Đồ án tính toán thiết kế máy ép thủy lực 300 tấn

Qua tìm hiểu cáccông ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép thủy lực chủ yếu tập trung ở những nướccó nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có công ty DENISON được thành lập từnăm 1990,tạ

ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC 300T

Các thông số của máy ép thủy lực 300T

+ Lực ép đầu cần piston : F = 300(tấn)

+ Áp suất làm việc của xylanh ép : P = 300(bar)

+ Hành trình : S = 500(mm)

+ Chế độ làm việc : Êm

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC

+ Trên thế giới ngày nay có nhiều công ty chế tạo máy ép thủy lực để phục vụ ngànhcông nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép thủy lực dùng trong sản xuất giày, máy

ép gạch, ép ván dăm, ép mũ… Tuy nhiên tính đa dạng trong khâu thiết kế sản phẩmnày chưa có, người được đào tạo chuyên về lĩnh vực này chưa nhiều Điều này dẫnđến thực trạng nước ta không có công ty nào thiết kế và chế tạo ra máy ép thủy lựchoàn chỉnh Do kinh nghiệm cũng như công nghệ là chưa đủ, mà các công ty trongnước chủ yếu là phân phối lại sản phẩm của công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặthàng ở Việt Nam rồi đưa sang các công ty ở nước ngoài chế tạo Qua tìm hiểu cáccông ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép thủy lực chủ yếu tập trung ở những nước

có nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có công ty DENISON được thành lập từnăm 1990,tại Ấn Độ có công ty VELJAN, công ty YUKEN của Đài Loan chuyêncung cấp các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức có tập đoàn REXROTHchuyên sản xuất chế tạo sửa chữa bảo dưỡng các loại máy ép thủy lực cũng như cungcấp thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực khí nén và một số công ty khác nhưASHUN _ 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 TạiViệt Nam có công ty thủy lực Nam Hải tại Hà Nội, Xí nghiệp cơ khíLong Quân tại HàNội là các công ty chuyên về phân phối, lắp đặt và tư vấn hệ thống thủy lực khí nénhàng đầu Việt Nam Một số công ty khác như: công ty cổ phần dịch vụ kỹ thuật ViệtThái, công ty An Huy, công ty An Phú là một trong những công ty hàng đầu ở Hà Nộichuyên cung cấp các thiết bị thủy lực , khí nén cũng như tư vấn về hệ thống thủy lực.+ Máy ép thủy lực hoạt động trên cơ sở lý thuyết là định luật Pascan:

“ Áp suất tĩnh tại mọi điểm trong lòng chất lỏng là như nhau ”

+ Máy ép thủy lực sử dụng trong gia công áp lực:

PHẦN 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA

MÁY ÉP THỦY LỰC 300T

2.1 Phân tích hoạt động của máy

+ Hoạt động của máy gồm ba quá trình:

_ Qúa trình xylanh chuyển động xuống để ép sản phẩm

_ Qúa trình xylanh giữ ép sản phẩm

_ Qúa trình xylanh chuyển động lên để lấy sản phẩm ra

+ Khi máy làm việc, ở quá trình ép khuôn ép sẽ được lắp một nửa trên cần piston vàmột nửa ở bàn ép Xylanh chuyển động xuống dưới ép phôi trong hai nửa khuôn vàtạo thành sản phẩm, quá trình ép kết thúc sau 30(s) Sau đó là quá trình xylanh giữ épkhuôn sản phẩm trong 10(s) Cuối cùng là quá trình lấy sản phẩm ra ngoaì, xylanhchuyển động lên và sản phẩm được lấy ra, thời gian của quá trình này là 20(s)

2.2 Mạch thủy lực của máy

+ Cấu tạo của mạch thủy lực:

1_bể dầu

2_bơm thủy lực

3_van an toàn

4_lọc dầu có làm mát và đi kèm là một van một chiều

5_van phân phối 4/3 điều khiển điện _lò xo

6_bộ tăng áp dẫn động bằng thủy lực

7_van tiết lưu một chiều

8_van một chiều có điều khiển

9_xylanh thủy lực của máy ép

+ Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 300T:

Đóng công tắc của động cơ điện, bơm nguồn hoạt động Năng lượng dưới dạng P và

Q được bơm nguồn tạo ra thông qua van một chiều dẫn tới van phân phối 4/3 Ở hànhtrình ép, van phân phối 4/3 sẽ điều khiển dầu cấp cho bộ tăng áp, dầu áp suất cao sẽđược dẫn tới bộ tăng áp thủy lực 6 Tại đây, dầu sẽ được tăng áp từ 150(bar) đến ápsuất P = 300(bar) trước khi đi vào buồng trên của xylanh công tác làm xylanh chuyểnđộng xuống dưới để thực hiện hành trình ép Đồng tời với quá trình này là van mộtchiều có điều khiển sẽ nhận tín hiện dầu điều khiển và mở để dầu ở khoang dưới củaxylanh sẽ được xả qua van tiết lưu một chiều 7 Van tiết lưu một chiều 7 sẽ điều khiểnlưu lượng của dòng dầu xả về bể qua đó điều khiển vận tốc của xylanh Khi kết thúchành trình ép 30(s), dầu cao áp vẫn được cung cấp tới buồng trên của xylanh để thựchiện hành trình giữ ép trong vòng 10(s) Kết thúc quá trình giữu ép, van phân phối 4/3

sẽ cấp dầu áp suất cao 150(bar) được nạp vào khoang dưới của xylanh làm cho xylanh chuyển động lên Các quá trình này thực liên tục và tuần hoàn Van an toàn 3 đểđảm bảo áp suất của hệ thống ở một giá trị định trước, giảm tải cho hệ thống khi hệthống bị quá tải Bộ lọc dầu có làm mát có nhiệm vụ lọc sạch dầu hồi về bể và giảmnhiệt cho dầu Đi kèm với nó là van một chiều có nhiệm vụ xả khi bộ lọc có dấu hiệu

bị tắc Áp suất đặt của van một chiều này là 3(bar) Van một chiều sau bơm để khi bảodưỡng bơm sẽ thuận tiện hơn

PHẦN 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP

Trong đó : _ F : là lực tạo ra ở đầu cần piston (N)

_ P : là áp suất làm việc của xylanh (bar)

_ D : là đường kính trong của xylanh (m)

3.2 Tính toán sơ bộ bộ tăng áp

+ Bộ tăng áp này như một máy thủy lực piston được dẫn động bằng thủy lực

_P : là áp suất làm việc của xylanh ép (bar)

3.3 Chọn dầu làm việc cho hệ thống

+ Dầu thủy lực đóng vai trò quan trọng giúp cho hệ thống thủy lực làm việc an toàn vàchính xác Bên cạnh là tác nhân truyền tải áp lực và truyền chuyển động, nó còn giúpbôi trơn các chi tiết chuyển động, chống lại lực ma sát, nó cũng làm kín các bề mặttiếp xúc, truyền thải nhiệt và ngăn ngừa sự mài mòn

+ Thông thường, dầu thủy lực được lựa chọn trên hai yếu tố chính: Thời tiết nơi thiết

bị sử dụng và các yêu cầu của bộ phận thủy lực sử dụng trong hệ thống truyền độngthủy lực Có rất nhiều yêu cầu chất lượng khác nhau đối với dầu thủy lực nhưng điềuquan trọng nhất trong số đó là độ nhớt của dầu không thay đổi nhiều với sự thay đổicủa nhiệt độ

+ Nếu độ nhớt của dầu lựa chọn quá cao:

- Ma sát trượt tăng lên, phát sinh ra nhiệt và tổn thất năng lượng lớn

- Tổn thất trong mạch dầu tăng lên và tổn thất áp suất cũng tăng lên

+ Nếu độ nhớt của dầu lựa chọn quá nhỏ:

- Rò rỉ trong bơm sẽ tăng lên, hiệu suất thể tích không đạt được và do đó áp suấtlàm việc yêu cầu không đáp ứng được

- Do có sự rò rỉ bên trong của các van điều khiển, xylanh sẽ bị thu lại dưới tácdụng của phản lực, còn motor không thể sản ra đủ mô–men yêu cầu trên trụcquay

+ Để đáp ứng các nhu cầu trên ta chọn dầu thủy lực: AW32 có các thông số sau:

3.4 Tính toán đường ống thủy lực

+ Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác được vận chuyển từ bể dầu qua bơmnguồn đến các van, cơ cấu chấp hành rồi hồi về bể nhờ hệ thống các đường ống dẫnthủy lực

+ Đường ống thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ bền cần thiết

- Đảm bảo hao phí áp suất thấp nhất

- Đảm bảo không rò rỉ

- Đảm bảo không chứa và tạo bong bóng khí, nước

+ Vì áp suất làm việc của hệ thống cao và môi trường hoạt động của máy ép nên tachọn ống dẫn cứng được sản xuất từ thép

+ Chia đường ống thủy lực của máy ép là 3 đoạn:

+ Đường kính trong đường ống được tính theo công thức:

_v: là vận tốc của dầu qua ống (m/s)+ Bề dày ống được tính theo công thức:

δ = P 2 σ max d

Đường kính trong đường ống đẩy là :

Đường kính trong đường ống xả là:

+ Tổn thất áp suất trên toàn bộ hệ thống :

+ Ta có : ∆ P2 = ρ ξ1 v12

2 + ρ.ξ2.v

2 2

2 + ρ.ξ3.v

2 3

3.5 Chọn mối nối thủy lực

+ Mối nối thủy lực đảm bảo việc lắp ghép ống dẫn thủy lực vào các phần tử của hệ,ngoài ra mối nối còn được thiết kế theo yêu cầu tháo lắp của hệ

+ Mối nối được phân ra làm mối nối tháo được và mối nối không tháo được Trongmáy ép thủy lực 300T thiết kế ta chọn cả hai mối nối tháo được và mối nối không tháođược loại cố định

- Mối nối không tháo được ở vị trí các mối của bộ nguồn và các mối nốicủa phần còn lại của mạch Mối nối loại này được gia công bằng phươngpháp hàn, dán đối đầu hai ống hoặc dùng ống chuyển Ưu điểm của mối

được ứng với cùng một hệ thống thủy lực

- Mối nối tháo được loại cố định ở vị trí nối giữa bộ nguồn và hệ thống để

ta có thể tháo lắp, bảo dưỡng bộ nguồn hay hệ thống một cách thuận lợi.Mối nối tháo được loại cố định sử dụng mặt côn ngoài:

Mối nối dạng này bao gồm ống dẫn 1(đoạn cuối ống dẫn 1 có dạng mặt côn – góc lệch

tiếp xúc mặt côn trong giữa ống chẹn 2 và mặt côn ngoài ống dẫn 1 Nhược điểm củamối nối dạng này là: làm giảm độ bền của ống nối tại đoạn nối, khó nhận thấy bằngmắt thường vị trí rạn nứt, mô men xoắn-kéo đối với đai ốc 4 tương đối lớn, ít về chủngloại, cần dụng cụ chuyên dụng để tạo mặt côn cho ống dẫn 1

3.6 Tính toán và chọn bơm nguồn

+ Chọn bơm nguồn căn cứ vào các thông số sau:

- Bơm có dải tốc độ quay trục phù hợp với tốc độ của động cơ kéo

- Phù hợp với độ nhớt của dầu trong hệ thống

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

bơm nguồn là bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngoài là : chèm ép chất lỏng trongmột thể tích kín có dung tích thay đổi

Chọn động cơ kéo bơm có số vòng quay n = 1450 (vg/ph)

→Ta ch n b m bánh răng c a hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loanọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan :

→ B m bánh răng đơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ược ch nc ọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan có m t s thông só kỹ thu t nh sauột số thông só kỹ thuật như sau ố thông só kỹ thuật như sau ật như sau ư :

- L u lư ượcng riêng : q = 70(cm3/vg)

- T c đ quay: n = 1450 (vg/ph)ố thông só kỹ thuật như sau ột số thông só kỹ thuật như sau

3.7 Ch n đ ng c đi n ọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ột số thông só kỹ thuật như sau ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ệc

+ Công su t th y l c c a h th ng:ất làm việc ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ực của hệ thống: ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ệc ố thông só kỹ thuật như sau

→ Đ đ m b o h th ng làm vi c n đ nh và th c t đ ng c đi n đệc ố thông só kỹ thuật như sau ệc ổn định và thực tế động cơ điện được sản ịnh và thực tế động cơ điện được sản ực của hệ thống: ế động cơ điện được sản ột số thông só kỹ thuật như sau ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ệc ượcc s n

xu t ta ch n lo i đ ng c đi n xoay chi u không đ ng b ba pha roto l ng sóc _ất làm việc ọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ột số thông só kỹ thuật như sau ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ệc ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ột số thông só kỹ thuật như sau ồng bộ ba pha roto lồng sóc _50Hz, ký hi u: 3K200La4; công su t: 30Kw; t c đ 1475vg/ph; đi n áp m cệc ất làm việc ố thông só kỹ thuật như sau ột số thông só kỹ thuật như sau ệc ắc

56,3A; dòng đi n m c hình sao: 32,5A; hi u su t ệc ắc ệc ất làm việc η = 91%; h s công su t: Cosệc ố thông só kỹ thuật như sau ất làm việc φ

= 0,89;

t s dòng đi n kh i đ ng: ỷ số dòng điện khởi động: ố thông só kỹ thuật như sau ệc ởi động: ột số thông só kỹ thuật như sau I I kd

dd = 6,5; kh i lố thông só kỹ thuật như sau ượcng 260kg; s c p c c: 2.ố thông só kỹ thuật như sau ặp cực: 2 ực của hệ thống:

3.8 Ch n các van cho h th ng ọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ệc ố thông só kỹ thuật như sau

+ Ch n van phân ph i 4/3 đi u khi n đi n_lò xoọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ố thông só kỹ thuật như sau ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ệc

Van phân ph i là m t ph n t th y l c có tác d ng phân ph i d u th y l cố thông só kỹ thuật như sau ột số thông só kỹ thuật như sau ần tử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ực của hệ thống: ụng phân phối dầu thủy lực ố thông só kỹ thuật như sau ần tử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ực của hệ thống:trong m ch theo yêu c u thi u k đ m ch ho t đ ng nh mong mu n ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ần tử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ế động cơ điện được sản ế động cơ điện được sản ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ột số thông só kỹ thuật như sau ư ố thông só kỹ thuật như sau

Dư i đây là c u t o c a van phân ph i lo i 4/3 đi u khi n b ng đi n_lò xo:ất làm việc ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ố thông só kỹ thuật như sau ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ằng điện_lò xo: ệc Đây

là lo i thông d ng nh t trong công nghi p, ti n l i cho quá trình đi u khi n tại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ụng phân phối dầu thủy lực ất làm việc ệc ệc ợc ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ực của hệ thống:

đ ng.ột số thông só kỹ thuật như sau Các cu n hút có th dùng đi n 1 chi u DC ho c xoay chi u AC Ngu n DCột số thông só kỹ thuật như sau ệc ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ặp cực: 2 ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ồng bộ ba pha roto lồng sóc _thích h p khi ho t đ ng v i t n s cao, không b cháy khi con trợc ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ột số thông só kỹ thuật như sau ần tử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ố thông só kỹ thuật như sau ịnh và thực tế động cơ điện được sản ượct d ng đ từng đột ột số thông só kỹ thuật như sau

ng t, di chuy n con trột số thông só kỹ thuật như sau ượct nh nhàng Ngu n AC thích h p khi ho t đ ng trongẹ nhàng Nguồn AC thích hợp khi hoạt động trong ồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ợc ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ột số thông só kỹ thuật như sau

th i gian ng n Lo i này d gây s c (ch p, cháy) sau th i gian s d ng nào đó.ắc ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ễ gây sự cố (chập, cháy) sau thời gian sử dụng nào đó ực của hệ thống: ố thông só kỹ thuật như sau ật như sau ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ụng phân phối dầu thủy lực

Lò xo (6) luôn gi cho con trữ cho con trượt ở vị trí trung gian Các cuộn hút cũng ược ởi động: ịnh và thực tế động cơ điện được sảnt v trí trung gian Các cu n hút cũngột số thông só kỹ thuật như sau đ t v aặp cực: 2 ừng độtkhít v i c c u kích ho t b ng tay khi có s c Các con trơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ất làm việc ại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ằng điện_lò xo: ực của hệ thống: ố thông só kỹ thuật như sau ượct có th d ch chuy nịnh và thực tế động cơ điện được sản

b ng tay bên ngoài, đ ti n vi c ki m tra s d ch chuy n c a nó Khi hai cu nằng điện_lò xo: ệc ệc ực của hệ thống: ịnh và thực tế động cơ điện được sản ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ột số thông só kỹ thuật như sauhút làm vi c, con trệc ượct 1 sẽ d ch sang trái ho c sang ph i Khi con trịnh và thực tế động cơ điện được sản ặp cực: 2 ượct d chịnh và thực tế động cơ điện được sảnsang trái, ch t l ng có áp su t cao t c a P qua c a A đ n c c u ch p hành.ất làm việc ỏng có áp suất cao từ cửa P qua cửa A đến cơ cấu chấp hành ất làm việc ừng đột ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ế động cơ điện được sản ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ất làm việc ất làm việc

Ch t l ng t khoang đ i áp c a c c u ch p hành theo c a B qua c a TB vất làm việc ỏng có áp suất cao từ cửa P qua cửa A đến cơ cấu chấp hành ừng đột ố thông só kỹ thuật như sau ủa hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ất làm việc ất làm việc ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _

đư ng h i h th ng Khi con trồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ệc ố thông só kỹ thuật như sau ược ịnh và thực tế động cơ điện được sảnt d ch sang ph i, ch t l ng t c a P qua c a Bất làm việc ỏng có áp suất cao từ cửa P qua cửa A đến cơ cấu chấp hành ừng đột ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực

đ n c c u ch p hành Ch t l ng c c u ch p hành đ n c a A qua c a TA vế động cơ điện được sản ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ất làm việc ất làm việc ất làm việc ỏng có áp suất cao từ cửa P qua cửa A đến cơ cấu chấp hành ơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan ất làm việc ất làm việc ế động cơ điện được sản ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc _

đư ng h i Hai c a TA, TB đồng bộ ba pha roto lồng sóc _ ử thủy lực có tác dụng phân phối dầu thủy lực ượcc n i thông trong v Hai khoang (2) đố thông só kỹ thuật như sau ỏng có áp suất cao từ cửa P qua cửa A đến cơ cấu chấp hành ượcc n iố thông só kỹ thuật như sau