Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy ép thủy lực song động chuyên dập vuốt

Máy ép thủy lực là một trong những thiết bị rất cần trong ngành GCAL đặc biệt là được sử dụng nhiều trong công nghệ tạo hình tấm do những ưu điểm lớn của nó là có hành trình lớn, tốc độ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC SONG ĐỘNG CHUYÊN DẬP VUỐT 4

1.1 Khả năng công nghệ của máy ép thủy lực song động trong sản xuất 4

1.2 Phân loại máy ép thủy lực song động 5

1.2.1 Sơ đồ kết cấu 5

1.2.2 Phân loại 5

1.3 Sơ lược về công nghệ dập tấm 5

1.4 Một số hình ảnh về sản phẩm dập vuốt điển hình 6

1.5 Đặc điểm và yêu cầu kĩ thuật khi thiết kế máy ép thủy lực 7

1.6 Các thông thuật chính của máy ép thủy lực song động 160/80 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC SONG ĐỘNG 9

2.1 Nguyên lí hoạt động của máy 9

2.1.1 Nguyên lí 2.1.2 Các chế độ làm việc 2.2 Ứng dụng định luật Pascal khi thiết kế máy ép thủy lực 9

2.2.1 Khái niệm áp suất thuỷ tĩnh - áp lực 9

2.2.2 Định luật Pascal 9

2.3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 10

2.3.1 Phân tích đặc tính kĩ thuật của máy 10

2.3.2 Chọn phương án thiết kế máy chuyên dùng dập vuốt 11

2.3.2.1 Phân tích yêu cầu trong 1 chu kì làm việc 11

2.3.2.2 Phương án thiết kế 11

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC SONG ĐỘNG 160/80 15

3.1 Tính toán và thiết kế động học máy 15

3.1.1 Xác định các thông số động học 15

3.1.2 Thiết kế sơ đồ động của máy 16

3.1.3 Thiết kế sơ đồ truyền động thủy lực của máy 16

3.1.3.1 Sơ đồ thủy lực 16

3.1.3.2 Nguyên lí hoạt động 17

3.2 Tính toán thiết kế các phần tử thủy lực 18

3.2.1 Xi-lanh pit-tong 18

3.2.1.1 Xilanh-pittong chính 18

3.2.1.2 Xi-lanh pit-tong đẩy 20

3.2.2 Van 23

3.2.3 Bơm thủy lực 25

3.2.4 Động cơ điện 25

3.2.5 Ống dẫn 26

3.2.6 Chọn bộ lọc dầu 28

3.2.7 Chọn dầu 29

3.2.8 Tính toán thùng dầu: 29

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC SỬ DỤNG PLC 30

4.1 Tổng quan về PLC 30

4.1.1 Khái niệm về PLC: 30

4.1.2 Đặc điểm chung PLC S7-200: 31

4.1.3 Phân loại PLC 31

4.1.4 Giới thiệu các phương pháp lập trình Của S7_200: 32

4.1.5.Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-200 32

4.1.5.1 Phân chia bộ nhớ: 32

4.1.5.2 Vùng dữ liệu: 33

4.1.5.3 Vùng đối tượng: 33

4.1.6 Tập lệnh của PLC S7-200 33

4.1.6.1 Nhóm lệnh xuất nhập cơ bản 33

4.1.6.2 Nhóm lệnh điều khiển Timer 35

4.2 Lập trình điều khiển cho máy ép thủy lực song động 36

4.2.1 Nguyên lí làm việc 37

4.2.1.1 Chế độ điều khiển bằng tay Manual 38

4.2.1.2 Chế độ điều khiển tự động Auto 39

4.2.2 Bảng trạng thái 40

4.2.3 Lưu đồ thuật toán 40

4.2.4 Đầu vào, đầu ra của hệ thống 49

4.2.5 Lập trình 49

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KHUNG THÂN MÁY 60

5.1 Các dạng thân máy 60

5.2 Tính toán thiết kế khung thân máy dạng kín 60

5.3 Đầu trượt 61

5.4 Kiểm nghiệm độ bền khung thân máy 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

LỜI NÓI ĐẦU

GCAL là phương pháp gia công không phoi, dựa vào khả năng biến dạng dẻo của kim loại Phương pháp này không những tiết kiệm được vật liệu mà còn làm tăng cơ tính của sản phẩm Khả năng tự động hóa cao nên thường được dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối lớn vì thế mà hạ giá thành sản phẩm rất nhiều Đây

là một trong những ưu điểm của ngành Vì thế GCAL không thể thiếu trong một nền công nghiệp phát triển

Tuy nhiên chúng ta muốn tạo được ra những sản phẩm nói trên bằng phương pháp dập tạo hình thì chúng ta cần phải có thiết bị, máy móc Máy ép thủy lực là một trong những thiết bị rất cần trong ngành GCAL đặc biệt là được sử dụng nhiều trong công nghệ tạo hình tấm do những ưu điểm lớn của nó là có hành trình lớn, tốc

độ chậm, hành trình là hành trình mềm

Hiện tại em đang được làm đồ án với đề tài là: Thiết kế máy ép thuỷ lực song động 160/80 tấn do thầy PGS.TS Phạm Văn Nghệ hướng dẫn Do đây là đồ án

đầu tiên của em trong ngành Vì thế em không thể tránh khỏi những sai sót, do đó

em xin có sự đóng góp của các thầy cô để em hoàn thiện hơn nữa, nhất là để em có những kinh nghiệm cho sau này

Em xin chân thành cảm ơn rất nhiều

Hà nội, ngày 15 tháng 05 năm 2014

Sinh viên

Đỗ Thị Nhung

Chương 1 : Tổng quan về máy ép thủy lực song động

chuyên dập vuốt

1.1 Vai trò máy ép thủy lực song động trong sản xuất.

Trong công nghiệp, máy ép thủy lực song động được ứng dụng tương đối rộng rãi Đặc biệt trong ngành gia công áp lực, máy ép TLSĐ được ứng dụng để thực hiện dập tấm, dập thủy cơ … để tạo ra các chi tiết được ứng dụng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày như: vỏ và cánh cửa 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 và thực hiện tương đối dễ dàng

 Không gây va đập và tiếng ồn như các máy cơ khí khác

 Kết cấu tương đối gọn nhẹ, làm việc êm

 Công suất và lực truyền lớn nhờ các thiết bị đơn giản

 An toàn và độ tin cậy cao

 Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn

 Tiết kiệm được nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá, do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm

 Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quĩ lương

 Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành

sản phẩm

 Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao

 Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia

công những vật phi kim như: Techtolit, hêtinac và các loại chất dẻo

1.2 Phân loại

1.2.1 Sơ đồ kết cấu.

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu của máy ép thủy lực song động

1.2.2 Phân loại.

- Máy ép thủy lực song động cho tác động ép theo một chiều (hướng xuống)

- Máy ép thủy lực song động cho tác động ép cả hai chiều (hướng xuống và lên)

1.3 Sơ lược về công nghệ dập tấm.

Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình

dạng, kích thước, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt được mục đích nào đó.Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình tự nhất định

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết

có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật 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 thái nóng khi chiều dày vật liệu lớn

Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ được thực hiện bời một haymột số công nhân ở một vị trí nhất định trên máy bao gồm toàn bộ những tác động liên quan để gia công phôi đã cho

dập vuốt chi tiết cốc

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

Ta thấy quá trình tạo hình được tiến hành trên khuôn bao gồm các bộ phận làm việc 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 c

ần dựng tấm chặn Giữa chày và cối dập vuốt có một khe hở z,trị số của

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 và không 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, chiều

sâu 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 sản phẩm dập vuốt điển hình.

Hình 1.3 Tấm nắp

Hình 1.4 Chậu rửa

Hình 1.5 Cánh cửa ôtô

1.5 Đặc điểm và yêu cầu kĩ thuật khi thiết kế máy ép thủy lực.

Khi tiến hành thiết kế chế tạo máy ép thủy lực song động thì cần có các yêu cầu kĩthuật như sau:

1 Lực danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực ép của xilanh chính

2 Đối với nguyên công có hành trình làm việc ngắn thì lực ép xác định bằngcông thức: Pm ≥ (1,2÷1,3)P

3 Đối với nguyên công có hành trình làm việc lớn thì lực tại điểm ban đầu nhỏhơn so với lực danh nghĩa của máy rất lớn => phải chọn lực danh nghĩa lớn

4 Kiểu máy: Phải chọn phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy

5 Hành trình máy: Quan trọng trong quá trình dập vuốt

6 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:

+ Tốc độ piston có tải xilanh trên : v2 =20 mm/s

+ Tốc độ của piston đẩy dưới lên trên: v3 =100 mm/s

+ Tốc độ lên nhanh của xilanh chính trong hành trình không tải:

v4 =140 mm/s

+ Kích thước bàn máy : 900mm x 900mm

+ Kích thước đầu trượt: 900mm x 900mm x 300mm

+ Chiều cao hở: 1100mm

Chương 2: Cơ sở thiết kế máy ép thủy lực song động

2.1 Nguyên lí hoạt động của máy.

2.1.1 Nguyên lí.

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 trong cối

Sau khi vuốt phôi vào cối xong:

 Xilanh chính mang cối lên

2.2 Ứng dụng định luật Pascal khi thiết kế máy ép thủy lực.

2.2.1 Khái niệm áp suất thuỷ tĩnh - áp lực.

- Khối chất lỏng W đang cân bằng

- Giả sử cắt bỏ phần trên, ta phải tác dụng vào mặt cắt đó bằng một 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 là lực 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  (N, KN )

- Tỷ số : P/ = ptb : là áp suất thủy tĩnh trung bình trên diện tích

- Lim (P/) : áp suất thủy tĩnh tại 1 điểm (hay còn gọi là áp suất thủy tĩnh)

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

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

1at =9,81.104 N/m2=1KG/cm2

+ Trong thuỷ lực, áp suất còn đo bằng chiều cao cột chất lỏng:

1at =10m H2O

2.2.2 Định luật Pascal.

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: p thì áp suất tại điểm A đó sẽ là:

pII = ( p0 + Δp thì áp suất tại điểm A đó sẽ là: p ) + γ.hVậy tại A áp suất tăng: pII – pI = Δp thì áp suất tại điểm A đó sẽ là: p, 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 động v.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 nhỏ gắn 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.

2.3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.

2.3.1 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 các tấm thép được ghép

và hàn lại với nhau Đầu trên thân máy là đầu truyền lực chứa xilanh chính

2 Hệ thống thủy lực: bao gồm các xilanh thủy lực, van đảo chiều, van an toàn,van giảm áp, van một chiều, bơm dầu, động cơ dầu, bể chứa dầu … được bốtrí hợp lí để tạo áp suất 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 cơ cấu chấp hành với

áp suất theo yêu cầu của mạch thủy lực

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 tạo lực 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

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

2.3.2.1 Phân tích yêu cầu trong 1 chu kì làm việc.

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 khi gần tới bàn máythì xuống chậm để kẹp phôi Sau đó thực hiện quá trình vuốt phôi vàotrong cối

 Sau khi ép xong, xilanh chính đi lên

2.3.2.2 Phương án thiết kế.

Máy ép thủy lực song động thiết kế trong đề tài là máy ép chuyên dập vuốt

để gia công các chi tiết sản phẩm 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 mà tạo ra lực ép lớn nhỏcho máy

Sau đây là phương án em lựa chon để thiết kế cho máy:

Máy ép sử dụng các thiết bị thủy lực tạo ra lực ép, kẹp gồm 2 xilanh:

Sơ đồ nguyên lí:

13 Đồng hồ.

14.Van 4/3

15 Van tiết lưu một chiều

16.Van tiết lưu một chiều

17.Van tiết lưu một chiều

18.Van tiết lưu một chiều

19.Van một chiều có điều khiển20.Thùng dầu trên

21.Xi-lanh chính

22.Xi-lanh phụ

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 thay phôi

Nguyên lí hoạt động:

Khi nhấn start, động cơ 3 quay, dầu được bơm 4 bơm từ bể 1 qua bộ lọc 2

Hành trình lên đẩy sản phẩm của xilanh đẩy:

N6 có điện: dầu qua van 14 và được điều chỉnh tốc độ nhờ van tiết lưu một chiều

18 vào xilanh đẩy 22

Hành trình xuống của xilanh chính:

N1 có điện, dầu qua van 11 và được điều chỉnh tốc độ nhờ van tiết lưu một chiều

15 vào trong khoang trên của xilanh chính 21 Khi tới công tắc hành trình chuyểnnhanh chậm, cấp điện cho N3 dầu được chảy bớt về thùng dầu trên xilanh chínhxuống chậm Gặp tiếp điểm ép thực hiện thao tác vuốt phôi vào trong cối

Hành trình lên của xilanh chính:

N2 có điện, dầu qua van 11 đến van tiết lưu một chiều 16 vào phần dưới xilanhchính 21 - Xi-lanh chính đi lên Dầu phía trên qua van 19 về bể trên và qua 15 +

11 về bể dưới

Hành trình xuống (lùi đẩy) của xilanh đẩy:

N7 có điện: dầu qua van 11 và được điều chỉnh tốc độ nhờ van tiết lưu một chiều

17 vào phía trên xilanh đẩy 22 - Xilanh đẩy đi xuống

Chương 3: Tính toán thiết kế máy ép thủy lực song động 160/80

3.1 Tính toán và thiết kế động học máy.

3.1.1 Xác định các thông số động học.

Máy ép thuỷ lực song động 160/80 tấn được thiết kế với 2 cụm xilanh piston , chúng có thể thực hiện được các hành trình sau :

- Đối với cụm xilanh piston chính :

+ Hành trình không tải với tốc độ nhanh

+ Hàng trình xuống chậm với tốc độ chậm

+ Hành trình công tác với tốc độ chậm

+ Thực hiện hành trình khứ hồi với tốc độ nhanh

- Đối với cum xilanh đẩy dưới :

+ Hành trình lên nhanh

3.1.3 Thiết kế sơ đồ truyền động thủy lực của máy.

3.1.3.1 Sơ đồ thủy lực.

Xuất phát từ các yêu cầu như trên ta thiết kế sơ đồ thuỷ lực như hình vẽ :

Hình 3.1.1 Sơ đồ thủy lực

3.1.3.2 Nguyên lí hoạt động

Khi nhấn start, động cơ 3 quay, dầu được bơm 4 bơm từ bể 1 qua bộ lọc 2

Hành trình lên của xilanh phụ:

N6 có điện: dầu qua van 14 và được điều chỉnh tốc độ nhờ van tiết lưu một chiều

18 vào xilanh đẩy 22

Hành trình xuống của xilanh chính:

N1 có điện, dầu qua van 11 và được điều chỉnh tốc độ nhờ van tiết lưu một chiều

15 vào trong khoang trên của xilanh chính 21 Khi tới công tắc hành trình chuyển

nhanh chậm, cấp điện cho N3 dầu được chảy bớt về thùng dầu trên xilanh chínhxuống chậm

Hành trình lên của xilanh chính:

N2 có điện, dầu qua van 11 đến van tiết lưu một chiều 16 vào phần dưới xilanhchính 21 - Xilanh chính đi lên Dầu phía trên qua van 19 về bể trên và qua 15 +

11 về bể dưới

Hành trình xuống của xilanh phụ:

N7 có điện: dầu qua van 11 và được điều chỉnh tốc độ nhờ van tiết lưu một chiều

17 vào phía trên xilanh đẩy 22 - Xi-lanh đẩy đi xuống

3.2 Tính toán thiết kế các phần tử thủy lực.

3.2.1 Xilanh pittong.

3.2.1.1 Xilanh pittong chính.

Cụm xylanh piston chính được chế tạo với mục đích tạo ra lực ép danh nghĩa

160 tấn , Kết cấu của cụm xy lanh piston chính như hình sau:

Hình 3.2 Xilanh chínhĐầu 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 160 tấn = 1600 KN

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

=> Đường kính trong của xi lanh là:

Theo kinh nghiệm ta có:

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

Chọn vật liệu chế tạo piston là thép rèn C45 , bề mặt được tôi và đánh bóng sao cho đạt độ bóng là 0,63 Độ cứng bề mặt là 40÷60 HRC

xi-đó ta chọn ứng 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 = 160 mm

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

Ta chọn [ σ ] = 150 MPa

RH = RB √ [σ ]

[σ]−√3 p .

 RH = 160 √150

150−√3.20 ≈ 182 mm

Chiều dày của thành xi-lanh là : t = RH – RB = 182 – 160 = 22 mm

Lưu lượng đưa vào xi-lanh chính trong quá trình piston đi xuống nhanh là:

Tính toán kiểm nghiệm cụm xi-lanh piston chính

Ứng suất lớn nhất xuất hiện trên bề mặt trong của xi-lanh

=> ta kiểm nghiệm độ bền của xi-lanh tại bề mặt trong với bán kính :

RB : bán kính trong của xi-lanh

RH : bán kính ngoài của xi-lanh

Theo công thức 6.2 tr 156 tài liệu [I] ta có :

Ứng suất tiếp tuyến : σ t =

Theo công thức 6.3 tr 156 tài liệu [I] ta có :

Ứng suất theo chiều trục do ảnh hưởng của đáy :

3.2.1.2 Xilanh pittong phụ.

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

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

Tính toán cụm xilanh piston đẩy dưới.

Đường kính trong của xilanh đẩy dưới là :

Dtr = √4 F π p=√4.800 103

π.25 106≈0 ,202 m = 202 mm

Ta chọn Dtr = 220 mm

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

Diện tích đầu piston đẩy dưới là :

Xi-lanh được rèn bằng thép có (0,3%÷0,35%)C => [ σ ] = 150MPa

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

RH = RB √ [σ ]

[σ]−√3 p .

 RH = 110 √150150−√3.21≈¿ ¿ 126 mm

Ta chọn RH = 120mm

Chiều dày của thành xi-lanh là : t’ = RH - RB = 126 – 110 =16 mm

Theo kinh nghiệm ta có:

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

Hình 3.4 Xilanh phụ.

Kiểm nghiệm cụm xylanh piston đẩy dưới.

Ứng suất lớn nhất xuất hiện tại bề mặt trong của xylanh , ta kiểm nghiệm tại bề mặttrong của xylanh với R=R’

Theo công thức 6.2 tr 156 tài liệu [I] ta có :

Ứng suất tiếp tuyến : σ t =

Theo công thức 6.3 tr 156 tài liệu [I] ta có :

Ứng suất theo chiều trục do ảnh hưởng của đáy :

3.2.2 Van thủy lực.

Theo cách thức sử dụng, van được sử dụng trong hệ thống thuỷ lực thường có cácloại sau đây : van tiết lưu, van một chiều, van an toàn, van phân phối,…

Sau đây là các loại van sử dụng trong hệ thống thủy lực:

a Van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng thuỷ lực dùng cho xilanh chính

.

Hình 3.5 Van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng thuỷ lực

Loại van phân phối được sử dụng là loại van điều khiển bằng điện từ ; thuỷ lực; hoặc bằng tay

Van phân phối 4 cửa, 3 vị trí điều khiển bằng điện từ

Chọn van có ký hiệu sau: 4WE66XSG24 N9K4/V, là van có lưu lượng lớn nhất là 60l/p, áp suất làm việc lớn nhất là 315bar

Hình 3.6 Van phân phối 4 cửa, 3 vị trí điều khiển bằng điện từ

b Van tiết lưu kết hợp với van 1 chiều

Là van điều chỉnh lưu lượng cung cấp cho xilanh Nó kết hợp với van 1 chiều để

đề phòng van tiết lưu bị kẹt thì có van 1 chiều để đảm bảo cho thoát dầu khi quá áp.Chọn van có ký hiệu: MK10G1X/V, là van có lưu lượng cho qua lớn nhất là 400l/p,

áp suất làm việc lớn nhất được 315bar

Hình 3.7 Van tiết lưu 1 chiều

c Van chống tụt áp (Van an toàn)

d Van điền đầy

Là van có tác dụng cung cấp lượng dầu cần thiết ở hành trình không tải, có tác

dụng thoát dầu ở hành trình khứ hồi để đạt được vận tốc cần thiết Chọn van

SFA1-1X/*: Lưu lượng : 500 l/min

Hình 3.9 Van điền đầy

3.2.3 Bơm thủy lực.

Bơm dầu là một loại cơ cấu biến đổi năng lượng , dung để biến cơ năng thành độngnăng và thế năng (dưới dạng áp suất của dầu) Trong hệ thống thuỷ lực chỉ dùng loại bơm thể tích , tức là loại bơm làm việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích hút,và khi giảm thể tích bơm đẩy dầu ra, thực hiện chu kỳ nén.Nếu trên đường đẩy ra ta đặt một vật cản (van), dầu bị chặn tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu bơm

Hình ảnh một số loại bơm piston thường gặp:

Hình 3.10 Bơm pittong

Với chu trình làm việc của máy ép ta chọn:

Áp suất bơm: p= 25 MPa

Lưu lượng bơm: QB1 ≥ 604,8 l/ph

Chọn động cơ dẫn động: n=1450 vg/ph

=> q ≥ Q / n= 604,8/ 1450 = 0,42 l/ph

Ống dẫn dùng trong hệ thống dầu ép thường là ống đồng và ống thép.

Ống đồng có ưu điểm là dễ làm biến đổi hình dáng nhưng đắt

Trong quá trình thiết kế mạch thủy lực Vấn đề chọn ống dẫn sao cho vừa đảm bảo yêu cầu làm việc, vừa kinh tế phải cần được tính tới Vì vậy phải tính toán

để chọn được ống dẫn thích hợp Mục đích của tính toán ống dẫn là xác định đườngkính trong của ống dẫn, và độ dày của ống dẫn

d – đường kính trong của ống dẫn (m)

Như vậy ở công thức trên muốn tính được đường kính trong d ta phải xác định được 2 giá trị Q và υ Lưu lượng Q sẽ được quyết định bởi cơ cấu làm việc, còn vận tốc υ phụ thuốc vào áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn đó

Các giá trị vận tốc υ khuyên dùng khi tính toán dựa trên bảng sau:

Đối với ống gang: [δ] = p.d / (2.s)] = (150 ÷ 250) 105 (N/m2)

Ta chọn vật liệu là ống thép nên lấy [δ] = p.d / (2.s)] = 400.105 (N/m2)

- d: đường kính trong của ống (m)

3.2.6 Chọn bộ lọc dầu.

Trong quá trình làm việc, dấu bị bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào, hoặc

do các chất bẩn từ bản thân dầu tạo nên Chất bẩn sẽ làm hư hỏng hoạt động của hệ thống Vì vậy, ta phải dung bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn

Một số nguyên tắc khi lựa chọn dầu:

Đối vơi hệ thống làm việc với áp suất cao cần chọn dầu có độ nhớt cao, hệthống làm việc với vân tốc cao cần chọn dầu có độ nhớt thấp ngoài ra cần phải chú

ý những điểm tổng quát sau:

 Đối với hệ thống dầu ép thực hiện chuyển động thẳng, làm việc với áp suấtkhoảng từ 20-30 kg/cm2 có vận tốc v> 8m/ph thường dùng dầu có độ nhớt

từ (11-20).10-6 m2/s tương ứng là dầu công nghiệp 12 và 20

 Đối với hệ thống chuyển động tròn thường dùng dầu có độ nhớt từ 40).10-6 m2/s tương ứng với dầu tuabin 22 hoặc dầu công nghiệp 20,30 và 45

(20- Đối với hệ thống làm việc với áp suất từ 30-70 kg/cm2 thì dung dầu có độnhớt từ (20-40).10-6 m2/s

 Đối với hệ thống làm việc với áp suất lớn hơn 175 kg/cm2 ta chọn dầu có độnhớt từ (100-200).10-6 m2/s

 Đối với hệ thống làm việc với áp suất từ 70-170 kg/cm2 ta chọn dầu có độnhớt từ (60-100).10-6 m2/s

 Trường hợp yêu cầu đảm bảo độchính xác cao trong phạm vi nhiệt độ rộng

ta chọn dùng dầu tổng hợp silicon

Từ các nguyên tắc trên ta có thể có được hệ thống dầu sử dụng trong máy làdầu công nghiệp 30 với các đặc điểm như sau:

- Giới hạn nhiệt độ làm việc 0C = 10-50

- Khối lượng riêng Kg/cm3 = 886-916

- Độ axit mg KOH/g= 0,2

3.2.8 Tính toán thùng dầu:

Tính toán thùng dầu dựa vào những chỉ tiêu sau:

- Đảm bảo cung cấp dầu cho toàn bộ hệ thống

- Nhiệt độ dầu nằm trong khoảng cho phép: t0 < [ t0]=550C

- Kích thước thùng dầu phù hợp để bố trí các phần tử thủy lực trên mặt thùng dầu

và bên trong thùng dầu

+ Thể tích dầu còn lại trong trường hợp xilanh duỗi ra hết vẫn bảo đảm ngập đầuvào của bộ lọc hút lớn hơn 300mm Thể tích này khoảng 600 lit

+ Mức dầu cao nhất trong thùng thấp hơn chiều cao thùng dầu 150 mm

+ Thể tích dầu thuỷ lực điền đầy vào khoang không có cần của xilanh: 150 lit + Thể tích dầu điền đầy hệ thống đường ống: 10 lit

+ Dầu cần thiết: 600 + 150 + 10 = 760 lit

+ Chọn lượng dầu : 900 lit

+ Lượng dầu còn trong thùng khi xilanh duỗi ra hết

900-10-100 = 790 lit

Từ đó ta chọn kích thước thùng dầu:

Dài x Rộng x Cao = 1200mm x 1200mm x 700 mm=1008 lit

Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực sử dụng

PLC

4.1 Tổng quan về PLC

4.1.1 Khái niệm về PLC:

PLC viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển Logic lập

trình được, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục

“lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Hình 4.1 Logo PLC

4.1.2 Đặc điểm chung PLC S7-200:

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng

Siemens(CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu modul và các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU212 hoặc CPU214 Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng như hiện nay thì Siemen đã cho ra đời thêm những khối vi

xử lý khác như: CPU221, CPU222, CPU223, CPU224,CPU225, CPU226…

PLC được phân loại theo nhiều cách:

Theo Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay…

Theo Version:

Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo

PLC Misubishi có các họ: Fx, Fx0, FxON

Thông thường S7_200 được phân ra 2 loại chính:

a Loại cấp điện áp 220VAC :

4.1.4 Giới thiệu các phương pháp lập trình Của S7_200:

Có thể lập trình cho PLC S7_200 bằng cách sử dụng phần mềm sau: STEP MicroWIN

7-Lập trình cho S7 200 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3 phương pháp

cơ bản:

 Phương pháp hình thang (Ladder logic _ LAD):LAD l ngôn ngữ lập trình bằng

đồ họa Nhữngthành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với những thành phần cơ bản dùng trong bảng mạch rơle

 Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram _ FBD): là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen với thiết kế mạch điều khiển số

 Phương pháp liệt kê câu lệnh (Statement List _ STL): Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Để tạo ra một chương trình bằng STL, người lập trình cần phải hiểu r phương thức sử dụng 9 bit trong ngăn xếp (stack) logic của S7 200

4.1.5.Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-200

4.1.5.1 Phân chia bộ nhớ:

Bộ nhớ của S7_200 được phân chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi bị mất nguồn Bộ nhớ của S7_200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần bit nhớ đặt biệt được kí hiệu bởi SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc

- Vùng chương trình: là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trử các lệnh

chương trình Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được

- Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như:từ khóa, địa chỉ trạm…Cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số cũng thuộc non- volatile đọc/ghi được