Qua tìm hiểu các công ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép chủ yếu tập trung ở những nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có công ty DENISON được thành lập từ năm 1900, tại Ấn
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
Học Phần: Thiết kế máy công tác
Giảng viên hướng dẫn: PGS-TS Phạm Hùng Thắng
Học viên thực hiện: Ngô Trung Hiếu MSHV: 56CH203
Lớp: CKCT2014
Trang 2Máy ép thủy lực.
Thiết kế máy ép thủy lực 200 tấn
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Trên thế giớ ngày nay có nhiều công ty chế tạo máy ép để phục vụ ngành công nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép dùng trong sản xuất giầy,máy ép dung để nong lỗ trong sản xuất chi tiết máy, máy ép dùng để đột, máy ép dùng để ép gạch, ép ván dăm, ép mũ …Tuy nhiên tính đa dạng trong khâu thiết kế sản phẩm này chưa có, với lại do nhu cầu sử dụng mặt hang này chưa nhiều Nên đa
số các công ty sản xuất máy ép chỉ sản xuất theo đơn đặt hàng của đối tác Điều này đó dẫn đến thực trạng nước ta không có công ty nào thiế kế và chế tạo ra máy ép hoàn chỉnh Do kinh nghiệm cũng như công nghệ là chưa đủ, mà các công ty chủ yếu là phân phối lại các sản phẩm của công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặt hang ở Việt Nam rồi đưa sang các công ty chính để chế tạo
Qua tìm hiểu các công ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép chủ yếu tập trung ở những nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có công ty DENISON được thành lập từ năm 1900, tại Ấn
Độ có công ty VELJAN, công ty YUKEN của Đài Loan chuyên cung cấp các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức co tập đoàn REXROTH chuyên sản xuất chế tạo sửa chữa bảo dưỡng các loại máy
ép thủy lực cũng như cung cấp thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực khí nén và một số công ty khác như ASHUN – Đài Loan, TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan, WINNER – Đài Loan,…cũng chuyên cung cấp các thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực và khí nén Tại Việt Nam có công ty Cổ phần Công nghệ Quỳnh, công ty T.A.T tại TP Hồ Chí Minh, Xí nghiệp cơ khí Long Quân tại Hà Nội
là các công ty chuyên về phân phối, lắp đặt, tư vấn hệ thống thủy lực khí nén hàng đầu tại Việt Nam
Và một số công ty khác như Công ty cổ phần dịch vụ kỹ thuật Việt Thái – 184/Đê La Thành/Ô Chợ Dừa/ Đống Đa/ Hà Nội, công ty An Huy, công ty An Phú, Yến Linh, Việt Hà là một trong nhưng công
ty hàng đầu ở Hà Nội chuyên cung cấp các thiết bị thủy lực, khí nén cũng như tư vấn về hệ thống thủy lực
Dưới đây là một số loại máy ép thủy lực đang có mặt trên thị trường Việt Nam:
Trang 3CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC MÁY ÉP 200 TẤN
Ta chọn hệ truyền động dùng cho máy ép là hệ truyền động thủy lực thể tích Cơ cấu chấp hành của
hệ là xylanh điều khiển chày ép Để điều khiển cơ cấu chấp hành này ta sử dụng các van phân phối kiểu 4/3
Hệ truyền động gồm có các phần chính và chức năng của nó như sau:
– Trạm nguồn: Có chức năng cung cấp năng lượng của dòng chất lỏng công tác cho cơ cấu chấp hành Thiết bị tạo năng lượng cho dòng chất lỏng ở đây là bơm thủy lực, với động cơ dẫn động là loại động cơ điện xoay chiều ba pha
– Van phân phối: Loại van được sử dụng là van điều khiển bằng điện xoay chiều(điện áp 220V), kiểu 4/3 Van này có chức năng phân phối dòng chất lỏng làm việc đến các khoang làm việc của các
xy lanh
– Cơ cấu chấp hành: Cơ cấu chấp hành dùng trong hệ truyền động ở đây chính là xy lanh Cơ cấu chấp hành này có chức năng nhận năng lượng của dòng chất lỏng công tác, rồi biến năng lượng đó thành động năng chuyển động (tịnh tiến)
– Van an toàn: Van an toàn được sử dụng trong hệ thống là loại van an toàn tác động trực tiếp Nó
có nhiệm vụ ổn định áp suất hoạt động của hệ thống, khi áp suất của hệ thống đột ngột tăng thì dòng chất lỏng sẽ được xả qua van an toàn về bể chứa để hạ áp suất của hệ thống xuống một giá trị đã đặt
– Van chống lún: Van chống lún có nhiệm vụ giữ áp trong hệ thống
Trang 4– Rơle áp suất: Rơle áp suất có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện tới van phân phối để dầu xả về bể khi áo suất trong hệ thống đạt tới giá trị đã đặt
– Các thiết bị đường ống và thiết bị hiển thị: Đây là những thiết bị dùng để kết nối các thiết bị khác tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh và hoạt động được Các đường ống để dẫn dòng chất lỏng công tác từ trạm nguồn đến cơ cấu chấp hành và ngược lại, bao gồm các đường ống thép chịu áp (thường
là ống thép đúc) và đường ống mềm cao su chịu áp Thiết bị hiển thị ở đây là đồng hồ đo áp Thiết bị này có chức năng hiển thị trị số áp suất của dòng chất lỏng tại những vị trí mà ta cần biết để có thể điều chỉnh kịp thời nếu cần thiết
Sơ đồ nguyên lí thủy lực của hệ thống.
Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lí.
Khi đóng điện từ tủ điều khiển trung tâm, động cơ điện (3) được cấp điện sẽ làm việc
Khi cơ cấu chấp hành của hệ thống chưa làm việc ứng với các van phân phối 4/3 điều khiển chúng đang ở vị trí trung gian, dầu được hồi ngay về bể
Trang 5Hệ thống thủy lực và hệ điều khiển điện của máy được thiết kế hoạt động ở 2 chế độ : chế độ bằng tay và chế độ tự động Chế độ tự động có thể được thay đổi trình tự logic làm việc dễ dàng thông qua cách nối sơ đồ mạch điện Đối với chế độ làm việc tự động : khi có tín hiệu tác động từ tủ điện điều khiển bắt đầu 1 chu trình, van phân phối 4/3(9) điều khiển xylanh (8) được điều khiển chuyển sang vị trí bên phải, dầu được cấp cho buồng dưới xylanh khiến cần piston đi xuống thực hiện quá trình ép Khi đi hết hành trình, chày bắt đầu ép Đến một áp suất đã đặt thì rơle áp suất đóng lại chuyển tín hiệu điện đến van phân phối(9), van phân phối chuyển sang hoạt động ở vị trí trung gian, lúc này dầu
từ bơm được xả toàn bộ về bể, đồng thời van chống lún(6) giữ áp trong hệ thống một thời gian để sản phẩm cần ép được định hình Sau một thời gian nhất định (10s) thì van phân phối (9) được điều khiển chuyển sang vị trí bên trái, chày được rút lên, xylanh trở về vị trí ban đầu, kết thúc một chu trình ép Sản phẩm ép được lấy ra
Đối với chế độ làm việc bằng tay, tất cả các quá trình chuyển động của xylanh đều được điều khiển bởi nút bấm
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
THỦY LỰC.
3.1 Tính toán xy lanh thủy lực.
3.1.1 Thông số thiết kế.
Để kết cấu của hệ thống nhỏ gọn hơn ta chọn áp xuất của hệ thống cao một chút.Cụ thể ta chọn áp suất làm việc của xy lanh này cũng như của toàn bộ hệ thống là p = 180 bar Một số thông số kĩ thuật yêu cầu của xy lanh này như sau :
– Lực ép đầu cần piston : F = 200 Tấn = 2.106 N
– Thời gian thực hiện hành trình tiến (ứng với quá trình ép) : t1 = 30 (s)
– Thời gian thực hiện hành trình xilanh lùi về: t2 = 20 (s)
– Thời gian giữ ép: t3 = 10 (s)
– Hành trình : s = 0,1 (m) = 100 (mm)
– Chế độ làm việc : làm việc êm
3.1.1.1 Tính toán các thông số
* Tính đường kính trong xy lanh
Theo công thức tính lực ở hành trình tiến của xy lanh :
Trang 6Trong đó : – F : là lực tạo ra ở đầu cần piston, (N);
– p : là áp suất làm việc của xy lanh, (bar);
– D : là đường kính trong của xy lanh, (m);
Suy ra đường kính trong của xy lanh là :
Ta chọn đường kính trong xy lanh là: D = 370 (mm), và đường kính ngoài của xy lanh là Dng = 390 (mm)
* Tính đường kính cần piston
Đường kính cần piston được tính theo công thức:
Dc = (0,60,8).D = (0,60,8).370 = 222296(mm)
Vậy chọn đường kính cần piston là : Dc= 250(mm)
3.1.1.2 Lưu lượng cần cấp cho xy lanh.
Tính toán lưu lượng cần cấp cho xy lanh là rất quan trọng trong tính toán thiết kế các hệ thống thủy lực vì căn cứ vào những kết quả này ta mới tính chọn được bơm nguồn phù hợp
Lưu lượng cần cấp cho xy lanh được tính theo công thức như sau :
Q = f v
Trong đó :
.Q là lưu lượng cần cấp cho xy lanh;
.f là diện tích tác dụng của xy lanh (đối với hành trình tiến hay lùi);
.v là vận tốc cần piston
Tốc độ cần piston trong hành trình tiến là : v1 = s/t1
Do đó, lưu lượng cần cấp cho xylanh trongt quá trình ép là:
Tốc độ cần piston trong hành trình lùi về là : v2 = s/t2
Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình lùi về là:
Nhận thấy Q1>Q2, dó
đó lưu lượng của bơm nguồn phải chọn theo Q1
3.2 Tính toán đường ống thủy lực.
Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác được vận chuyển từ bể dầu qua bơm nguồn đến các van, cơ cấu chấp hành rồi hồi về bể nhờ hệ thống các đường ống Đường ống được dùng phổ biến
Trang 7trong các hệ thống thủy lực nói chung hiện này là các loại ống cứng (ống théo đúc) và ống mềm (ống cao su có các lớp thép) chịu áp
Để hệ thống làm việc ổn định và hiệu suất cao thì tổn thất năng lượng trong hệ đường ống phải là nhỏ Do vậy, phải giảm thiểu được độ dài của hệ thống đường ống, đồng thời giảm thiểu các khúc quanh để giảm được năng lượng tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ
Nói chung, hệ thống đường ống trong các hệ thống thủy lực nói chung được chia làm 3 phần : đường ống hút, đường ống đẩy và đường hồi Đường hút là đoạn đường ống từ bể dầu lên bơm, thường khá ngắn Đường ống nối từ bơm tới các van, cơ cấu chấp hành gọi là đường đẩy, còn đường về bể dầu được gọi là đường hồi hay đường xả
Để tính tiết diện của đường ống phải căn cứ vào vận tốc của đường dầu Thông thường, khi chọn đường ống ta phải đảm bảo tổn thất trong đường ống là nhỏ nhất và vừa phải kinh tế Nếu nhỏ quá thì tổn thất lớn và nếu lớn quá thì tổn thất ít đi nhưng không kinh tế, do đó ta phải cân nhắc lựa chọn cho phù hợp Thông thường, trong các hệ thống thủy lực nói chung thì vận tốc đường dầu trên các đoạn đường đường ống trong hệ thống được chọn như sau :
– Đường ống hút : v1 = 0,81,2 (m/s) ;
– Đường ống đẩy : v2 = 3 5 (m/s) ;
– Đường ống xả : v3 = 1,0 1,6 (m/s) ;
Đường kính của đường ống được tính theo công thức sau:
Trong đó:
– Q: là lưu lượng qua tiết diện ống, cũng chính là lưu lượng cần thiết cấp cho xylanh, (l/ph) ;
– : là vận tốc dầu qua tiết diện ống, (m/s)
3.2.1 Tính toán đường ống hút.
Đường kình đường ống hút là:
Do đường ống hút cấp dầu từ bể tới bơm và nằm trong thùng dầu, không phải chịu áp cao, ta chọn ống hút có thể là ống bằng nhôm hoặc bằng thép đúc có đường kính trong khoảng (19,5 – 24)(mm)
3.2.2 Tính toán đường ống hồi.
Đường kính đường ống hồi là:
Đường ống hồi được bắt đầu
từ đế van về bể Cụ thể trong thiết kế máy ép này thì do có bộ làm mát ở đường hồi do đó ống hồi được chia làm 2 phần, một phần từ đế van đến bộ làm mát và một phần từ bộ làm mát vào bể dầu
Ta cũng chọn ống hồi làm bằng nhôm hoặc bằng thép đúc có đường kính trong khoảng (17 – 21) (mm)
Trang 83.2.3 Tính toán đường ống đẩy.
Đường ống đẩy thường được chia làm 2 phần: phần một nằm từ bơm nguồn tới van và phần này nằm toàn bộ trên bể dầu, do vậy để làm cho bộ nguồn thêm mỹ quan ta làm ống đẩy ở phần này bằng ống cứng (thường là thép đúc) Phần ống đẩy còn lại nối từ van đến cơ cấu chấp hành ta chọn ống mềm
Đường kính đường ống đẩy là:
Vậy ta chọn ống mềm và ống cứng cố đường kính trong khoảng (9 – 12) (mm) và chịu được áp suất khoảng 200bar để làm ống đẩy cho hệ thống
3.3 Tính toán bơm nguồn.
3.3.1 Nguyên tắc tính toán bơm nguồn.
Để chọn được bơm nguồn căn cứ vào các thông số làm việc của nó Việc này dựa trên những nguyên tắc sau :
o Theo áp suất yêu cầu lớn nhất : pB = p + pycmax trong đó :
– pB : là áp suất bơm ;
– p : tổng tổn thất áp suất trong hệ thống;
– pycmax : là áp suất yêu cầu lớn nhất
Nếu trong hệ thống có nhiều cơ cấu chấp hành thì pycmax là áp suất của cơ cấu chấp hành chịu tải lớn nhất
o Theo lưu lượng yêu cầu lớn nhất : QB = Qyc + Q trong đó :
– QB : lưu lượng bơm ;
– Qyc : lưu lượng yêu cầu;
– Q : tổn thất lưu lượng trong hệ thống do các hiện tượng như rò
rỉ, bay hơi và một số hao tổn khác
Ngoài ra khi chọn bơm còn cần phải lưu ý ở một số điểm như sau :
o Có dải tốc độ quay trục phù hợp với tốc độ của động cơ kéo
o Phù hợp với độ nhớt của dầu trong hệ thống
o Có tính lắp lẫn cao để thuận tiện trong trường hợp thay thế
o Dễ dàng bảo dưỡng
o Giá thành hợp lí
Trên đây là những nguyên tắc cơ bản để có thể tính toán và lựa chọn bơm nguồn, nhưng trong thực
tế ta chỉ cần căn cứ vào mục đích sử dụng để lựa chọn bơm nguồn đáp ứng được các thông số lưu lượng áp suất hệ thống, đồng thời có giá thành phù hợp
3.3.2 Tính chọn bơm nguồn.
Để tính chọn bơm nguồn hệ thống ta có một số các giả thiết sau :
– Chiều dài đoạn đường ống hút bằng chiều dài đoạn đường ống xả là :
Trang 9L1 = L3 = 1 (m);
– Chiều dài doạn ống đẩy là :L2 = 4 (m);
– Vận tốc và đường kính ống hút : v1 = 1 (m/s) ;d1 = 20 (mm)
– Vận tốc đường ống đẩy : v2 = 4(m/s) ; d3 = 10(mm)
– Vận tốc đường ống xả : v3 = 1,5 (m/s) ; d2 = 18(mm)
– Chất lỏng làm việc là dầu thủy lực CS32 có các thông số kỹ thuật: Độ nhớt: ,
trọng lượng riêng : Ta có: p = p1 + p2;
-Với p1 là tổn thất qua van phân phối, lấy p1 = 2 (bar)
P2 là tổn thất qua đường ống bao gồm cả tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ
– p Khối lượng riêng của chất
lỏng – L,v,d: Chiều dài,vận tốc và đường kính của đường ống
– Hệ số tổn thất dọc đường và tổn thất cục bô:
Do đó: p = 2+1,6 = 3,6 bar
PB = 3,6 + 180 =183,6 bar
Để thỏa mãn ta lấy pB = 190 bar
Trang 10Đồng thời ta cũng thấy, lưu lượng cần thiết để cấp cho xylanh là: 21,5(l/ph)
Nên nếu chọn bơm nguồn có lưu lượng Q = 25 (l/ph) sẽ đáp ứng được yêu cầu lưu lượng của hệ thống
Căn cứ vào 2 thông số áp suất và lưu lượng ở trên cũng như điều kiện làm việc của hệ thống ta thấy bơm bánh răng là sự lựa chọn phù hợp nhất do :
o Bơm bánh răng có dải áp suất p = 100 – 250 bar ;
o Bơm bánh răng có dải lưu lượng phù hợp Q < 100 (l/ph) ;
o Kết cấu bơm bánh răng khá nhỏ gọn, thuận tiện cho lắp ráp và bảo dưỡng sau này
o Bơm bánh răng có giá thành khá thấp so với các loại bơm khá như : piston rotor hướng kính Piston rotor hướng trục, bơm cánh gat …
Ta chọn động cơ kéo bơm có số vòng quay n = 1445 (vg/ph) Đây là số vòng quay rất phù hợp với các loại bơm bánh răng Do đó lưu lượng riêng của bơm được tính theo công thức :
Ta có thể chọn bơm nguồn là bơm bánh răng có lưu lượng riêng q = 19 (cc)
Với lưu lượng riêng q = 19 (cc) thì lưu lượng bơm là
Q = n q = 1445.19.10-3 =27,5 (l/ph)
Ta chọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan có kí mã hiệu như sau : HGP-3A-*19*
Bơm bánh răng được chọn có một số các thông số kĩ thuật như sau :
– Lưu lượng riêng : q = 19,2 (cm3/vòng);
Trang 11– Áp suất làm việc lớn nhất : – Tốc độ quay trục lớn nhất : n =
3000 (vòng/phút)
– Tốc độ quay trục nhỏ nhất: n = 600 (vòng/phút)
– Tốc độ quay trục khuyến cáo của nhà sản xuất là : n = 1800 (vòng/phút)
– Khối lượng bơm : m = 2,92 (kg)
– Chân ren cửa vào : PT3/4, Chân ren cửa ra: PT1/2
3.4 Chọn động cơ điện
Công suất thủy lực của hệ thống : Trong đó: Q(l/ph) – Lưu lượng của bơm
P(Bar) – Ap suất hệ thống
Để đảm bảo hệ thống làm việc ổn định và thực tế động cơ điện được sản xuất ta chọn loại động cơ: 3K160S4 – 1500 vg/ph-4 cực-11kW ,
Của công ty cổ phần chế tạo điện cơ Hà Nội
3.5 Tính chọn van.
3.5.1 Tính chọn van phân phối.
Van phân phối là một phần tử thủy lực có tác dụng làm thay đổi hướng của dòng chất lỏng, do đó nó
có thể làm đảo chiều chuyển động của các cơ cấu chấp hành mà nó điều khiển
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điều khiển tự động, trong các hệ thống thủy lực hiện nay sử dụng chủ yếu các van phân phối dạng con trượt điều khiển bằng điện Các cuộn điện hay nam châm điện từ có điện áp sử dụng là 24 VDC hoặc nguồn xoay chiều 220 VAC Tuy nhiên trong một số hệ thống người ta vẫn sử dụng các loại van phân phối khác như van điều khiển bằng tay, điều khiển bằng thủy lực …
Trong hệ thống máy ép thiết kế, chỉ có một van phân phối loại 4/3 : có nhiệm vụ điều khiển các xylanh
Dưới đây là cấu tạo của van phân phối loại 4/3 điều khiển bằng điện :
