Thiết kế máy đột thủy lực

Hiện nay đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa Và mục tiêu trong tương lai là đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp phát triển Để thực hiện được mục tiêu này thì cơ khí hóa đóng một vai trò vô cùng quan trọng 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 rất cần thiết Khoa học và công nghệ phát triển thì việc ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống ngày càng phổ biến Kéo theo đó là sự ra đời của vô số máy móc thiết bị mới phương pháp mới phục vụ nhu cầu sản xuất Làm cho số lượng chủng loại chi tiết ngày càng đa dạng và phong phú hơn Trong số đó chi tiết lỗ chiếm số lượng lớn Các chi tiết lỗ xuất hiện trong nhiều lĩnh vực của đời sống như xây dựng cầu đường đóng tàu …đặc biệt là trong cơ khí chế tạo máy Vì vậy để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của thị trường thì cũng xuất hiện nhiều phương pháp gia công lỗ khác nhau trong đó có đột lỗ Đây là là phương pháp gia công lỗ nhanh đơn giản và có thể gia công được nhiều lỗ có kích thước biên dạng khác nhau

Tổng quan về sản phẩm

1.1.1 Nhu cầu về sản phẩm của quá trình đột lỗ

Hiện nay, sự phát triển của khoa học và công nghệ đã dẫn đến việc ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống, làm tăng nhu cầu cơ giới hóa và cơ khí hóa Điều này yêu cầu các máy móc và thiết bị phải đảm nhiệm nhiều chức năng và công dụng khác nhau, dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều các loại máy móc và linh kiện phụ trợ Sự đa dạng này không chỉ xuất hiện trong chế tạo máy mà còn trong các lĩnh vực như xây dựng cầu cống, hầm mỏ và nhà tiền chế.

Sản phẩm lỗ là một trong những sản phẩm phổ biến và có độ chính xác cao, thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực Chẳng hạn, trong máy móc, việc lắp ráp trục quây vào thân máy yêu cầu tạo một lỗ tròn để lắp ổ bi và trục Trong xây dựng, đặc biệt là nhà tiền chế, các thanh thép được ghép nối bằng lỗ tròn và đinh tán Sự hiện diện của sản phẩm lỗ trong cuộc sống hàng ngày là rất rõ ràng Đồng thời, sự bùng nổ công nghệ đã dẫn đến sự ra đời của nhiều máy móc và thiết bị mới, làm cho các chi tiết máy và linh kiện ngày càng đa dạng và phức tạp hơn.

Sản phẩm lỗ là một loại chi tiết máy phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật Sự hiện diện của các sản phẩm này không chỉ làm cho lỗ trở nên phổ biến hơn mà còn nâng cao tính ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

Hình dưới đây là một trong số những sản phẩm lỗ thông dụng được sử dụng trong đời sống cũng như trong công nghiệp

Hình 1.1 Ảnh các sản phẩm của quá trình đột lỗtrong các chi tiết máy

1.1.2 Phân loại sản phẩm đột

Có nhiều cách phân loại sản :

 Theo công dụng: lắp ráp, longden lót …

 Theo lĩnh vực: sinh hoạt, linh kiện chế tạo, công nghệ thực phẩm…

 Theo vật liệu: thép các bon, thép không gỉ, …

 Theo hình dạng lỗ: lỗ elíp, lỗ tròn, lỗ định hình…

Cơ sở lý thuyết về đột lỗ kim loại

1.2.1 Định nghĩa và đặc điểm của quá trình đột lỗ a) Định nghĩa Đột lỗ là nguyên công cắt phôi theo một đường cong kín và là quá trình tạo nên lỗ rỗng trên phôi, phần bên trong đường cắt là phế phẩm, phần còn lại là phôi b) Phân biệt cắt dập và đột lỗ Đột lỗ cũng như dập cắt là một nguyên công cắt phôi thành những đường cong kín, về nguyê lý dập cắt và đột lỗ giống nhau chỉ khác về công dụng Đột lỗ phần bên trong đường cắt là phế liệu, phần còn lại là phôi Dập cắt thì ngược lại, là nguyên công cắt tạo phôi từ tấm, phần bên trong đường cắt là phôi, phần ngoài là phế phẩm c) Đặc điểm qua trình đột

Quá trình đột, gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn biến dạng đàn hồi xảy ra khi chày tiếp xúc với vật liệu, gây ra sự uốn cong và nén vào lỗ cối Trong giai đoạn này, ứng suất trong vật liệu vẫn nằm dưới giới hạn đàn hồi.

 Giai đoạn biến dạng dẻo:

Khi chày tiếp tục nén xuống, vật liệu sẽ vượt qua giới hạn đàn hồi và bắt đầu biến dạng dẻo Lúc này, phần vật liệu ở mép chày và cối sẽ bị lún sâu vào và xảy ra sự dịch chuyển tương đối giữa chúng.

Chày tiếp tục ép vật liệu vào lỗ cối, dẫn đến sự xuất hiện các vết nứt ở mép cắt của chày và cối Những vết nứt này phát triển nhanh chóng, cắt đứt vật liệu theo vòng làm việc của chày và cối.

Trị số lún của chày vào trong vật liệu cho đến khi cắt đứt, phụ thuộc vào tính chất vật liệu và dao động từ (0,25-0,6)S

Khi chày đi xuống, nó sẽ đẩy vật liệu cắt qua lòng cối và rơi xuống dưới, dẫn đến việc xuất hiện các vết nứt ở mép chày và cối trong quá trình cắt Chất lượng mặt cắt phụ thuộc vào trạng thái và hình dáng các vết nứt, cũng như vào mép sắc của chày, cối và khe hở giữa chúng Để đảm bảo chất lượng sản phẩm khi đột lỗ, cần chú ý đến những yếu tố này.

- Đường kính lỗ không quá bé , đối với thép D>S

- Đường cắt cần tránh các góc nhọn

Dụng cụ cơ bản để đột lỗ bao gồm chày và cối, trong đó chày và cối cần có cạnh sắc để tạo lưỡi cắt, với khe hở giữa chúng là Z = (5%-10%)S Kích thước của chày phải tương ứng với kích thước của lỗ, trong khi kích thước của cối phải lớn hơn 2Z, và chày nên được vát lõm phía trong để hình thành rãnh cắt.

Lực đột của chày chịu ảnh hưởng các yếu tố sau :

- Tính chất cơ hoc của vật liệu

- Chiều dày và tính chất vật liệu đột

- Diện tích của chày vuông góc với trục đột, diện tích của chày càng lớn thì lực ép càng lớn

Trạng thái bề mặt của phôi và khuôn ảnh hưởng lớn đến lực tác động, với độ nhẵn càng cao thì lực càng lớn Thông thường, các phần thành của khuôn được chế tạo với độ nhẵn Rz từ 40 đến 80.

Việc sử dụng chất bôi trơn trong quá trình đột là rất quan trọng; nếu không có hoặc sử dụng không đúng cách, sẽ dẫn đến tình trạng ba via nhiều, lỗ đột không đạt yêu cầu và bị tróc xước nhiều.

Lực đột lỗ xác định theo công thức sau:

- k= 1.1-1.3 là hệ số tính đến sự không đồng đều về tính chất và chiều dày vật liệu, mép cắt bị mòn, lắp ráp chày và cối không chính xác

- L – chu vi đường cắt (mm);

-  c : Giới hạn bền cho phép của vật liệu tra bảng công nghệ dập nguội – Tôn Yến

Hiện nay, có nhiều loại sản phẩm đột lỗ với đa dạng hình dạng, kích thước, vật liệu và công năng Trong số đó, lỗ tròn là một sản phẩm điển hình và phổ biến Để tính toán lực đột, chúng ta có thể dựa vào một sản phẩm mẫu hoặc ước lượng lực đột của máy theo kinh nghiệm Để đảm bảo tính khách quan, nên chọn một sản phẩm cụ thể làm cơ sở để ước tính lực đột.

Với sản phẩm đột là tấm thép có các thông số như sau:

- Vật liệu là SS400 có giới hạn bền là  c = 51 (kG/mm 2 )

- Chọn hệ số không đồng đều về tính chất và chiều dày vật liệu K =1,2

- Đường kính lỗ đột của sản phẩm D@mm

- Chiều dày vật liệu S = 25 mm

Hình 1.2 Sản phẩm longden để tính lực đột

Từ các số liệu trên ta có thể tính sơ lược lực đột cho sản phẩm với vật liệu SS400 có giới hạn bền = 51 (kG/mm 2 ) như sau:

Với Pt 0 (Tấn) ta có thể đột được các thước lỗ sau đây (lỗ tròn)

Bảng 1.3: Đương kính lỗ D tương ứng với chiều dày S đối với một số loại vật liệu

Với kết quả như trên ta có thể thấy đường kính lỗ đột lớn nhất lên đến 373 mm với vật liệu CT31 và chiều dày 5mm

Bảng 1.4: Chiều dày S tương ướng với đường kính lỗ D đối với một số loại vật lệu

Với bảng trên ta có thể dễ dàng thấy được chiều dày S lớn nhất có thể đến 44mm đối với vật liệu CT31

1.2.3 Tính lực tháo chi tiết ra khỏi chày

Sau khi đột lỗ, vật cắt hoặc phế liệu thường bị dính trên chày do tính đàn hồi của vật liệu Để gỡ bỏ vật liệu khỏi chày, cần một lực nhất định, lực này chủ yếu phụ thuộc vào chiều dày và tính chất của vật liệu, cũng như việc có sử dụng bôi trơn hay không và kích thước của vật dập.

Lực tháo ra khỏi chày được tính theo công thức:

𝑄 𝑡 : là lực tháo chi tiết p: lực đột lỗ

𝐾 𝑡 : hệ số để tháo vật liệu ra khỏi chày (Tra ở bảng 1.5)

DUT.LRCC đến 0.5 0.5 - 1 1 - 1.5 1.5 - 2 cao hơn 2

Thép 0.04 0.045 0.05 0.06 0.07 Đồng thau, đồng đỏ, kẽm 0.03 0.035 0.04 0.05 0.06

Nhôm, đuyra 0.045 0.05 0.06 0.07 0.08 Đột lỗ trong sản phẩm

Ghi chú: đối với vật liệu dày hơn 8mm, khi làm việc không bôi trơn thì hệ số k t cần lấy tăng lên 20-25%.

Bảng 1.5: Hệ số 𝐾 𝑡 để tính lực tháo vật liệu ra khỏi chày của một số vật liệu

𝑏 xấp xỉ 0.5 nên ta dựa vào bảng 1.5 chọn hệ số 𝐾 𝑡 = 0.04

Tính lực tháo chi tiết ra khỏi chày:

1.2.4 Lực đẩy vật cắt ra khỏi cối

Lực để đẩy vật cắt từ trong lòng cối hình trụ ra ngoài được tính theo công thức

𝑄 𝑑 : là lực đẩy phế liệu

P : lực đột lỗ n : số vật cắt trong lòng cối hình trụ

𝐾 𝑑 :hệ số ghi trong bảng 22 trang 60 sách công nghệ dập nguội – Tôn Yến

Tên vật liệu Thép nhôm, duyra Đồng đỏ, đồng thau, kẽm

Ghi chú: Đối với vật liệu dày hơn 8mm, khe hở nhỏ hoặc không bôi trơn hệ số K đ cần lấy tăng lên 25-30%

Bảng 1.6: hệ số 𝐾 𝑑 để đẩy sản phẩm ra khỏi cối của một số vật liệu

DUT.LRCC Để giảm lực đẩy phế liệu ra khỏi lòng cối khi đột lỗ đường kính gần bằng chiều dày vật liệu, lòng cối nên làm côn

1.2.5 Yêu cầu công nghệ đối với sản phẩm lỗ đột

Hình dáng sản phẩm lỗ đột có thể rất phức tạp, vì vậy cần loại bỏ những dạng không cần thiết để đáp ứng yêu cầu sử dụng.

Khi đột hình dáng của vòng cắt, nó sẽ sao chép nguyên hình phần làm việc của chày và cối Do đó, nếu lỗ đột càng phức tạp, việc chế tạo chày và cối sẽ trở nên khó khăn hơn, dẫn đến chi phí cao và giảm độ bền của khuôn.

Các yêu cầu công nghệ đối với kết cấu hình dáng hình học của lỗ đột rất quan trọng để đảm bảo độ bền của sản phẩm trong quá trình sử dụng, cũng như độ bền của chày và cối Dung sai kích thước giữa các tâm lỗ cần được xác định rõ ràng: đối với khoảng cách từ 2 đến 4 mm, dung sai là ± 0.20 đến ± 0.30 mm; cho khoảng cách từ 4 mm trở lên, dung sai là ± 0.25 đến ± 0.40 mm Việc kiểm soát chính xác dung sai kích thước không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công.

Ghi chú: dung sai đã cho dối với kích thước giữa tâm hai lỗ bất kỳ

Bảng 1.7: Dung sai kích thước giữa các tâm lỗ

Dung sai kích thước giữa hai tâm lỗ nhỏ nhất là ±0,15 cho vật liệu có chiều dày dưới 2mm và khoảng cách giữa hai lỗ dưới 120mm Ngược lại, dung sai kích thước giữa hai tâm lỗ lớn nhất là ±0,4 cho vật liệu có chiều dày trên 4mm và khoảng cách giữa hai tâm từ 220-3600mm.

DUT.LRCC b) Dung sai kích thước từ mặt cơ sở đến tâm lỗ đến 50 từ 50 đến

120 từ 120 đến 220 từ 220 đến 360 đến 2 ± 0.5 ± 0.6 ± 0.7 ± 0.8 từ 2 đến 4 ± 0.6 ± 0.7 ± 0.8 ± 1.0 cao hơn 4 ± 0.7 ± 0.8 ± 1.0 ± 1.2 chiều dày vật liệu, mm kích thước C3 và C4, mm

Bảng 1.8: Dung sai kích thước từ mặt cơ sở đến tâm lỗ

Dung sai kích thước từ mặt cơ sở đến tâm lỗ có sự biến đổi lớn, với dung sai nhỏ nhất là ±0,5mm cho vật liệu dày dưới 2mm và khoảng cách từ tâm lỗ đến mặt cơ sở dưới 50mm Trong khi đó, dung sai lớn nhất có thể đạt ±1,2mm cho vật liệu dày trên 4mm và khoảng cách từ tâm lỗ đến mặt cơ sở từ 220-360mm Kích thước nhỏ nhất của lỗ đột cũng cần được xem xét so với chiều dày vật liệu.

 Đối với vật liệ là kim loại

Tròn Vuông Chữ nhật Ôvan

Thép mềm và đồng thau 1.0 S ≤ b 0.9 S ≤ b 0.8 S ≤ b 0.7 S ≤ b

Vật liệu Hình dáng lỗ

Bảng 1.9: kích thước nhỏ nhất của lỗ đột so với chiều dày vật liệu

Về mặt hình học, trong các hình cơ bản thì hình lỗ ovan cho kích thước lỗ nhỏ nhất so với các hình còn lại b = 0.9S

Khi sữ dụng các phương pháp và khuôn đặc biệt đường kính lỗ có thể nhỏ hơn

 Kích thước nhỏ nhất của lỗ đột đối với vật liệu phi kim loại

Gêlinac tectolit, thủy tinh- tectolit thủy tinh hữu cơ, xenluylo chất dẻo vinin, tấm nhựa vlnl-pro các tông, phíp, Eebonic, Atbet

Mica và vật liệu có mica làm cơ bản

Hình dáng lỗ kích thước nhỏ nhất của lỗ đột so với chiều dày vật liệu vật liệu

Giới thệu các loại khuôn và các yêu cầu kỹ thuật

Khuôn ép là bộ phận thiết yếu trong máy đột và máy ép thủy lực, đóng vai trò quyết định trong việc tạo hình sản phẩm và đảm bảo độ chính xác cao cho sản phẩm cuối cùng.

Khuôn trong máy đột gồm chày và cối, chịu áp lực lớn khi đột phôi Chày và cối không chỉ phải chống lại lực nén mà còn phải chịu ứng suất uốn và ma sát cao Do đó, độ bền và độ dai của chúng cần phải đủ mạnh để chịu tải trọng lớn.

1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn

- Tính công nghệ của kết cấu khuôn (khả năng công nghệ)

- Độ chính xác và độ bền vững

- Tính an toàn của các bộ phận khuôn

- Khả năng thay thế dễ dàng của các chi tiết mòn hỏng

- Khả năng lắp khuôn trên máy được thuận lợi

- Chế tạo đảm bảo tính kinh tế

- Thao tác thuận lợi và an toàn cho công nhân

1.3.3 Vật liệu chế tạo khuôn

Khuôn (chày và cối) thường hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, bao gồm va đập, áp lực cao, ăn mòn và nhiệt độ cao Hình dáng của chúng thường phức tạp và cần duy trì được hình dạng sau quá trình gia công nhiệt luyện.

Xuất phát từ đó mà vật liệu chế tạo khuôn ép cần phải có độ cứng cao, độ bền cao, và tính chịu mài mòn tốt

Trong quá trình sản xuất các chi tiết của khuôn ép, việc chú trọng đến công nghệ nhiệt luyện là rất quan trọng nhằm đảm bảo độ cứng và cấu trúc kim loại đạt yêu cầu.

 Khi chọn vật liệu làm khuôn cần chú ý đến:

- Đặc điểm của các nguyên công dập

- Vật liệu được gia công

 Các loại vật liệu dùng để chế tạo khuôn bao gồm:

Thép cacbon có tính tôi thấp và thường chứa nhiều ứng suất dư bên trong do quá trình làm nguội nhanh chóng Đặc biệt, độ nhạy với nhiệt cao của thép dẫn đến sự giảm sút độ bền của vật liệu này.

 Thép để gia công sau khi ủ và sau khi tôi có độ cứng bề mặt cao, tính chịu mài mòn tốt

Thép CD70, CD70A và CD80 được sử dụng để chế tạo các chi tiết mỏng chịu va đập, như tấm trượt, chêm, chèn, chốt định vị và vòng ép Những chi tiết này không yêu cầu độ cứng cao và thường là chày cối hình đơn giản, phục vụ cho các công việc nhẹ.

Thép dụng cụ hợp kim thấp sở hữu tính thấm tôi tốt và độ bền cao hơn so với thép cacbon, đồng thời có độ nhạy và kích thước hạt khi đốt nóng thấp, giúp giảm thiểu biến dạng trong quá trình làm nguội.

 7CrV, 9CrV, 11Cr, 17Cr: dùng để chế tạo phần làm việc của khuôn cắt, đột tạo hình với kích thước hay đường kính đến 35 mm

- Thép hợp kim thấp tôi cao:

 Thép hợp kim nhóm này có tính thấm tôi cao Điều đó cho phép chế tạo những chi tiết làm việc của khuôn dập có tiết diện lớn

Nói chung thép Cr, 9CrSi, CrWMn, CrWSiMn dùng để chế tạo khuôn dập cắt tinh, sữa tinh, vòng cắt phức tạp và đòi hỏi chính xác

- Thép hợp kim thấm tôi rất cao:

 Thép hợp kim nhóm này được chia ra: thép crôm, thép có 5÷6 % Cr, và thép hợp kim phức tạp

 Thép Cr12 không nên dùng với khuôn dập có hình dáng phức tạp hay làm việc có đốt nóng

Thép Cr12M sở hữu tính chất cơ học vượt trội hơn so với thép Cr12, đặc biệt phù hợp cho các khuôn dập chịu tải trọng lớn và lực dập mạnh Đối với những ứng dụng này, thép Cr12V1 là lựa chọn tối ưu nhờ vào tính linh hoạt trong quá trình gia công nhiệt luyện.

Thép nhóm này dùng để chế tạo chày cối của khuôn dập vuốt, uốn thành hình, ép chảy có hình dáng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao

 Thép 7CrMn, 2WMo, dùng để chế tạo khuôn cắt, đột, tải trọng lớn, hình dáng phức tạp

Dùng để chế tạo chày cối khuôn ép chảy thép

Hợp kim cứng, với độ cứng và khả năng chống mài mòn vượt trội, chủ yếu được cấu thành từ cacbit vônfram và cacbon (nhóm BK) Tuy nhiên, hợp kim này có khả năng chịu uốn và kéo kém Đặc biệt, hợp kim cứng thường được sử dụng để chế tạo chày cối, với thiết kế vòng ôm chặt bên ngoài để tăng cường hiệu quả làm việc.

Khuôn dập tách BK25 và BK30 yêu cầu độ bền cao do có tiết diện nguy hiểm và hình dáng đặc biệt của chi tiết dập Những khuôn này bao gồm khuôn thành hình, khuôn chồn và khuôn ép chảy, tất cả đều cần được chế tạo với chất liệu và kỹ thuật đảm bảo độ bền tối ưu.

 Tóm lại: Đối với máy này thì vật liệu làm khuôn được làm từ vật liệu thép Y8A, nhiệt luyện đến độ cứng HRC = 58÷ 62 (Theo tiêu chuẩn Nga)

(Theo tiêu chuẩn của Nga Y8A có nghĩa là:

8: Thành phần cácbon trong thép là 0,8%

A: Ký hiệu thép chất lượng cao

Máy phay CNC là công cụ lý tưởng để gia công các khuôn ép và chế tạo đồ gá chuyên dụng cho việc gá khuôn trên bàn máy Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công.

Thiết kế sơ đồ nguyên lý của máy

2.1.1 Mục đích và nội dung của công việc thiết kế sơ đồ nguyên lý

Thiết kế nguyên lý máy tập trung vào nghiên cứu chuyển động và điều khiển chuyển động của các cơ cấu máy Ba vấn đề chính mà nguyên lý máy xem xét bao gồm cấu trúc, động học và động lực học của các loại cơ cấu và máy móc.

Ba vấn đề nêu trên được nghiên cứu dưới dạng hai bài toán: bài toán phân tích và bài toán tổng hợp

Bài toán phân tích cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc và khả năng chuyển động của cơ cấu, tùy thuộc vào thiết kế của nó.

Bài toán phân tích động học tập trung vào việc xác định chuyển động của các khâu trong cơ cấu mà không xem xét ảnh hưởng của các lực Phân tích này chỉ dựa vào mối quan hệ hình học giữa các khâu.

Phân tích động lực học là quá trình xác định các lực tác động lên các khâu của cơ cấu và mối quan hệ giữa các lực này với chuyển động của cơ cấu.

Hình thành sơ đồ nguyên lý giúp ta có cái nhìn tổng quan về các chuyển động chính trong cơ cấu máy và máy móc.

2.1.2 Các yêu cầu khi lựa chọn máy

Các thông số kỹ thuật cơ bản dùng để chọn máy là: lực, công suất, trị số bước, chiều cao kín và kích thước của bàn máy

Khi chọn máy cần chú ý những yêu cầu sau:

 Lực của máy cần phải lớn hơn lực đột ,dập yêu cầu:

Pm - Lực danh nghĩa của máy (kG)

P - Lực cần thiết cho nguyên công (kG)

 Kiểu máy: Hành trình và tốc độ của máy cần phải phù hợp với yêu cầu công nghệ thực hiện

DUT.LRCC là một yếu tố quan trọng trong việc xác định lực tại điểm bắt đầu của các nguyên công có hành trình lớn, nơi mà lực này thường nhỏ hơn nhiều so với lực danh nghĩa Do đó, cần lựa chọn lực danh nghĩa lớn, trong một số trường hợp, lực này có thể cần phải gấp 2 lần so với lực tính toán.

Chọn máy theo độ lớn của hành trình có ý nghĩa rất quan trọng trong việc cân đối hơn hành trình lớn

 Chiều cao kín của máy:

Chiều cao kín của máy, tức là khoảng cách từ mặt bàn máy đến mặt dưới của đầu trượt, là yếu tố quan trọng trong thiết kế máy và khuôn Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, chiều cao này cần phải phù hợp với bất đẳng thức liên quan.

H – 5mm ≥ Hk ≥ H2 + 10mm (2-2) Hoặc có thể theo điều kiện:

H - Chiều cao lớn nhất của máy (mm)

H2 - Chiều cao kín nhỏ nhất của máy (mm)

M - Khoảng cách điều chỉnh của đầu trượt (mm)

2.1.3 Phân tích và lựa chọn phương án động học Để tạo ra sản phẩm từ máy thì ta có nhiều phương án Nhưng với phương án nào phù hợp với yêu cầu làm việc của máy có hiệu quả và năng suất cao mới tối ưu Để tìm ra một phương án tối ưu, thì yêu cầu phải phân tích các phương án và tìm ra đặc điểm của chúng a) Máy ép trục khuỷu

Máy nhấn có sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Máy nhấn trục khuỷu có lực ép từ 200 tấn đến 10000 tấn

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khủy

1 Động cơ điện 9 Trục khủy

2 Bánh đai nhỏ 10 Cơ cấu phanh hãm

3 Bộ truyền đai 11 Rãnh trượt

4 Bánh đai lớn 12 Đầu trượt

Động cơ (1) hoạt động bằng cách truyền chuyển động qua bánh đai nhỏ (2) và bộ truyền đai (3) đến bánh đai lớn (4), từ đó dẫn động trục dẫn (5) Bánh răng nhỏ (6) sẽ ăn khớp với bánh răng lớn để hoàn thành quá trình truyền động.

(7) trên trục khuỷu (9) Khi đóng ly hợp (8) chuyển động được truyền đến trục khuỷu

(9) đồng thời cơ cấu phanh hãm (10) được nhả ra Trục khuỷu (9) quay làm cho chày

(13) chuyển động tịnh tiến lên xuống, tạo lực ép nhả thực hiện chu trình nhấn

+ Bền, chắc chắn, dễ chế tạo, giá thành rẽ

Truyền động của trục khuỷu là một hệ thống truyền động cứng, giúp kiểm soát chính xác khoảng hành trình của máy, từ đó đảm bảo sản phẩm dập đạt chất lượng cao và đồng đều.

+ Chưa có tính tự động hóa cao

+ Tốc độ không đều, lực quán tính sinh ra trong quá trình chuyển động của đầu trượt lớn

+ Phạm vi điều chỉnh hành trình bé đòi hỏi phải tính toán phôi chính xác b) Máy ép trục lệch tâm

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý máy ép trục lệch tâm

1 Động cơ điện 8 Trục truyền

2 Bộ truyền đai 9 Thanh truyền

3 Bộ ly hợp 10 Then chặn

6 Cơ cấu phanh hãm 13 Chày

Khi mở máy, động cơ điện và bánh đai cùng quay, truyền chuyển động cho bánh đai chạy lồng mà không qua bộ truyền đai Bánh đà và ly hợp quay tự do trên trục lệch tâm Khi nhấn bàn đạp, ly hợp đóng và trục lệch tâm quay, thông qua bạc lệch tâm và thanh truyền, đầu trượt chuyển động lên, xuống, tạo ra lực ép nhả trong mỗi chu trình làm việc.

+ Bền, chắc chắn, tạo lực ép riêng lớn + Dễ thiết kế, chế tạo, giá thành rẻ + Bàn máy có thể điều chỉnh + Dễ sử dụng

+ Lực ép nhỏ, từ 20 đến 2500 KN + Khi ép gây ra rung động lớn, kém chính xác + Chưa có tính tự động hóa cao c) Máy ép ma sát trục vít

Tạo hình bằng máy ép ma sát trục vít Các máy ép trục vít có lực ép từ 40 đến

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít

1 Động cơ điện 9 Gối đỡ

2 Bộ truyền đai 10 Bàn đạp

3 Bánh ma sát chủ động 11 Trục vít me

4 Trục di động 12 Đầu trượt

5 Bánh ma sát bị động 13 Rãnh trượt

 Nguyên lý hoạt động Động cơ (1) truyền chuyển động qua bộ truyền đai (2) làm quay trục di động

(4) trên đó có lắp các bánh ma sát chủ động (3) Khi nhấn bàn đạp (10), cần điều khiển

Quá trình hoạt động bắt đầu khi cần điều khiển (8) đi lên, đẩy trục (4) sang bên phải, khiến bánh ma sát bị động (5) tiếp xúc với đĩa ma sát bên trái Điều này làm cho trục vít me (11) quay theo chiều thuận, đưa đầu búa đi xuống Khi đầu búa đến vị trí cuối, ép vấu tỳ (7) vào cữ chặn (6) khiến cần điều khiển (8) đi xuống, đẩy trục (4) qua trái Bánh ma sát (5) tỳ vào bánh ma sát bên phải, làm cho trục vít quay ngược lại, đưa đầu trượt đi lên đến cữ hành trình trên Sau đó, cần (8) lại được nhấc lên, trục (4) được đẩy sang phải và quá trình lặp lại.

Máy ép ma sát hoạt động với chuyển động đầu trượt êm ái, giúp quá trình ép kim loại diễn ra từ từ và triệt để hơn Tốc độ ép không lớn, cho phép điều chỉnh hành trình làm việc trong một phạm vi khá rộng.

+ Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẽ

+ Năng suất không cao + Lực ép tạo được không lớn + Chưa có tính tự động hóa cao

+ Chưa có tính tự động hóa cao

DUT.LRCC d) Máy ép thủy lực

Hình 2.4 Nguyên lý làm việc của máy ép thủy lực

5 Van phân phối 13 Bể dầu

6 Van cản 14 Van tràn,van an toàn

7 Thiết bị làm mát 15.Bơm piston hướng trục

8 Bơm nước 16.Đồng hồ đo áp suất

17.Van tiết lưu b) Nguyên lý hoạt động

Chất lỏng khoáng dầu từ bồn chứa được bơm cao áp truyền đến piston xylanh, với áp suất tương ứng tùy thuộc vào vật liệu và cường độ của thép Khi tác động vào tay gạt của van phân phối, piston sẽ được di chuyển Piston được nâng hạ nhờ áp lực dầu ở khoang trên và khoang dưới của xylanh, tạo ra lực ép tại đỉnh piston, nơi có lắp một cơ cấu ép gọi là chày.

R và biên dạng tương đương với R và biween dạng là những yếu tố quan trọng trong việc chế tạo sản phẩm Chày được điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu của sản phẩm Khi áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực vượt quá mức quy định, van tràn và van an toàn sẽ hoạt động để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực của máy

2.2.1 Khả năng và hiệu quả của hệ thống thuỷ lực trong điều khiển máy Để thực hiện công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế Việt Nam trong tương lai tới thì trình độ công nghệ của sản xuất phải được đánh giá bằng chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hoá Điều đó được thể hiện qua trang thiết bị, máy móc, công cụ và kỹ thuật điều khiển nó để tự động hoá quá trình sản xuất

Với mức độ tự động hóa cao, các máy và cụm kết cấu sử dụng truyền động cơ khí, thủy lực, khí nén và điện đều đảm bảo chất lượng chế tạo tốt nhờ độ chính xác và độ tin cậy lớn Thông tin được truyền dưới dạng năng lượng, bao gồm tín hiệu tương tự, nhị phân và tín hiệu số, cần được xử lý nhanh chóng Hệ thống điều khiển thủy lực đáp ứng tốt các yêu cầu này, mặc dù vẫn còn một số hạn chế nhất định.

Truyền động có khả năng cung cấp công suất cao và lực lớn nhờ vào các cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao và yêu cầu bảo trì, chăm sóc ít.

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn)

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, cùng với khả năng chịu nén của dầu, cho phép chúng hoạt động ở vận tốc cao mà không lo bị va đập mạnh, điều này rất hữu ích trong lĩnh vực cơ khí và điện.

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

2.2.2 Phân tích và lựa chọn phương án kết cấu a) Phương án thân máy

Hình 2.6: phương án bố trí thân kín

-Đảm bảo độ cững vững của thân máy

-Thuận lợi cho việc thao tác khi sử dụng máy

-Chịu được tải trọng lớn, độ ổn định của máy cao

Kết cấu của máy lớn

Hình 2.7: phương án bố trí thân hở

- kết cấu thân máy đơn giản, nhỏ gọn

- Khó khăn cho việc thao tác máy

- không gian làm việc của máy hẹp

Kết luận: Để đảm bảo độ cứng vững của máy trong quá trình làm việc và tăng cường sự thuận tiện khi máy hoạt động, phương án lựa chọn là thân kín và phương án xy-lanh.

Hình 2.8: phương án bố trí một xylanh

- Kết cấu đơn giản, vận hành máy dễ

- Kết cấu của xylanh lớn, nên kết cấu máy cũng lớn theo

Hình 2.9: phương án bố trí hai xylanh

Kết cấu tương đối nhỏ gọn

Khó đảm bảo được độ đồng bộ của xylanh

Hình 2.10: phương án bố trí bốn xylanh

-Kích thước xylanh nhỏ gọn

-Tải trọng của máy lớn

-Khó đảm bảo được độ đồng của các xylanh

-Hệ thống điều khiển máy phức tạp

Kết luận: Để tối ưu hóa kết cấu máy, đảm bảo vận hành dễ dàng và giảm thiểu chi phí, phương án sử dụng một xilanh là lựa chọn hợp lý.

2.2.3 Các phương pháp điều khiển thuỷ lực

Trong hệ thống điều khiển thủy lực, có ba phương pháp chính được sử dụng: điều khiển vị trí (bao gồm tịnh tiến và quay), điều khiển vận tốc (cũng với tịnh tiến và quay), và điều khiển tải trọng (tập trung vào lực, mômen xoắn hoặc áp suất).

Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng, thiết bị có thể thực hiện một, hai hoặc cả ba chức năng Điều khiển vị trí là việc di chuyển cơ cấu chấp hành đến vị trí cụ thể, như hành trình dịch chuyển của pittông trong xi lanh thủy lực hoặc góc quay của động cơ dầu Pittông hoặc động cơ có thể truyền động đến hệ truyền động cơ khí như vít me, bánh răng - thanh răng, hoặc bộ truyền bánh răng, và có khả năng chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay hoặc ngược lại.

Khi điều khiển vị trí người ta thường sử dụng loại van trượt

Van trượt điều khiển thường có ba vị trí: trái, phải và trung gian Mỗi vị trí này tương ứng với các chế độ hoạt động của xi lanh hoặc động cơ dầu, cho phép chuyển động theo chiều thuận, đảo chiều hoặc dừng lại.

Các loại van thường được sử dụng để điều khiển vị trí bao gồm van solenoid, van tỉ lệ và van servo Để điều khiển tốc độ chuyển động của pittông trong xilanh thuỷ lực hoặc chuyển động quay của động cơ dầu, cần thay đổi lưu lượng dầu cung cấp Hiện nay, có nhiều phương pháp để thay đổi lưu lượng này.

- Thay đổi lưu lượng cung cấp của bơm dầu, tức là sử dụng các loại bơm điều chỉnh

- Thay đổi lưu lượng bằng tiết lưu (lỗ tiết lưu hoặc van điều khiển)

Thay đổi lưu lượng bằng tiết lưu có ưu điểm là tiêu tốn năng lượng thấp, cấu trúc gọn gàng và giá thành hợp lý, do đó rất phù hợp cho các mạch điều khiển tốc độ.

Để điều khiển tốc độ và tải trọng trong hệ thống, người ta thay đổi áp suất làm việc, ảnh hưởng đến lực trong chuyển động tịnh tiến và mômen xoắn trong chuyển động quay Trong mạch điều khiển kín, cảm biến lực hoặc cảm biến mômen thường được sử dụng, nhưng hiện nay, cảm biến áp suất được ưa chuộng hơn vì vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết.

Hệ thống điều khiển áp suất bằng van tràn và van giảm áp thường sử dụng phương pháp hở, dẫn đến độ chính xác thấp và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ nhớt, lưu lượng và tải trọng Để đạt được độ chính xác cao hơn, người ta chuyển sang sử dụng mạch điều khiển kín Tín hiệu phản hồi từ cảm biến áp suất được gửi về bộ khuếch đại của van để so sánh và xử lý, nhằm duy trì áp suất ổn định theo yêu cầu tải trọng Hiện nay, van tỷ lệ hiệu suất cao rất phù hợp với mạch điều khiển áp suất và đang được ứng dụng rộng rãi.

Lựa chọn các phần tử thủy lực

Bơm dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng, biến cơ năng thành động năng và thế năng dưới dạng áp suất của dầu Trong hệ thống dầu ép, loại bơm sử dụng là bơm thể tích, hoạt động bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu vào, và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra Nếu có vật cản trên đường dầu bị đẩy ra, áp suất sẽ được tạo ra, phụ thuộc vào mức độ cản trở và cấu trúc của bơm.

Với yêu cầu của máy thiết kế, dựa vào áp suất làm việc lớn nhất ta chọn bơm bánh răng

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài là loại bơm phổ biến nhất nhờ vào kết cấu đơn giản và dễ chế tạo Loại bơm này thường được sử dụng trong các hệ thống có áp suất trung bình, với áp suất hoạt động từ 10-200 bar tùy thuộc vào độ chính xác trong quá trình chế tạo.

Bơm bánh răng gồm có: loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài và loại bơm bánh răng ăn khớp trong

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài được ưa chuộng nhờ vào quy trình chế tạo đơn giản và chi phí thấp, tuy nhiên, nó lại phát ra tiếng ồn và có kết cấu cồng kềnh Ngược lại, bơm bánh răng ăn khớp trong có thiết kế nhỏ gọn và vận hành êm ái, ít gây tiếng ồn, nhưng giá thành lại cao hơn so với bơm bánh răng ăn khớp ngoài.

Với áp suất sơ bộ 180 bar được chọn để tính toán xilanh, cùng với các tính năng và hạn chế của hai loại bơm, bơm bánh răng ăn khớp ngoài là lựa chọn tối ưu cho hệ thống thủy lực này.

Xylanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng

Xylanh thủy lực được chia làm hai loại: xylanh lực và xylanh quay (xilanh mômen)

Trong xylanh lực, piston và xylanh có chuyển động tịnh tiến tương đối, trong khi đó, trong xylanh quay, chuyển động tương đối giữa piston và xylanh là chuyển động quay, với góc quay thường nhỏ hơn 360 độ.

2.3.3 Van tràn và van an toàn

Van tràn và van an toàn là hai thiết bị quan trọng trong hệ thống thủy lực, giúp ngăn chặn áp suất chất lỏng vượt quá mức cho phép Van tràn hoạt động liên tục để duy trì áp suất ổn định, trong khi van an toàn chỉ kích hoạt khi xảy ra tình trạng quá tải.

Hình 2-12: Ký hiệu van tràn và van an toàn:

2.3.4 Van phân phối (van đảo chiều)

Van đảo chiều là thiết bị quan trọng trong hệ thống ống dẫn, giúp đóng mở để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng Chức năng chính của van này là đảo chiều chuyển động của các cơ cấu chấp hành như xilanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực.

Số cửa của van đảo chiều là lỗ dẫn dầu vào hoặc ra, thường có 2, 3, 4 hoặc 5 cửa Trong một số trường hợp đặc biệt, số cửa có thể nhiều hơn.

Số vị trí của van là số định vị con trượt, thường dao động từ 2 đến 3 vị trí, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt, số vị trí có thể nhiều hơn.

2.3.5 Thiết bị làm nguội dầu

Trong các hệ thống thủy lực hoạt động với cường độ cao và sinh nhiệt nhiều, việc sử dụng thiết bị làm nguội là cần thiết để duy trì nhiệt độ ổn định cho dầu Thiết bị làm nguội giúp giảm lượng dầu cần thiết và kích thước bể dầu, điều này rất quan trọng trong thiết kế hệ thống tự động với nhiều thiết bị thủy lực Các thiết bị làm nguội có thể được lắp đặt trong bể dầu hoặc bên cạnh, hoạt động bằng cách lấy nhiệt từ dầu và làm nguội bằng nước hoặc không khí Hai loại thiết bị làm nguội phổ biến trong hệ thống thủy lực là thiết bị làm nguội bằng nước và thiết bị làm nguội bằng không khí.

Bộ trao đổi nhiệt kiểu xoắn ruột gà bao gồm một thân và được làm bằng đồng, với dầu từ van tràn của bơm cao áp đi vào qua cửa (a), di chuyển qua ống xoắn và thoát ra tại cửa (b) để vào bể dầu Nước làm nguội được dẫn vào từ cửa (c), đi qua ống (3) và ra ngoài qua cửa (d).

Hình 2-13 Kết cấu của thiết bị làm nguội bằng nước

Hệ thống máy thiết kế yêu cầu dầu có độ sạch cao để kéo dài tuổi thọ các phần tử thủy lực và giảm chi phí sử dụng Do đó, chúng ta lựa chọn hai loại lọc dầu.

 Lọc thô đặt ở đường ống hút của bơm dầu

 Lọc tinh đặt ở đường ống đẩy của bơm dầu a b c d

2.3.7 Ống dẫn dầu Để nối liền các cơ cấu điều khiển với các cơ cấu chấp hành cũng như với hệ thống biến đổi năng lượng người ta dùng các ống dẫn, ống nối Ống dẫn dùng trong hệ thống dầu ép phổ biến nhất là ống đồng và ống thép Ống đồng có ưu điểm là dễ làm biến đổi hình dáng, nhưng đắt Vì thế đối với những ống dẫn có tiết diện lớn, và không cần uốn cong nhiều người ta thường dùng ống thép, thí dụ như ở ống dẫn chính, ống hút và ống nén của bơm dầu Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền và tổn thất áp suất nhỏ nhất Để giảm tổn thất áp suất thì các ống dẫn phải có yêu cầu sau:

 Chiều dài ống càng ngắn càng tốt

 Tránh sự biến dạng tiết diện ống dẫn trong suốt quá trình làm việc

 Ống dẫn có hình dáng sao cho hướng chuyển động của dòng dầu ít thay đổi

 Nếu cần thiết đổi hướng thì phải thay đổi từ từ

2.3.8 Đồng hồ đo áp suất

Sử dụng áp kế lò xo

Hình 2-14: đồng hồ đo áp suất.

Các tính toán cần thiết cho hệ thống thủy lực

Các số liệu ban đầu:

Lực ép tối đa: Ft = 200 (tấn)

Vận tốc chạy không: vck = 10 (mm/s)

Vận tốc công tác tối đa: vct = 5 (mm/s)

2.4.1 Tính đường kính Piston, xylanh, cần đẩy mang khuôn

Lực ép lớn nhất để đột lỗ thép tấm thành sản phẩm: P = 200000 (kG)

Theo công thức trong truyền động thủy lực: [Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại_Nguyển Ngọc Cẩn_Trang 78]

Pmax - Lực ép lớn nhất (kG)

D - Đường kính piston (cm) p - Áp suất lớn nhất (kG/cm 2 ) ta chọn p 0 (kG/cm 2 )

Từ công thức trên ta có:

Theo công thức k D d [Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại_Nguyển Ngọc

Theo tiêu chuẩn 0CT 6540 ta chọn đường kính cần piston d = 250 (mm)

2.4.2 Lực ma sát giữa Piston và xylanh Để đảm bảo tính công nghệ người ta sử dụng xylanh có nhiều xecmăng lắp trên các rãnh ở đầu piston Ngoài ra còn dùng vòng chắn dầu ở cần piston để đảm bảo độ kín khít Ma sát giữa piston và xylanh xảy ra ở hai khu vực:

 Khu vực giữa các vòng xecmăng trên đầu piston với thành trong của xylanh (Fmsp)

 Khu vực giữa các vòng chắn dầu với cần đẩy của piston (Fmsc)

Hình 2-15: Kết cấu cụm xylanh

Về mặt động lực học thì ma sát giữa piston và xilanh có hai loại đó là: ma sát tĩnh

(Fmst) và ma sát động (Fmsđ)

 - Hệ số tỷ lệ tính đến áp lực chắn khít giữa đầu piston và secmăng,

Chọn  = 0,15 ft - Hệ số ma sát tĩnh giữa secmăng với thành xylanh, với cặp vật liệu xylanh là thép, secmăng là gang thì ft = (0,20,3)

Chọn ft= 0,25 fđ - Hệ số ma sát động giữa xéc măng và thành xylanh, với cặp vật liệu như trên thì: fđ = (0,05 0,08) với v > 0,2 (m/s) fđ = (0,1 0,2) với v < 0,2 (m/s) vì vck = 0,015 (m/s) < 0,2 (m/s)

G - Tải trọng qui đổi của bộ phận dịch chuyển chọn G = 400 (kG)

Thay các số liệu ở trên ta có:

Fmst = 0,15.0,25.400 = 15,1875 (kG) Chọn Fmst = 15 (kG)

Fmsđ = 0,15.0,15.400 = 9,1125 (kG) Chọn Fmsđ = 9 (kG)

2.4.3 Lực quán tính giữa piston và xylanh

Lực quán tính là lực phát sinh trong quá trình di chuyển của piston mang chày, với tốc độ và tải trọng càng lớn thì lực quán tính cũng tăng theo Lực quán tính xuất hiện khi có sự thay đổi về hướng chuyển động hoặc tốc độ.

Phương trình xác định lực quán tính như sau:

Fqt - Lực quán tính giữa piston và xylanh (kG)

t - Thời gian thay đổi tốc độ dịch chuyển (s)

v- Độ thay đổi tốc độ m - Khối lượng quy đổi (kG)

- Khối lương riêng của chất lỏng truyền lực (kG/cm 3 )

F - Tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực (cm 2 ) l- Chiều dài đoạn đường xảy ra sự thay đổi tốc độ (cm)

Trong giai đoạn đầu tiên của việc tính toán và thiết kế, việc hình dung toàn bộ kết cấu máy và khối lượng các bộ phận chấp hành là điều khó khăn Do đó, lực quán tính có thể được tính toán bằng công thức gần đúng.

G - Khối lượng ước tính của bộ phận chuyển động (kG)

V- Vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành (m/s) g - Gia tốc trọng trường (g = 9,81) (m/s 2 ) t0- Thời gian quá độ của piston đến tốc độ xác lập (s) thường lấy t 0 0,010,5 (s)

Giá trị lớn dùng cho máy cỡ nặng , máy có công suất lớn, và tốc độ lớn

Ta chọn: t0 = 0,1 (s) ta chọn: G = 400 (kG) vmax =1 (m/ph)=0,0167 (m/s)

2.4.4 Tính áp suất (P) và lưu lượng (Q) a) Hành trình xuống nhanh

Chọn tốc độ chuyển động của piston ở hành trình xuống nhanh: v = 10 (mm/s) = 1 (cm/s) = 60 (cm/ph)

Hình 2-17: Phân tích lực ở hành trình xuống nhanh

 Phương trình cân bằng lực của cụm piston:

Trong đó: p1 - Áp suất ở buồng công tác (kG/cm 2 ) p2 - Áp suất ở buồng chạy không (kG/cm 2 )

Fmst - Lực ma sát tĩnh giữa piston và xilanh (kG)

Fqt - Lực quán tính ở giai đoạn bắt đầu chuyển động (kG)

A1, A2 - Lần lượt là diện tích piston ở buồng công tác và buồng chạy không

Thay các giá trị trên ta có:

= 45924 (cm 3 /ph)  45,924 (l/ph) b) Hành trình ép phôi

Chọn tốc độ nén của piston theo máy: vn =5(mm/s) = 30 (cm/ph)

Hình 2-18: Phân tích lực ở hành trình ép phôi

 Phương trình cân bằng lực của cụm piston:

Trong đó: p2 - Áp suất ở buồng chạy không, chọn p2 = 4,5 (kG/cm 2 )

Fmsđ- Lực ma sát động giữa piston và xylanh, Fmsđ = 9 (kG)

Ft - Tải trọng tác dụng vào cần piston (kG)

Thay các giá trị vào ta có:

= 22962 (cm 3 /ph)  23 (l/ph) c) Hành trình lùi về nhanh

Chọn tốc độ lùi về của piston: v = 10 (mm/s) = 1(cm/s) = 60 (cm/ph)

Hình 2-19: Phân tích lực ở hành trình lùi về nhanh

 Phương trình cân bằng lực:

Trong đó: p2 - Áp suất ở buồng chạy không (kG/cm 2 )

Fms t - Lực ma sát tĩnh giữa piston và xilanh (kG)

Fqt - Lực quán tính ở giai đoạn bắt đầu lùi về (kG)

Thay các số liệu ở trên vào ta có:

2.4.5 Tính sức bền của xylanh

Trong quá trình hoạt động, xylanh thủy lực phải chịu áp suất nội tại do chất lỏng làm việc và tải trọng bên ngoài Do đó, việc tính toán sức bền của xylanh là cần thiết để đảm bảo đáp ứng các điều kiện làm việc yêu cầu.

 Tính chiều dày thành xylanh (t):

Hình 2-20: Chiều dày thành xylanh

Theo [Giáo trình: Hệ thống truyền động thủy lực và khí nén _Trần Ngọc Hải_Trần Xuân Tùy_Trang 43] với xilanh thành mỏng ( 1,2)

D n ta có: tmin ≥ m.D + c (2-13) Trong đó:

DUT.LRCC c là đại lượng bổ sung cho chiều dày tối thiểu của thành xilanh, tính đến dung sai gia công (mm), với đường kính trong được gia công theo tiêu chuẩn H8 và đường kính ngoài theo tiêu chuẩn h10 Theo tài liệu, giá trị c được chọn là 1 mm Hệ số m được xác định theo bảng 2.2 trong giáo trình "Hệ thống truyền động thủy lực và khí nén" của Trần Ngọc Hải và Trần Xuân Tùy, với các tham số  b = 70 (Kg/mm²) và p = 152,7 (kG/cm²), cho ra kết quả m = 0,035.

Thay vào ta có: tmin ≥ 0,035.400 + 1 = 15 (mm)

Vậy chiều dày tối thiểu của thành xilanh phải đảm bảo: tmin ≥ 15(mm)

2.4.6 Tính tổn thất áp suất Để đảm bảo lực ép trong quá trình gia công phôi thép tấm thì khi tính áp suất ta cần tính đến tổn thất áp suất

Tổn thất áp suất trên đường vào xilanh tính từ sau cửa ra của bơm:

P1 - Tổn thất áp suất trên van điều áp (kG/cm 2 )

P2 - Tổn thất áp suất trên van phân phối (kG/cm 2 )

P3 - Tổn thất áp suất trên đường ống (kG/cm 2 )

P4 - Tổn thất áp suất trên các ống nối (kG/cm 2 )

Tổn thất áp suất của các thiết bị trong hệ thống có thể lấy theo các giá trị tổn thất trong các thiết bị tiêu chuẩn:

Vậy ta có tổn thất áp suất :

2.4.7 Tính và chọn các thông số của bơm

Để lựa chọn bơm bánh răng ăn khớp ngoài, cần căn cứ vào các thông số làm việc của bơm Quy trình này dựa trên những nguyên tắc nhất định nhằm đảm bảo hiệu suất và tính hiệu quả trong ứng dụng.

 Theo áp suất yêu cầu lớn nhất pB =p + pycmax trong đó:

- pB: là áp suất bơm

- p : là tổn thất áp suất trong hệ thống

- Pycmax: 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

 Theo lưu lượng yêu cầu lớn nhất : Qb = Qyc + Q

- 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 cần phải luuw ý một số điểm như sau:

- Có dải tốc độ quây phù hợp với tốc độ của động cơ kéo

- Phù hợp với độ nhớt của dầu

- Có tính lắp lẫn cao để thuận tiện trong trường hợp thay thế

Để lựa chọn bơm nguồn hiệu quả, cần căn cứ vào mục đích sử dụng, đảm bảo bơm đáp ứng các thông số lưu lượng và áp suất của hệ thống, đồng thời phải có giá thành hợp lý.

Máy bơm bánh răng thường được sử dụng để bơm nhớt, dầu và các chất lỏng siêu đặc, nhưng chỉ với loại bơm bánh răng tốc độ thấp Nguyên nhân là do bơm bánh răng tốc độ cao không có khả năng hút chất lỏng vào bánh răng do tốc độ quay quá nhanh, dẫn đến việc chất lỏng chưa kịp chảy vào đã bị áp suất đẩy ra Do đó, bơm bánh răng tốc độ thấp là lựa chọn tối ưu cho việc bơm các chất lỏng đặc và siêu đặc, đồng thời cung cấp áp lực cần thiết cho các hành trình.

Do các hành trình đều có tổn thất áp suất nên áp lực bơm cung cấp cho các hành trình được xác dịnh như sau:

P0 = P0 ’+ P = 9,44 (kG/cm 2 ) Hành trình ép phôi :

P1 = P1 ’ +P = 168,16 (kG/cm 2 ) Hành trình lùi về:

P2 = P2 ’+ P = 14,9 (kG/cm 2 ) c) Tính toán công suất của bơm

Pb - Áp suất của bơm (kG/cm 2 )

Qb - Lưu lượng của bơm (l/ph)

Tính công suất cho bơm dầu chính là xác định công suất của hành trình ép, vì đây là hành trình mà bơm thực hiện áp suất lớn nhất.

Vậy lưu lượng cần tính là:

- Hiệu suất của bơm dầu

=0,96 (Truyền động đầu ép của máy cắt kim loại)

 Chọn công suất của bơm dầu là Nb = 22(KW)

Lưu lượng riêng cua bơm:

Ta có thể cọn bơm nguồn là bơm bánh răng có lưu lượng riêng qT (cc)

2.4.8 Tính toán công suất của động cơ điện

Công suất động cơ điện được tính theo công thức: đc b đc

Nđc - Công suất động cơ (kw)

Nb - Công suất bơm dầu (kw)

đc - Hiệu suất tổn thất từ động cơ qua bơm , chọn đc = 0,9

Do vậy ta chọn công suất của động cơ điện là:

N đc (KW) [Có ký hiệu A02-61-4, có số vòng quay trục động cơ n = 1460(v/ph)]

2.4.9 Tính toán ống dẫn dầu a) Yêu cầu đối với ống dẫn Để nối liền các cơ cấu điều khiển với các cơ cấu chấp hành cũng như với hệ thống biến đổi năng lượng người ta dùng các ống dẫn, ống nối Ống dẫn dùng trong hệ thống dầu ép phổ biến nhất là ống đồng và ống thép Ống đồng có ưu điểm là dễ làm biến đổi hình dáng, nhưng đắt Vì thế đối với những ống dẫn có tiết diện lớn, và không cần uốn cong nhiều người ta thường dùng ống thép, thí dụ như ở ống dẫn chính, ống hút và ống nén của bơm dầu

DUT.LRCC ống dẫn cần đảm bảo độ bền cao và tổn thất áp suất tối thiểu Để giảm thiểu tổn thất áp suất, các ống dẫn cần tuân thủ những yêu cầu nhất định.

 Chiều dài ống càng ngắn càng tốt

 Tránh sự biến dạng tiết diện ống dẫn trong suốt quá trình làm việc

 Ống dẫn có hình dáng sao cho hướng chuyển động của dòng dầu ít thay đổi

 Nếu cần thiết đổi hướng thì phải thay đổi từ từ b) Xác định đường kính ống dẫn

Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng được vận chuyển từ bể dầu qua bơm đến các van và cơ cấu chấp hành, rồi quay trở lại bể thông qua hệ thống ống Các loại ống cứng và ống mềm chịu áp là phổ biến trong hệ thống này Để đảm bảo hiệu suất cao và sự ổn định, cần giảm thiểu tổn thất năng lượng trong đường ống Việc rút ngắn chiều dài hệ thống đường ống và hạn chế các khúc quanh co là cần thiết để giảm thiểu tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ.

Hệ thống đường ống trong các hệ thống thủy lực được chia làm 3 phần :

- Đường ống hút: là đoạn đường từ bể dầu lên bơm thường khá ngắn

- Đường ống đẩy: là đoạn đường ống từ bơm đến các van, các cơ cấu chấp hành

Đường ống hồi là đoạn dẫn từ cơ cấu chấp hành và van tràn đến bể dầu, thường được gọi là đường hồi hay đường xả Để xác định tiết diện của đường ống, cần căn cứ vào vận tốc của dầu Việc lựa chọn đường ống phải đảm bảo tổn thất trong hệ thống là tối thiểu và vẫn đảm bảo tính kinh tế Nếu đường ống quá nhỏ, tổn thất sẽ lớn; ngược lại, nếu quá lớn, tổn thất sẽ nhỏ nhưng không hiệu quả về kinh tế Do đó, việc cân nhắc kỹ lưỡng trước khi chọn đường ống là rất quan trọng Đường kính trong của ống dẫn được xác định theo công thức cụ thể.

[Giáo trình Hệ thống truyền động thủy khí _ PGS.TS Trần Xuân Tùy] v d  4 , 6 Q (2-18)

Trong đó: d - Đường kính trong của ống dẫn (mm)

Q - Lưu lượng chảy qua ống, (l/ph)

Q = 75,36 (l/ph) v - Vận tốc dòng chảy trong ống (m/s) Đối với ống hút thì: v = (0,5 ÷ 1,5) (m/s) chọn: v = 1,5 (m/s)

4  h  d (mm) chọn: dh = 35 (mm) Đối với ống nén thì v = (6÷ 7) (m/s)

Chọn: dn = 20 (mm) Đối với ống xả thì v = (0,5÷ 1,5) (m/s)

Xác định chiều dầy của ống dẫn: Để kiểm nghiệm sức bền của ống ta dùng công thức sau:

[σ]- Ứng suất cho phép của vật liệu ống dẫn

 Đối với ống đồng: [σ] = 250.10 5 (N/m 2 ) p- Áp suất của dầu ở trong ống (kG/cm 2 ) p = 152,7 kG/cm 2 ) s- Bề dày của thành ống (cm) Đối với ống hút: d = 35 (mm)

Chọn: sh = 5 (mm) Đối với ống nén: d = 20 (mm)

Với đường ống xả, do áp suất làm việc rất nhỏ p  0 (kG/cm 2 ) nên ta có thể lấy kích thước chiều dày ông theo ông hút: sx = 4 (mm)

2.4.10 Tính chọn van tràn và van an toàn a) Chọn loại van

Van an toàn là thiết bị quan trọng giúp bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá tải, được lắp đặt trên ống chính có áp suất cao Nếu van hoạt động gián đoạn, nó được gọi là van chống đỡ, trong khi nếu van hoạt động liên tục với chất lỏng luôn thoát qua, nó được gọi là van tràn Tùy thuộc vào cách phối hợp trong hệ thống, cùng một loại van có thể đảm nhận vai trò của cả van tràn và van chống đỡ.

Có hai loại van an toàn:

 Van an toàn tác dụng trực tiếp