Thiết kế máy nhấn thủy lực

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.. 2.1.3 Biến dạng dẻo kim loạ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY NHẤN THỦY LỰC

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN THANH VIỆT

Sinh viên thực hiện: VÕ VIẾT HOÀNG

Đà Nẵng, 2018

1 Tên đề tài đồ án:Máy nhấn thủy lực ( Nhấn trụ điện chiếu sáng )

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Vật liệu : Thép CT38

- Chiều dài L max = 6000mm

- Bề dày phôi thép tối đa 6 mm

- Các số liệu khác tham khảo dựa trên máy thực tế

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

PHẦN A : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Tìm hiều giới thiệu về sản phẩm

- Cơ sở lý thuyết về biến dạng dẻo và gia công dập tấm

PHẦN B : THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

- Lựa chọn phương án và lập sơ đồ động học của máy

- Tính toán động học và động lực học cho toàn máy

PHẦN C : Hướng dẫn vận hành , an toàn bảo dưỡng và sửa chữa máy

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ phương án thiết kế máy :01Ao

- Bản vẽ sơ đồ động của máy :01Ao

- Bản vẽ lắp toàn máy và các cụm chính :05Ao

- Bản vẽ sơ đồ mạch điện :01Ao

5 Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

Ths Nguyễn Thanh Việt Lý Thuyết

Ths Nguyễn Thanh Việt Tính toán

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 22./01./2018

7 Ngày hoàn thành đồ án: 21./05./2018

Đà Nẵng, ngày 21 tháng 5 năm 2018

Trưởng Bộ môn……… Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta ngày càng phát triển và đang thực hiện chính sách công nghiệp hóa, hiện đại hóa Ở đâu cũng thấy các nhà máy, xí nghiệp đau nhau mọc lên Mỗi một xí nghiệp, ngành nghề đản đương một nhiệm quan trọng của mình Ngành này

hỗ trợ ngành kia phát triển Với ngành cơ khí trên thế giời hay ở nước ta cũng vây,

nó quan hệ với các ngành khác và có vai trò hết sức quan trọng Chẳng hạn ngành Điện tạo ra các bóng đèn chiếu sáng đường quốc lộ thì ngành Cơ Khí lại chế tạo ra các cột đèn để lắp nó lên

Hơn nữa, hiện nay Đảng 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 nước có nền công nghiệp còn lạc hậu, trình độ công nghệ còn chưa theo kịp các nước tiên tiến trên thế giới Vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị để phục vụ cho nền kinh tế

Từ đó đảng đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó việc đào tạo những người có chuyên môn trong lĩnh vực này rất cần thiết

Từ chủ trương của Đảng, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã không ngừng phát triển, nâng cao chất lượng giảng dạy và học trong đó ngành cơ khí ngày càng phát triển, 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, thực tập tại các nhà máy, xí

nghiệp, bản thân em đã được giao nhiệm vụ Thiết kế Máy nhấn thủy lực

Bằng kiến thức học tập tại trường và qua quá trình thực tập tại các nhà máy

cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS Nguyễn Thanh Việt, em đã hoàn

thành nhiệm vụ đã được giao Tuy nhiên, do kiến thức và kinh nghiệm của em còn nhiều hạn chế cho nên việc tính toán thiết kế máy chắc chắn còn rất nhiều thiếu sót Em kính mong các thầy bỏ qua và chỉ dẫn thêm để em được vững kiến thức trước khi ra trường

Lời cuối, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn và các thầy cô trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng,ngày 15 tháng 5 năm 2018

Sinh viên thiết kế

Võ Viết Hoàng

Chương 1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT

1.1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM

Sau hội nghị chuyên đề chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ 2 tổ chức tại thành phố Đà nẵng vào tháng 12 năm 1995 với mẫu trụ bát giác côn đầu tiên dùng cho chiếu sáng của công ty điện chiếu sáng Đà Nẵng giới thiệu được hội nghị chấp nhận Các loại sản phẩm trụ chiếu sáng bát giác , tròn côn đã từng bước thay thế cho trụ bê tông

Sản phẩm trụ đèn chiếu sáng công cộng như bến cảng đường giao thông có nhu cầu rất lớn và chủ yếu phục vụ chiếu sáng cho các công trình giao thông là loại trụ bát giác có phần thân dài 6m , phần đế đúc bằng gang , phần cổ trụ

Phần thân trụ được chế tạo từ phôi ban đầu là thép tấm có chiều dày 6mm , chiều dài 6m Từ phôi ban đầu qua dập định hình để tạo thành hình bát giác rồi sau đó hàn giáp mối

1.2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

Sau khi được giao đề tài thiết kế máy để gia công trụ đèn chiếu sáng em đã tìm hiểu qui trình sản xuất cụ thể của một trụ đèn chiếu sáng tại nơi sản xuất mà trong đó máythiết kế sẽ thực hiện một công đoạn trong quá trình gia công Qui trình sản xuất gồm các bước như sau:

+ Chuẩn bị vật tư nguyên liệu

+ Khai triển tole , vạch dấu

+ Cắt tole đã khai triển bằng máy cắt Plasma

+ Nhấn định hình trụ ( Đa giác hoặc tròn côn ) giai đoạn 1

+ Sửa phôi sau khi nhấn giai đoạn 1 (tiến hành hàn gân trong vết nối nếu trụ dài hơn 6m )

+ Nhấn trụ giai đoạn 2 trên máy nhấn

+ Ép liền 1 đương sinh trụ trên máy ép

+ Hàn 1 đường sinh trụ bằng máy hàn tự động có khí CO2 bảo vệ

+ Nắn trụ sau khi hàn bằng máy ép

+ Mài định hình đương hàn bằng máy hàn cầm tay

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

)

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

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 :

Hình 2.2 Các dạng ứng suất chính Ứng suất đường : max = 1/2 (2.1) [1/178]

Ứng suất mặt : max = (1 - 2)/2 (2.2) [1/178]

Ứng suất khối : max = ( max - max ) (2.3) [1/178]

Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và không có biến dạng Ưng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy 

2

3

Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường

1

 = ch tức max = ch/2 (2.4) [1/180] Khi kim loại chịu ứng suất mặt

2

1 

  = ch (2.5) [1/180] Khi kim loại chịu ứng suất khối

minmax 

  = max (2.6) [1/180] 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) [1/184] 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 = (11 + 22 + 33 ) /2 (2.8) [1/185] Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc :

1 =

E

1[ 2 - (2 + 3 ) (2.9) [1/186]

2 =

E

1[ 2 - (1 + 3 ) (2.10) [1/186]

3 =

E

1[ 3 - (1 + 2 ) (2.11) [1/186]

Theo (2.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị :

A =

E

2

1[ 12 + 22 + 3 - 2(12 + 23+ 13 ) Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hướng cùng góc :

F F

 = 1 + 2 + 3 =

E

21

Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là :

A0 =

E

6

1 20 (2.15) [1/187]

Từ (2.14) và (2.15) ta có :

(1-2)2 +(2-3)2+ (3-1)2 = 20 = 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 :

2 =  (1 + 3) Khi biến dạng dẻo ( không tính đến đàn hồi ) thể tích của vật không đổi vậy

V=0

Từ (2.12) ta có :

E

21

Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là : k = 0,580 gọi là hằng số dẻo

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

1 - 3 = 2k = const 2k = 0

3

2  = 1,156 Phương trình dẻo (2.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại bằng áp lực

Tính theo hướng của các áp suất , phương trình dẻo (2.18) chính xác nhất là được viết : 1 - (3) = 2k

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 dạng

2.2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH UỐN

Trong quá trình uốn , kim loại phía trong góc uốn bị nén và co ngắn ở hướng dọc , bị kéo ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp trung hòa

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày , chỗ uốn sai lệch hình dạng tiết diện ngang , lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi với bán kính góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại

Hình 2.4 Biến dạng của phôi thép khi uốn

Trước khi uốn

Xác định chiều dài phôi uốn

+ Xác định vị trí lớp trung hòa , chiều dài lớp trung hòa vùng biến dạng +Chia kết cấu của chi tiết , sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong đơn giản

Cộng chiều dài các đoạn lại : Chiều dài cả đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Chiều dài phôi được tính theo công thức :

   : chiều dài các lớp trung hòa

r : bán kính uốn cong phía trong

.s

[2/106]

rngoài = rtrong - s

E = 2,15 105 Nmm2 : mô đun đàn hồi của vật liệu

S : chiều dày của vật uốn

1 : giới hạn chảy của vật liệu Bán kính uốn nhỏ nhất :

rmin =

21

 : độ giản dài tương đối của vật liệu (%) Theo thực nghiệm có rmin = k.s [2/108]

k : hệ số phụ thuộc vào góc nhấn  _ Công thức tính lực uốn

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do

Lực uốn tự do được xác định theo công thức :

P =

L

n S

: hệ số uốn tự do có thể tích theo công thức trên hoặc chọn theo

bảng phụ thuộc vào tỷ số L/S

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : chiều dày của vật uốn

N : hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng

N = 1,61,8

b : giới hạn bền của vật liệu

L : khoảng cách giữa các điểm tựa Lực uốn góc tinh chính tính theo công thức :

P = q.F

q : áp lực tinh chính ( là phẳng ) chọn theo bảng

F : diện tích phôi được tinh chính Tóm lại : Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà còn có 1 phần ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn có lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn

2.3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐỂ TẠO HÌNH PHÔI THÉP

2.3.1 Cơ sở tính toán :

+ Thép gia công CT3 có chảy = 24 KG/mm2 ; b = 36 KG/mm2

+ Thép gia công JIS có chảy = 37 KG/mm2 ; b = 42 KG/mm2

Bề dày phôi thép tối đa 6mm

n S

Như vậy : _ Chọn lực ép tính toán 6000 tấn

_ Chiều dài bàn máy là 6m

Chương 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHO MÁY

3.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC:

Tính toán động học cho máy là việc phân tích , so sánh chọn các phương án thiết

kế máy và nguyên lý máy

Dập định hình trụ đèn là quá trình làm biến dạng phôi thép tấm để có được biên dạng như ý muốn Ở đây nhiệm vụ của người thiết kế là phân tích tìm hiểu các phương

án một cách kỷ càng để đưa ra một phương án thiết kế máy hợp lý nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật để nâng cao chất lượng của sản phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế và khả năng chế tạo của nơi sản xuất phải đáp ứng được

3.2 PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH :

Việc nhấn định hình trụ được thực hiện trên máy nhấn với lực nhấn được tính toán sau cho phôi thép tấm biến dạng dẻo để có biên dạng như yêu cầu Biên dạng được hình thành nhờ phần chày và cối có biên dạng thích hợp

Do biến dạng đàn hồi của phôi thép cho nên sau khi nhấn tạo hình phôi thép sẽ biến dạng như biên dạng của chày và cối cho nên phải tính toán biên dạng khuôn trên

và khuôn dưới để có biên dạng phôi đúng như yêu cầu

3.3 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.3.1 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XILANH

3.3.1.1: BỐ TRÍ MỘT XILANH

Sơ đồ nguyên lý :

P T T L

1 2

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ưu điểm : - Thiết kế đơn giản

+ Nhược điểm : - Xilanh có đường kính lớn

- Các phần tử thủy lực cũng phải chọn lớn nên máy sẽ trở nên cồng kềnh

- Khó tìm xilanh thay thế khi có sự cố

3.3.1.2 : BỐ TRÍ HAI XILANH

Sơ đồ nguyên lý :

PTTL

1 2 3

4

5

Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý bố trí hai xilanh

Trong đó :

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+Ưu điểm : - Thiết kế máy nhỏ gọn hơn

+Nhược điểm : - Nếu một xilanh bị hỏng thì máy không thể làm việc

3.3.1.3 : BỐ TRÍ BA XILANH

Sơ đồ nguyên lý :

1 2

3

P T T L

4

5

Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lý bố trí ba xilanh

Trong đó :

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+Ưu điểm : - Nếu một xilanh bị sự cố thì máy vẫn hoạt động được, đảm bảo năng suất +Nhược điểm : - Các phần tử thủy lực bố trí rườm ra hơn do nhiều xilanh

3.3.2 : PHƯƠNG ÁN ĐỒNG BỘ

3.3.2.1 : PHƯƠNG ÁN ĐỒNG BỘ BẰNG TRỤC ĐỒNG BỘ

Sơ đồ nguyên lý :

DUT-LRCC

1

2

4 3

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+Ưu điểm : - Làm việc chắc chắn, an toàn

- Chế tạo đơn giản

+Nhược điểm : - Khi gặp sự cố phải thay cả trục

3.3.2.2 : PHƯƠNG ÁN ĐỒNG BỘ BẰNG THANH RĂNG – BÁNH RĂNG

Sơ đồ nguyên lý :

2 1

3 4

5

Hình 3.5 : Sơ đồ nguyên lý đồng bộ bằng thanh răng – bánh răng

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+Ưu điểm : - Làm việc chính xác, bền bỉ

+Nhược điểm : - Khó chế tạo

3.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

Với yêu cầu đặt ra của việc tạo hình cho thân trụ

+ Lực ép đủ lớn để có thể tạo ra biên dạng yêu cầuvới phôi thép tấm có chiều dày lớn

+ Yêu cầu năng suất cao để đảm bảo cho dây chuyền sản xuất của toàn nhà máy hoạt đông tốt

+ Chiều dài nhấn rất lớn

Với yêu cầu của công nghệ gia công trụ đèn chiếu sáng và việc phân tích lưa chọn nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các phương án , các loại máy ta thấy việc lựa máy để gia công tạo hình cho sản phẩm là máy nhấn thủy lực sử dụng ba xilanh và sử dụng cơ cấu đồng bộ là trục đồng bộ

3.4.1: SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY

13 12

4 5 6 7 8

10 9

Hình 3.6 Sơ đồ động máy ép thủy lực

3.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CHO MÁY

3.5.1 Phân tích hoạt động của máy

Trong quá trình thiết kế máy nhấn thủy lực phải đảm bảo cho máy làm việc chính xác.Các chuyển động của các pittông phải thực hiện một cách đồng bộ không có

sự chênh lệch về vận tốc, hành trình do đó phải chế tạo các bộ phận của máy chính xác đồng thời phải dùng các cơ cấu và các thiết bị thủy lực để làm đồng bộ các giá trị như các van tiết lưu hàyla trục truyền đồng bộ Lực ép tạo ra phải đủ lớn để làm biến dạng phôi thép theo yêu cầu

3.5.2 Tính toán lực ép cần thiết của máy

Từ yêu cầu của việc thiết kế máy là nhấn định hình mà trong đó chủ yếu là nhấn định hình sản phẩm từ phôi thép tấm ta đi tính toán các thông số động học cho máy mà giá trị cần thiết nhất để cho máy làm việc theo đúng theo yêu cầu là lực nhấn cần thiết

để cho phôi thép tấm biến dạng một góc cho trước

Cơ sở tính toán :

Thép gia công CT3 có chảy = 24 kg/mm2 ; b = 36 kg/mm2

Thép gia công JIS có chảy = 37 kg/mm2 ; b = 42 kg/mm2

Bề dày phôi thép tối đa 6mm

L

n S

B b

= B.s.b.k1 (3.1)

9.Đồng hồ đo áp suất 10.van tiết lưu

11.Van đảo chiều 12.Xi lanh

13.Chày 14.Cữ hành trình chống quá tải 15.Dao nhấn

16.Cối 17.Bệ máy

S : Chiều dày vật uốn

B1: Chiều rộng của dải tấm

n : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng

n = 1.6÷1.8

b : giới hạn bền của vật liệu

L : Khoảng cách giữa các điểm tựa

F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

+ Lực uốn góc có tinh chỉnh

P2 = qxF (N) (3.2) Trong đó

q : Ap lực tinh chỉnh chọn theo bảng q = 100 (N/mm2)

F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

+ Lực uốn góc tự do

P2 = B.s.b.k1 (3.3)Trong đó :

B : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày của vật uốn

L : Khoảng cách giữa các điểm tựa

P2 = 18000.100 = 1800000N = 180000 KG + Lực uốn tự do :

P1 = B.s.b.k1

P1 = 6000.6.420.1,8

506

= 3265920N = 326592 KG Vậy lực ép tối đa cần thiết

P1 + P2 = 180000 KG +326592 KG = 506592 KG Theo tính toán đã giảm đi bề mặt tiếp xúc của phôi dưới chày để giảm đi lực là phẳng tinh chỉnh, nhưng do sai số chế tạo và chày cối bị mòn do đó diện tích xúc sẽ lớn hơn Từ lý do đó ta cần chọn lực ép thiết kế là 600 Tấn và tính toán các phần còn lại cho các thiết bị khác của máy

3.6 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG

Các đại lượng cần tính toán:

Ap lực dầu cung cấp: (bar)

Lưu lượng dầu vào (lít/phút)

Lưu lượng dầu ra (lít/phút)

Công suất của xilanh truyền lực(KW)

Tính toán hệ thống truyền lực chính

Công suất của bơm dầu

Tính toán các phần tử điều khiển như van tràn, van một chiều, van tiết lưu và đường ống dẩn dầu

Tính công suất và chọn động cơ điện

Tính toán các thông số của bể dầu

3.6.1 Tính lực ép, áp suất, đường kính piston

Theo yêu cầu của việc tạo hình cho trụ đèn chiếu sáng thì lực cần thiết tạo ra để làm biến dạng thép tấm như đã tính toán là : Pmax = 6.000.000N = 6.000KN = 600.000KG

Từ công thức: Pmax = .D2./4 [3]

Trong đó:

: áp suất khí lớn nhất (KG/cm2)

Pmax: lực ép lớn nhất (KG)

D: đường kính của piston chính (cm)

Theo máy chuẩn ta chọn D =32cm

Từ công thức trên suy ra áp lực lớn nhất tác dụng lên piston

Tính lực ma sát giữa piston và xilanh

Để đảm bảo tính công nghệ người ta sử dụng xilanh có nhiều secmăng

m: khối lượng qui đổi

 : khối lượng riêng của chất lỏng truyền lực

F: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực

l: chiều dài đoạn đường xảy ra sự thay đổi tốc độ

việc tính toán và thiết kế ở giai đoạn đầu tiên không thể hình dung toàn bộ kết cấu máy và khối lượng các bộ phận chấp hành khi đó có thể tính toán lực quán tính theo công thức gần đúng như sau:

0

t g

V G

qt 

 (3.4)[3/88]

Trong đó:

G: khối lượng ước tính của bộ phận chuyển động(kg)

V: vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành

Ơ hành trình này bơm không cần cung cấp lưu lượng và áp lực mà dùng trợ lực

từ buồng trên của xilanh

Các thông số:

c h

0

é p

P1: áp lực của van tiết lưu 3bar

P2: áp lực của van đảo chiều 2bar

Pch: khối lượng chày

Fmsđ: lực ma sát động giữa piston và xilanh

Pép: lực ép cần thiết tạo ra để ép phôi

F1: diện tích buồng trên, F1 = 803,84cm2

F2: diện tích buồng đối áp, F2 = 708,855cm2

Tính P1: Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có phương trình cân bằng tĩnh

2 0 1

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý hành trình lùi về

Hành trình này bơm cung cấp dầu vào buồng dưới của xilanh chính dầu từ buồng

trên của xilanh chính chảy về bể chứa

Tính P3 : Dựa vào sơ đồ nguyên lý trên ta có phương trình cân bằng như sau

P2.F2 = P1.F1 + Pistonch + Fmst

 P2 = (P1.F1 + Pistonch + Fmst)/F2 = 5 (KG/ cm2)

Tính lưu lượng cần cung cấp

Lưu lượng vào:

Tổn thất áp suất trên hệ thống thủy lực gồm có:

P1: tổn thất trên các van tiết lưu, P1 = 2KG/cm2

P2: tổn thất trên các van giảm áp, P2 = 2,5KG/cm2

P3: tổn thất áp suất trên các van chỉnh hướng, P3 = 1KGg/cm2

3.6.2 Tính chọn công suất bơm dầu

Bơm dầu là một loại cơ cấu biến đổi năng lượng dùng để biến cơ năng thành động năng và thế năng (dưới dạng áp suất) Trong hệ thống dầu ép chỉ dùng loại bơm thể tích, nghĩa là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thể tích các buồng làm việc tăng, bơm thực hiện chu kỳ hút, và khi thể tích giảm, bơm thực hiện chu kỳ đẩy

Với yêu cầu của máy thiết kế, dựa vào giá trị áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống Pmax = 259 (KG/cm2) ta chọn bơm cho hệ thống là loại bơm pistông hướng trục Bơm pistông hướng trục có các ưu điểm sau:

- Kích thước nhỏ gọn

- Làm việc với áp suất cao

- Hiệu suất làm việc tốt và hầu như không phụ thuộc vào tải trọng

Sự tịnh tiến tới lui của các pitton trong xilanh sẽ tạo ra sự hút và đẩy dầu thông qua đĩa phân phối dầu

5

2

Lượng dầu phát ra trong mỗi vòng quay phụ vào đường kính xilanh, số pitton và hành trình của pitton Góc lệch của đĩa diều khiển sẽ xác định hành trình của pitton Vì thế có thể thay đổi góc lệch này để điều chỉnh lượng dầu phát ra

Trong thực tế, góc lệch của tấm điều khiến có thể cố định, có thể điều chỉnh được tùy từng loại trong bơm cụ thể

Ngoài ra người ta có thể điều khiển lưu lượng của bơm nhờ vào việc điều tốc độ quay của rôto

[KW] (3.6) [5/8]

Trong đó:

Pb : áp suất của bơm (KG/cm2)

Qb : lưu lượng của bơm (lít/phút)

Qua việc tính toán ở trên ta thấy tính công suất cho bơm dầu chính là tính công suất cho hành trình ép vì hành trình ép bơm thực hiện công suất lớn nhất, vì vậy ta có:

: hiệu suất của bơm dầu, lấy  = 0,8  Qb = 24,12/0,96 = 30,15(lít/phút)

thay tất cả các giá trị trên vào công thức trên ta được:

N = 259.30,15/612 = 12,594KW

 chọn công suất của bơm dầu là N = 13KW

3.6.3 Tính toán van an toàn

Van an toàn được dùng để đảm bảo cho hệ thống được an toàn khi có quá tải Nó được đặt trên ống chính có áp suất cao

Nếu van an toàn chỉ làm việc gián đoạn thì đó gọi là van chống đỡ Còn khi nó làm việc liên tục (luôn có chất lỏng thoát qua van) thì nó gọi là van tràn Cùng một van nhưng tuỳ theo sự phối hợp của nó trong hệ thống mà nó có thể làm việc như một van tràn hay van chống đỡ

Dựa vào nguyên lý hoạt động chia van an toàn ra làm hai loại chủ yếu:

Van an toàn tác dụng trực tiếp

Van an toàn có tác dụng tuỳ động

Đối với hệ thống thủy lực của máy thiết kế, ta chọn loại van an toàn có tác dụng tùy động

Loại này có các ưu điểm nổi trội so với loại van có tác dụng trực tiếp, đó là:

- Làm việc với áp suất cao

- Không những bảo vệ hệ thống khi quá tải mà còn ổn định áp suất làm việc của hệ thống

- Không gây va đập trong van

Khi áp lực dầu chưa vượt qua trị số ứng lực cho phép củalò xo (5) thì van bi (4) chưa mở, lúc này buồng (a) không thông với buồng (b) Chất lỏng trong các buồng đều

ở trạng thái tĩnh vì vậy áp suất trong các buồng a, c, d, e coi như bằng nhau

Khi đó pistông 2 ở vị trthấp nhất dưới tác dụngcủa lực lò xo (3) (vì áp suất dầu tác dụng lên pistông (2) về phía buồng c) cân bằng với áp lực về phía buồng d và e khi

hệ thống quá tải áp suất trong các buồng a, c, d, e đồng thời tăng lên đột ngột Lúcnày

áp lực của dầu lên viênbi (4) vượt quá lực lò xo (5), viên bi (4) bị đẩy trên và một ít chất lỏng từ buồng (c) được đẩy ra ngoài về thùng chứa Khi đó nhờ lỗ giảm chấn (8) gây tổn thất áp suất dầu, điều này tạo ra sự chênh áp giữa buồng d, e và c Như vậy trạng thái cân bằng lực tác dụng lên pistông (3) mất đi Dưới tác dụng của áp suất cao trong buồng c và e pistông được nâng cao lên cho đến khi lập lại sự cân bằng của áp lực chất lỏng và lực lò xo (3), lúc này pistông ngừng đi lên Kết quả là buồng (a) thông với buồng (b) và qua đó dầu trong hệ thống được đẩy bớt về thùng chứa, giảm tải cho

hệ thống Nếu áp suất trong hệ thống (ở buồng a) càng tăng mạnh thì dòng dầu chảy từ buồng d, c, lên(c) qua van bi về thùng càng mạnh, tổn thất áp suất tại lỗ (8) càng lớn

độ chênh áp trên pistông càng tăng Kết quả là pistông (2) tiếp tục được nâng lên, cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b) càng rộng, dầu càng thoát nhiều về thùng

Trong thực tế người ta cho van làm việc như một van tràn bằng cách điều chỉnh ứng lực lò xo (5) sao cho van bi luôn mở, nghĩa là luôn có chất lỏng thoát từ hệ thống

về thùng và van bi và qua cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b) Nhờ hoạt động của van,

áp suất trong hệ thống buồng không thay đổi

2 Tính toán

a Xác định lực lò xo 5

Phương trình cân bằng lực của pistông (2)

(bỏ qua ma sát giữa pistông (2) và xi lanh (1))

0 3 4

2

Qua công thức (3.7) ta nhận thấy để giữ cho áp suất p1 ổn định thì ứng lực lò xo (3) phải luôn thay đổi ứng với từng giá trị lưu lượng qua tiết ưu (8) Giá trị lưu lượng qua lỗ tiết lưu luôn thay đổi phụ thuộc vào vận tốc của cơ cấu chấp hành và được tính theo công thức:

CT

Q b

Q

tl

Trong đó:

Qb: Giá trị lưu lượng bơm

QCT: Giá trị lưu lượng cần cho hệ thống Giá trị QCT thay đổi trong phạm vi

Dựa vào (3.8) để cho Qtl là nhỏ nhất thì QHT phải là lớn nhất

Căn cứ vào phần tính toán cho hệ thống thủy lực ở trước ta có :

d tl

Q p

2

2

2

Qtl: Lưu lượng qua lỗ tiết lưu (8), Qtl = 5.54 (l/ph) = 92.3 (cm3/s)

: hệ số thoát dầu, chọn = 0,6 (phụ thuộc vào hình dáng tiết diện chảy)

: Khối lượng riêng của dầu,  = 900.10-6 (KG/cm3)

g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) = 9,81.102 (cm2/s)

dtl : Đường kính lỗ tiết lưu Chọn dtl = 3 (mm) = 0,3 (cm)

Thay các giá trị trên vào công thức (3.9) ta có:

p = 2.1743 (KG/cm2)

Ta có: p = p3 - p1; Trong đó:

p1: áp suất cần thiết cho hành trình công tác p1 = 259 (KG/cm2)

Tiếp đó ta suy ra được áp suất ở p3 ở buồng (c) là:

p3 = p1 - p = 259-2.1743 = 256.8257(KG/cm2)

Xét phương trình cân bằng lực ở van b1 (4)

4

2 1

3 5

d p lx

h0: Độ biến dạng ban đầu của lò xo (3)

D: Đường kính lớn nhất của pistông (2), chọn D = 3cm

Nhìn vào phương trình (3.11) ta có nhận xét:

Diện tích tác dụng của pistông (2) bởi p không xét đến ảnh hưởng đường kính

lỗ tiết lưu (8) Vì đường kính lỗ tiết lưu bé, nên ta có thể bỏ qua

Thay giá trị p, D vào phương trình (4-5) ta có:

c.h0 = 23,1 (KG)

Vậy lực lò xo (3) là: Plx3 = h0.k = 23,1 (KG)

c Tính áp suất cần thiết để mở được van

Độ mở của pistông (2) phải đảm bảo cho lượng dầu cung cấp cho hệ thống đều phải về bể khi có quá tải:

Áp dụng công thức tính lưu lượng:

 1 2

.2

P1: áp suất ở cửa (a), p1= pb = 259(KG/cm2)

 : Khối lượng riêng của dầu,  = 900.10-6(KG/cm3)

p2: Áp suất ở cửa ra p2 = 0

Từ công thức (3.12), suy ra độ mở khi bơm làm việc ở giá trị lưu lượng lớn nhất:

1 2

max max

p

g d

Q h

max

D C

h x

h0: độ nén ban đầu của lò xo

x: độ đóng của pistông (2) khi van chưa làm việc chọn x = 2 (mm) = 0,2 (cm)

hmax: độ mở khi van làm việc với Qmax, hmax = 0,12 (mm)

Thay vào công thức (3.14) ta có;