộng kim loại

* Giai đoạn cắt đứt (c) : Khi ứng suất lại cắt gần tới hạn bền các vết nứt xuất hiện từ mép sắc của dao , tiến sâu vào vật liệu và làm nứt rời vật liệu

Dao cắt nghiêng góc ϕ Lực cắt được xác định

P = 0,5.S2.τtg c.ϕK.K1.K2

Với : S - Chiều dày vật liệu , S=310mm

K - Hệ số ảnh hưởng của dao mềm , vật liệu khó cắt , khe hở lớn , K=1,1-1,3

K1 : Hệ số mật độ của phế liệu K1 <1

K2 : Hệ số xét đến độ liên kết

τc - Ứng suất cắt (N/mm2)

τc = ( 0,8 - 0,86 ) σb

ϕ - góc nghiêng dao

ϕ = 00 - 15 0ü Phế liệu có σb trung bình chọn σb ≈ 400 (N/mm2)

Chọn dao cắt nghiêng góc ϕ = 15 0ü

tg = 2062336 ( N )=210,22(Tấn)4.2 Tính lực ép:

Quá trình biến dạng kim loại dưới tác dụng của ngoại lực là rất phức tạp Do đó việc tính toán đúng đắn năng lượng sinh ra và lực ép của máy trong các trường hợp gia công là một vấn đề khó khăn Bởi vì năng lượng và lực ép của máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : độ biến dạng kim loại, thời gian biến dạng kim loại, độ rung động của hệ thống, khối lượng của các đầu ép v.v

Để tính toán năng lượng và lực ép của máy, ta cần xét đến quá trình biến dạng kim loại, từ lúc đầu ép tiếp xúc vật gia công đến lúc hoàn thành giai đoạn biến dạng kim loại Xét trường hợp máy ép ép khối phế liệu có chiều cao ban đầu là hd đến chiều cao sau hs với một vận tốc đầu ép thì đầu ép sinh ra một năng lượng

Năng lượng phần lớn làm cho biến dạng dẻo, một phần năng lượng thừa làm cho hệ thống chấn động và một phần năng lượng làm cho sắt phế gia công đàn hồi ,năng luợng mất mát do ma sát trong các cơ cấu v.v

Do chưa có số liệu thực nghiêm để tính toán  tính toán dựa trên các máy chuẩn bằng cách như sau :

Ơí đây ta xác định lực ép theo phương pháp suy rộng từ thực nghiệm Ta xét khối hình vuông sắt phế có thể tích 1 dm3, cho tác dụng lực từ từ và xét biến dạng Kết quả khi thể tích của khối sắt phế còn lại 0,3 thể tích ban đầu theo chiều cao thì lực ép cần từ 90 - 110 kG

• Tính lực ép đứng và ép ngang

Ta có khoang thể tích ban đầu :

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 32

Hình : 4.1

Mặt trên của khối sắt phế có diện tích bằng diện tích của bàn ép phôi đứng :

S = chiều ngang x chiều dọc = 1800x600Chiều cao ban đầu 1000 mm

Suy ra thể tích ban đầu V0 = 1800x1000x600 = 1,08 m3 =1080 dm3

Vì ép khối sắt phế còn lại 0,3 thể tích ban đầu thì lực ép là

4.3 Xác định năng suất:

Với khoảng thời gian 55 giây đến 1 phút thì máy cho ra một khối phế thành phẩm Khối sản phẩm có kích thướt L x B x H = 200x500x300= 0,03 m3

Nhưng thể tích này quy đổi về thể tích khối sắt đặt

4.4.1 Tính toán xi lanh truyền lực cho hệ thống ép đứng :

Lựa chọn xi lanh truyền lực ,cũng như tính toán đường kính cần thiết kế của nó phụ thuộc vào đặc điểm làm việc của máy , chủ yếu là phụ thuộc vào vận tốc của piston và lực làm việc của piston

Đường kính trong D của xi lanh cần lựa chọn phụ thuộc vào lực và áp suất làm việc theo công thức

55 , 65 , 75 , 90 , 105 , 150

+ Như đã tính toán ở trên ta có lực ép đứng 112 (Tấn)

suy ra lực trên một pittông : Pd = 112/2= 56 (Tấn)

+ Chọn vận tốc đầu dập : V1 = 240 (cm/phút)

+ Ta sử dụng một xi lanh cho hệ thống đầu dập

- Chọn áp suất làm việc của pitton là p1 = 210(Kg/cm2)

- Gọi đường kính của piston là D1

Hình 4.3

2

1 4

560002

Chọn xi lanh có đường kính trong như máy chuẩn D1 = 20 (cm)

-Lưu lượng làm việc của xi lanh - piston là :

Q1 = F1 V1 = 1

2

1 4

V D

π

1

2

.4

20.14,3

420 131.88Nên chọn lưu lượng của bơm Q = 90 l/ ph.

- Gọi dc1 là đường kính cần piston

Với p1 = 210 at quá lớn nên theo sách” Thuỷ Lực và Máy Thuỷ Lực”ta có tỷ lệ dc1/D1 = 0,75

Chọn dc1 = 150mm

-Vận tốc lùi của piston đầu dập

90.44

2 2

1 1

1

d D

Q V

- Công suất đầu dập

1000

)60/100.(

240.81.9

- Công suất cần thiết của bơm dầu cung cấp

Nct = 31,2

7,0

9,21

N = =

4.4.2.Tính toán xi lanh truyền lực cho hệ thống ép ngang :

Tương tự như trên lựa chọn xi lanh truyền lực ,cũng như tính toán đường kính cần thiết kế của nó phụ thuộc vào đặc điểm làm việc của máy , chủ yếu là phụ thuộc vào vận tốc của piston và lực làm việc của piston

Đường kính trong D của xi lanh cần lựa chọn phụ thuộc vào lực và áp suất làm việc theo công thức

+ Chọn vận tốc đầu dập : V2 = 240 (cm/phút)

+ Ta sử dụng một xi lanh cho hệ thống đầu dập

- Chọn áp suất làm việc của pitton là p2 = 210(Kg/cm2)

- Gọi đường kính của piston là D2

Hình 4.4

F2

p2

Pn

2

2 4

450002

Chọn xi lanh có đường kính trong như máy chuẩn D2 = 16 (cm)

-Lưu lượng làm việc của xi lanh - piston là :

Q2 = F2 V2 = 2

2

2 4

V D

π

2

2

.4

16.14,3

Nên chọn giá trị lưu lượng Q = 42,39 l/ ph

- Gọi dc1 là đường kính cần piston

Với p2 = 210 at quá lớn nên theo sách” Thuỷ Lực và Máy Thuỷ Lực”ta có tỷ lệ dc1/D1 = 0,75

Chọn dc2 = 120mm

-Vận tốc lùi của piston đầu dập

39,42.44

2 2

2 2

2

d D

Q V

- Công suất đầu dập

1000

)60/100.(

240.81.9

- Công suất cần thiết của bơm dầu cung cấp

Nct = 25,2

7,0

658,17N

4.4.3 Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống dao cắt :

Cũng như hệ thống đầu dập , việc tính toán xi lanh cho dao cắt ta sử dụng hai

xi lanh

- Lực cắt : Pc = 250 (Tấn)

- Vận tốc cắt V3 = 0,01( m/s) = 6 (m/phút)

- Chọn áp suất làm việc cho xi lanh là P3 =210 (Kg/cm2)

- Gọi đường kính trong của xi lanh là D3

1250002

Hình 4.5

Chọn xi lanh có đường kính trong là D3= 300mm

- Lưu lượng làm việc của xi lanh :

Q3 = F3.V3 = 60

4

30.14,3.4

2 3

30.14,32104

2 3 3 3

(kG)

- Gọi dc3 là đường kính cần piston

Với p2 = 210 at thuộc loại lớn nên theo sách” Thuỷ Lực và Máy Thuỷ Lực”ta có tỷ lệ dc3/D3 = 0,83

Chọn dc3 = 250mm

Vận tốc lùi của dao

(30 25) 2,16

.14,3

39,42.4)

(

4

2 2

3 3

d D

Q V

Công suất cần thiết kế cho dao cắt :

p3 F3

Pc

Nct = Nc 20,7

7,0

5,14

=

=

4.5 Xác định lực đẩy tại xe đẩy liệu:

Lực đẩy phế liệu là xác định lực ma sát giữa phế liệu với sàn trượt Là lực gây cảng trở lớn nhất

Hình 4.6Dựa theo lý thuyết như vậy ta xác định như sau :

Xác định khối lượng thực tế trong thùng chứa liệu

Thùng chứa liệu có thể tích 9 m3 Thường thì người ta bỏ vào khoảng 2/3 thùng chứa liệu Mà thể tích thực tế được tính như sau:

• Kích thước thùng chứa liệu : 5000 * 1800* 1000

• Hệ điều hành : tự động , bằng tay

• Chiều dài lưỡi cắt : 2000

• Thời gian chu trình cắt : < 55 giây

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 38

P N

Fms

• Chiều dài thép phế liệu sau khi cắt có thể điều khiển được trong phạm vi :

200 - 500 mm

• Tổng trọng lượng máy 46 tấn

- Thiết bị chính :

• Xi lanh dầu cắt ( 02 ) Ø trong 300; Ø trục 250

• Xi lanh ép đứng ( 02 ) Ø trong 200; Ø trục 150

• Xi lanh ép ngang ( 02 ) Ø trong 160; Ø trục 120

• Thùng chứa dầu (01) : dung tích 1500 lít

• Hệ điều khiển tự động, lập trình PLC

CHƯƠNG V:

TÍNH TOÁN SỨC BỀN CỦA MÁY

5.1 Tính bề dày thành các xi lanh:

5.1.1 Tính bề dày thành xi lanh cắt :

Ta tưởng tượng cắt xi lanh với mặt cắt ngang như hình vẽ Hình 5.1

Bỏ đi một phần và xét phần còn lại:

Ta có phương trình cân bằng như sau

P = σk 2.π.R.δ (5-1)Trong đó :

.δ : Chiều dày của thành xi lanh

R : Bán kính trong trục của thành xi lanh

P : Lực dọc trục được xác định bằng công thức:

.p R

k + = (5-4)Trong đó:

Pk : bán kính cong của kính tuyến đang xét

Pt : Bán kính cong của vĩ tuyến đang xét Hình 5.2

Phan Đức Hoàng Lớp 99C1A Trang 40

D1

2