thiet ke may ep thuy luc 200 ton

Trong ngành thủy lực thì công nghệ truyền động và điều khiển hệ thống thủy lực đã có nhiều bước tiến manh mẽ và được ứng dụng rộng rãi .Trong số đó không thểkhông kể đến máy ép thủy lực

Lời nói đầu :

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơ khí nói chung vàngành thủy lực nói riêng đóng góp một phần không nhỏ Với khả năng tự độnghóa cao, hoạt động an toàn, các máy móc thiết bị thủy lực có mặt rộng rãi ở mọilĩnh vực trong nền kinh tế : xây dựng, giao thông, quốc phòng, nhà máy …

Trong ngành thủy lực thì công nghệ truyền động và điều khiển hệ thống thủy lực

đã có nhiều bước tiến manh mẽ và được ứng dụng rộng rãi Trong số đó không thểkhông kể đến máy ép thủy lực Với kết cấu đơn giản dễ sử dụng công suất lớn ,kích thước nhỏ gọn … được áp dụng vào rất nhiều ngành như gia công áp lực (dậptấm, dập khối, ) , ép vật liệu xây dựng……

Mặc dù chúng em rất cố gắng nỗ lực tuy nhiên do chưa có nhiều kinh nghiệm thực

tế về chuyên môn nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dungcũng như trong cách trình bày Chúng Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến

của các thầy (cô) giáo , các bạn và những người quan tâm tới đồ án này để đồ ánthêm hoàn thiện và mang tính thực tiễn cao hơn.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thay giao trong bộ môn đặc biệt là thầy đãgiúp em hoàn thành đồ án này !

Chương 1 :Tổng quan về máy ép thủy lực

1 Giới thiệu về máy ép thủy lực

Máy ép thủy lực là một loại máy ép sử dụng xi lanh thủy lực để tạo ra lực nén Máy ép thủy lực cũng được biết đến như một máy ép Braman, do Joseph Braman người Anh phát minh

Máy ép thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý định luật Pascal : Áp lực được

truyền trong một hệ thống khép kín là không đổi Đa số máy ép thủy lực hoạt động theo tác dụng tĩnh Nếu ta có 2 pistong được nối với nhau bằng ống dẫn như hình 1.1a, bên trong chứa đầy chất lỏng Dưới tác dụng của ngoại lực lên pittong 1 là P1, sẽ tạo ra một áp suất trong chất lỏng p,gọi là áp suất thủy tĩnh Theo định luật Pascal, áp lực P được truyền cho toàn bộ khối chất lỏng nằm trong xy lanh 2 và luôn có hướng vuông góc với thành ống Áp suất chất lỏng tạo ra có giá trị p = Như vật, do áp suất chất lỏng luôn có chiều vuông góc với pittong lớn 2, nên chúng

tạo ra áp lực lên pittong 2 có giá trị P2= p.f2 Chính lực này làm biến dạng vật liệu

3 Từ đó ta suy ra : P2=

Do đó, độ lớn của áp lực P2 luôn phụ thuộc vào tỷ số f2/f1 Vì vậy, tỷ số này càng lớn thì áp lực để gia công vật liệu càng lớn

2 Các thông số chính của máy ép thủy lực

- Lực ép danh nghĩa : Ph = Diện tích chất lỏng trong xi lanh x Diện tích có ích

- Của các piston công tác ( tấn)

- Chiều cao hở khoang không gian dập :Z

- Chiều cao kín

- Hành trình xà di động H

-Kích thước bàn máy AxB

-Tốc độ ép khi có tải ,khi không tải

3 Ưu nhược điểm của máy ép thủy lực

a Ưu điểm

- Có khả năng truyền động với công suất lớn và áp suất cao

- Cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi bảo dưỡng chăm sóc ít

- Có khả năng điều chỉnh vận tốc làm việc tinh cấp hoặc vô cấp

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

- Giảm kích thước, khối lượng cả hệ thống bằng cách nâng cao áp suất làm việc

- Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ, khả năng chịu nén cao của dầu mà

hệ thống có thể làm việc với tốc độ cao mà không cần tính toán tới yếu tố va đập như hệ thống điện và cơ khí

Khâu ra của hệ thống dễ dàng biến đổi từ chuyển động quay tịnh tiến, tịnh tiến quay

Phòng ngừa quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi quan sát mạch thủy lực với sự hỗ trợ của áp kế

- Các phần tử được tiêu chuẩn hóa tạo điều kiện thiết kế chế tạo

b Nhược điểm

- Hiệu suất không cao do mất mát đường ống, sự rò rỉ của các phần tử

- Khi phụ tải thay đổi khó giữ tốc độ làm việc ổn định do tính nén của chất lỏng và

độ đàn hổi của đường ống

- Khi mới khởi động, nhiệt độ hệ thống thay đổi dẫn tới thay đổi độ nhớt chất lỏng

và kéo theo thay đổi vận tốc làm việc

3 Phân loại máy ép thủy lực

a Phân loại theo chức năng công nghệ

-Tùy theo chức năng công nghê, máy ép thủy lực được phân thành máy ép gia côngvật liệu kim loại ( Hình 1-1 a )và máy ép gia công vật liệu phi kim (Hình 1-1 b)

b Phân loại theo hình dáng khung máy

•

• Dạng khung hình chữ C

- Thông số chính của máy là lực ép danh nghĩa Ph

- Máy ép thuy lực dạng chữ C thuận lợi cho các nguyên công dập ,vuốt ,uốn

• Máy ép thủy lực 4 trụ đơn động dang thân kín

- Sử dụng cho các nguyên công dập vuốt sâu

- Có bàn máy di động để lắp khuôn

- Sử dụng cho các nguyên công dập vuốt sâu

- Có bàn máy di động để lắp khuôn

• Máy thủy lực 4 cột

• Dạng khung chữ H 1 xilanh ép chính 4 trụ dẫn hướng YQ32-315T

c phân loai theo lực ép

- Máy ép loại nhỏ: F < 10 (tấn)

- Máy ép loại trung bình: 10 < F < 60 (tấn)

- Máy ép loại lớn: F > 60 (tấn

- Máy ép loại siêu lớn: F > 1000 (tấn)

Chương 2 : Thiết kế, tính toán hệ thống thủy lực

Một số thông số kĩ thuật yêu cầu của máy này như sau :

- Áp suất toàn bộ hệ thống p= 250 bar = 25 ( Mpa )

- Vận tốc xy lanh lùi về :

v3 = v2 = 15 ( mm/s )

- Thời gian tiến pistong: t3 = 10s (s)

- Thời gian pistong lùi t3 = 15s

- Thời gian pistong ép t1 = 15s

2.2 Thiết kế mạch thủy lực

2.1.1 Sơ đồ mach

2.2.2 Nguyên lí làm việc của mạch

Khi đóng công tắc điện, cảm biến s1 có tin hiệu công tắc k1 đóng lúc này y1 có tínhiệu làm van phân phối dịch chuyến từ trái sang phải dầu được bơm 1 cấp trựctiếp vào xi lanh đẩy piston đi suống thực hiện quá trình ép nhanh cho đến khi chạmcảm biến s2

Khi chạm cảm biến s2 lúc này k2 đóng y2 có tín hiệu làm cho van điều khiển dòngdịch chuyển từ trái sang phải thực hiện quá trình ép chậm cho tới khi cham cảm

biến s3 ( lúc này dầu về bể chỉ qua van tiết lưu ) Trong quá trình ép chậm cần lực

ép lớn nên sử dụng 1 bơm phụ mắc nối tiếp với bơm 1 để tăng áp suất

Khi chạm cảm biến s3 lúc này k3 đóng y3 có tín hiệu van phân phối dich chuyển từphải sang trái đẩy piston đi lên dầu hồi về đi qua bộ lọc dầu và hồi về bể

2.3 ) Xác định thông số máy :

Chọn thiết kế máy ép dập tấm tác động đơn với 1 xi lanh ép chính và 4 trụ dẫn hướng thực hiện ép 3 tốc tốc độ khác nhau

Một số thông số kĩ thuật yêu cầu của máy này như sau :

- Áp suất toàn bộ hệ thống p= 250 bar = 25 ( Mpa )

- Thời gian tiến pistong: t3 = 10s (s)

- Thời gian pistong lùi t3 = 15s

- Thời gian pistong ép t1 = 15s

- Chế độ làm việc : làm việc êm

Từ những thông số này ta bắt đầu đi tính toán và thiết kế

2.4) Tính toán thông số máy :

2.4.1 ) Tính toán xy lanh thủy lực :

Ta lựa chọn xy lanh kiểu pittong Xy lanh kiểu pittong là xy lanh tác dụng 2 chiều,

có khả năng tạo ra lực nén gia công khi áp suất chất lỏng tác dụng vòa mặt trên và

có thể trở về khi áp suất chất lỏng tác dụng ở phía dưới của pittong

a ) Tính đường kính trong xy lanh.

Theo công thức tính lực ở hành trình tiến của xy lanh :

Trong 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 = 320 (mm), và đường kính ngoài của xy lanh là Dng = 394(mm)

b )Tính đường kính cần piston.

Đường kính cần piston được tính theo công thức:

Dc = (0,6).D = (0,60).320 = 192 (mm)

Vậy chọn đường kính cần piston là : Dc= 200(mm)

chon xilanh của hãng Rexroth có lý hiệu sau : CDH1 MF3 /Ø320/Ø 200c

D = 2 = 2 = 0.319 m = 319 mm

c ) Kiểm nghiệm pit tong :

Kiểm nghiệm lực ép :

D = 2 => F = P = 4.= 2009600 ( N )

Sai lệch thông số ban đầu = = 100 = 0.48%

Sai lệch này có thể chấp nhận được

Diện tích làm việc của xylanh là: (m2 ) = 8 (dm2 )

Áp suất làm việc: Plv ( N/m2 ) = 251 ( bar )

Với áp suất và lực kiểm nghiệm đạt yêu cầu ta lựa chọn cụm xy lanh và pittong thủy lực theo tiêu chuẩn ISO 6020 có thông số là D = 320 ( mm ), d= 200 ( mm

d 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

Do đó, lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình tiến là:

Tốc độ cần piston trong hành trình lùi về là : v2

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

Vậy lưu lượng qua xy lanh chính: =Q1= 84 ( l/ph )

Áp suất và lưu lượng yêu cầu trong khi ép: = 251 bar , = 84 (l/ph)

Với DN =320 (mm) , L1 = 4 (mm) , d1 =DN-11 (mm) , S= 0.3 (mm)

-Phớt dẫn hướng cần pistonTurcite ® and Zurcon ® Slydring ® - Wear Ring

Với D2=205 (mm) , dN = 200(mm) , S1= 0.8 (mm)

- Gioăng chắn dầu giữa bích thân và ống với b1= 7.4 (mm) ; t =4.9(mm)

2.4.2 ) 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 trong các hệ thống thủy lực nói chung hiện này là các loại ống cứng (ống thép 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 :

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

38 (mm)

* Tính toán đường ống xả :

Đường kính đường ống hồi là:

(mm) Chọn d2 = 40

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 đếvan 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 38 mm

* 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:

Tra trong tài liệu

Tổn thất trên van phân phối : = 3 bar

Tổn thất trên van điều khiển dòng = 2 bar

Tổn thất trên van tiết lưu : = 1 bar

Tổn thất cút nối : = 1 bar

Tổn thất trên van một chiều = 1 bar

Tổng tổn thất trên các van của hệ thống thủy lực là :

Tra bảng B P1.3/236 quyển tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta chọn động cơ

có mã số là 4A200M2Y3 Có các thông số cơ bản là :

* Tính toán thông số sơ bộ bơm, chọn kiểu bơm :

- Thông số đầu vào của bơm :

33,9 (kW)

Lưu lượng bơm

Số vòng quay của động cơ = 2943 ( v/ ph )

= 31.3 (

Áp suất của bơm

- Chọn kiểu bơm :

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 – 300 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 …

Tra Cataloge bơm bánh răng của hãng REXROTH ta lựa chọn bơm có kí hiệu mã

* Lưu lượng và áp suất thực tế của hệ thống sau khi lắp bơm :

Thông số đầu vào :

=

=

Lưu lượng riêng của bơm bánh răng :

Hệ số tổn thất cơ khí khi truyền tải

Lưu lượng thực tế của bơm là :

Áp suất thực tế của bơm là :

Vậy ta có bơm và động cơ thỏa mãn điều kiện của đề bài.

2.4.4 ) Thiết kế bể dầu :

2.4.4.1 ) Chức năng và nhiệm vụ của bể dầu.

Trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích bể dầu có những chức năng và nhiệm

vụ như sau:

- Cung cấp dầu cho hệ thống hoạt động

- Chứa dầu cho toàn bộ hệ thống

- Lắng đọng các loại cằn bẩn có trong dầu trong quá trình hoạt động

- Tỏa nhiệt cho dầu của hệ thống trong quá trình làm việc

- Gá đặt các thiết bị của trạm nguồn

2.4.4.2 Kết cấu và kích thước của bể dầu.

Bể dầu có kết cấu sao cho cặn bẩn trong dầu được lắng xuống đáy bể, muốn vậy phải hạn chế được sự xoáy của dầu trong bể đến mức thấp nhất Dầu từ ống xả trở

về bể không được xoáy và sủi bọt

Để đảm bảo cho sự lưu thông của dầu tạo điều kiện làm nguội tốt hơn, bên trong bểngăn thành từng buồng có cửa lưu thông tương ứng ở phía dưới hai vách ngăn ngang có cửa so le với nhau và có kích thước hợp lý Hai vách ngăn có chiều cao bằng chiều cao nhất trong bể dầu Mức dầu cao nhất trong bể dầu bằng 0,7 0,8 chiều cao thành bể

Ống hút của bơm và ống xả cần đặt ở vị trí đối nhau và phải ngập trong dầu và cách đáy bể một khoảng bằng (2 3)D (D đường kính ngoài của ống tương ứng)Đầu ống xả vát một góc 450 và quay vào mặt thành bể, ta có thể dùng lưới để khử

xoáy của dầu khi hồi về bể.

Đáy bể nên làm nghiêng một góc 3 80 để thay dầu qua lỗ thoát dầu khi cần thiết

Bể dầu nên được sơn những màu sáng để tăng khả năng bức xạ nhiệt, tăng khả năng làm mát của hệ thống

2.4.4.3 Tính toán sơ bộ kích thước bể dầu.

Kích thước bể dầu được tính toán dựa trên cơ sở đảm bảo về mặt tản nhiệt và hạn chế đến mức tối đa sự xoáy của dầu trong quá trình hoạt động của hệ thống Bể dầuthường có xu hướng kích thước hẹp cao hơn là rộng thấp để tăng khả năng truyền nhiệt của dầu ra bên ngoài Lượng dầu trong hệ thống đường ống thuỷ lực phải luôn được điền đầy, không có gián đoạn

Ta chọn bể dầu có dạng hình hộp chữ nhật Các kích thước của bể dầu như sau :

- Chiều ngang bể dầu : a (m) ;

- Chiều dài bể : b = 2 a(m) ;

ta có thể chọn kích thước này là kích thước chính thức

Để đảm bảo cho sự lưu thông của dầu và tạo điều kiện cho dầu được làm mát tốt hơn, kết cấu bên trong bể được chia thành các ngăn có khả năng lưu thông với

nhau Các đường ống hút và ống xả được đặt đối nhau, đầu ống xả được vát góc 45

độ và quay vào thành bể

Chương 4 : Chọn các thiết bị thủy lực

4.1) 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 dụngcác loại van phân phối khác như van điều khiển bằng tay, điều khiển bằng