Thiết kế máy ép thủy lực 160 ton

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC1-1.Giới thiệu chung về chuyên ngành GCAL và máy ép thủy lực Hiện nay ngành gia công áp lực đang là một trong những ngành rất được chútrọng ở nhiều

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC 4

1-1.Giới thiệu chung về chuyên ngành GCAL và máy ép thủy lực 4

1.2- Nguyên lí hoạt động và phân loại máy ép thủy lực: 6

1.3- Ứng dụng của máy ép thủy lực 4 trụ: 8

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 9

2.1-Chọn truyền dẫn: 9

2.2-Chọn chất lỏng công tác: 9

2.3-Phương pháp gia công chế tạo khung thân máy: 10

2.4-Sơ đồ động máy ép thủy lực 10

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHỌN LỰA 12

CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC 12

3.1-Tính toán xi lanh : 12

3.1.1-Tính toán xi lanh công tác: 12

3.1.2-Tính toán xi lanh đẩy dưới : 13

3.1.3- Tính diện tích các xi lanh: 15

3.2- Tính lưu lượng: 16

3.3- Thiết kế sơ đồ thủy lực: 17

3.4.Chọn các phần tử thủy lực: 19

3.4.1- Tính toán chọn động cơ: 19

3.4.2- Tính toán chọn bơm thủy lực: 19

3.4.3- Bộ lọc : 21

3.4.4- Tính toán chọn đường ống dẫn dầu: 21

3.4.5-Hệ thống làm mát. 22

3.4.6- Thùng dầu. 22

3.4.7- Tính toán lựa chọn van phân phối. 22

3.4.8- Tính chọn van an toàn. 23

3.4.9- Tính chọn van chống lún 23

3.4.10- Tính chọn van 1 chiều. 24

3.5- Tính toán thiết kế khung thân máy 24

Chương IV- TỔNG KẾT 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ gia công áp lực (GCAL) là một phương pháp chế tạo chính tronglĩnh vực sản xuất cơ khí Đây là phương pháp gia công không phoi, dựa vào khảnăng biến dạng dẻo của kim loại Phương pháp này không những tiết kiệm được vậtliệu mà còn tăng cơ tính của sản phẩm Việc ứng dụng khả năng tự động hóa caonên thường được dung trong sản suất hang loạt và hang khối lớn, vì thế giá thànhsản phẩm hạ nhiều so với nhừng phương pháp chế tạo khác trong sản suất cơ khí Vìthế GCAl là ngành không thể thiếu trong một nền công nghiệp phát triển

Tại các nước công nghiệp phát triển GCAl là ngành có số sản phẩm chiếm tý

lệ cao Ở Việt nam những năm gần đây, công nghệ GCAl ngày càng phát triểnmạnh mẽ trong việc chế tạo các sản phẩm cơ khí hiện đại như công nghệ sản suấtôtô, xe máy…

Việc chế tạo sản phẩm cơ khí hiện đại cần phải có được những thiết bị phùhợp, tân tiến hiện đại Thiết bị trong ngành GCAl ngày càng được phát triển cảitiến và đem lại hiệu quả cao Trong số đó máy ép thủy lực là thiết bị quan trọng vàđược ứng dụng nhiều nhất Đặc biệt trong ngành dập tấm do những ưu điểm của nó

là có hành trình mềm, tốc độ chậm…

Em được giao làm đồ án có đề tài: “thiết kế máy ép thủy lực 160 tấn”.Với sự

hướng dẫn của thầy NDT Do trình độ hiểu biết còn kém nên không tránh khỏinhững sai xót, do đó em xin có sự đóng góp của các thầy để em có thể hoàn thiện

và tiến bộ hơn

Em xin trân thành cảm ơn

Hà Nội, Ngày 27 tháng 12 năm 2013

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP THỦY LỰC

1-1.Giới thiệu chung về chuyên ngành GCAL và máy ép thủy lực

Hiện nay ngành gia công áp lực đang là một trong những ngành rất được chútrọng ở nhiều quốc gia trên thế giới bởi chính những sản phẩm của ngành đóng vaitrò chủ đạo trong sản xuất công nghiệp.Những thiết bị thiết yếu và điển hình củangành :máy búa và máy ép thủy lực, máy ép cơ khí , trong đó máy ép thủy lựcngày càng được sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại và tính đa dạng về sản phẩmcũng như công năng của chúng như : dập thể tích, rèn tự do, ép chảy, ép đùn, uốn-nắn kim loại, dập vuốt ( dập thủy tĩnh, dập thủy cơ… )

Máy ép thủy lực là một máy công cụ sử dụng nguồn lực là hệ thống thủy lực,hoạt động hầu như theo tác dụng tĩnh dựa trên nguyên lí định luật Pascal.Bên cạnhtính đa dạng của loại máy này, ta không thể không kể đến những tính năng, ưu điểm

cơ bản của máy ép thủy lực khiến nó được sử dụng rất phổ biến, đó là :

- Làm việc êm, không gây tiếng ồn như các loại máy cơ khí khác.Cho

áp lực cực đại theo lực danh nghĩa và có thể duy trì áp lực đó trongsuốt quá trình công nghệ

- Tác động riêng biệt hoặc đa tác động.Máy ép thủy lực có thể thiết kếtùy theo yêu cầu, máy đơn tác động dung cho một động tác ép, máy

đa tác động dung cho nhiều động tác khác nhau như ép biên-ép sâu;éptheo chương trình, tăng áp theo hàm hoặc theo từng bước biếndạng.Sự điều khiển lực ép rất mềm dẻo tùy theo yêu cầu công nghệvới kết cấu khuôn tương ứng

- Máy ép thủy lực có kết cấu đơn giản, sử dụng các bộ phận được tiêuchuẩn hóa cao như bơm bánh răng, bơm cao áp piston, các van, cácđường ống Chính vì vậy đã làm hạ giá thành sản phẩm

- Máy ép thủy lực không bị lực ép hạn chế.Có thể thiết kế cho lực éplên trên, lực ép xuống dưới, lực ép ngang và có thể theo hướng nào đótheo yêu cầu công nghệ và khuôn.Lực ép có thể nhỏ, cũng có thể tạolực ép cực lớn

- Máy ép thủy lực thiết kế có cơ cấu an toàn.Chính vì vậy lực ép khôngbao giờ vượt quá giới hạn cho phép, bảo đảm công nghệ ổn định và độbền của máy cao

- Máy ép thủy lực được lắp nhiều dạng điều khiển khác nhau : điềukhiển thủ công, điều khiển PLC, điều khiển CNC Nhờ đó, các thông

số công nghệ được kiểm soát và điểu khiển chính xác, đảm bảo hiệusuất máy cao và tận dụng được hết công suất máy.

- -Kết cấu máy có thể theo kiểu đứng, kiểu nằm, đồng thời kết cấu gọnnhẹ hơn so với kết cấu các máy cơ khí

Dưới đây là một số loại máy ép thủy lực thường gặp trong các nhà máy ở nước ta:

Hình 1.1: Một số loại máy ép thủy lực thường gặp trong các nhà máy ở nước ta

1.2- Nguyên lí hoạt động và phân loại máy ép thủy lực:

Trên cơ sở định luật Pascal, ta có: P2 = P1 Khi đó, P2 là lực ta cần sử dụng khi gia công

* Phân loại :

1.2.1-Tùy theo chức năng công nghệ, máy ép thủy lực được phân chia thành 2 nhóm lớn :Máy ép gia công vật liệu kim loại và máy ép gia công vật liệu phi kim loại.

1.2.1a- Máy ép gia công vật liệu kim loại chia thành các loại nhỏ sau :

tấm dày

+Uốn và gấp mép-Các máy nắn và sửa lắp ráp:

+Ép lắp ráp-Các máy xử lý phế liệu kim loại:

+Đóng gói

1.2.1b-Máy ép gia công vật liệu phi kim:

-Máy gia công các bột phi kim loại

-Máy gia công các chất dẻo

-Máy ép các tấm phi kim loại

-Máy tự động gia công nóng chất dẻo

-Máy gia công bằng phương pháp dùng điện cực

-Máy đóng viên và đóng bánh

1.2.2: Phân loại theo hình dạng khung máy :

-Khung máy dạng chữ C ( thân hở

-Khung máy hai, bốn trụ ( thân kín).

Trong đó phổ biến nhất là khung máy bốn trụ cố định, có các phần chuyểnđộng theo mặt phẳng đứng Ở các máy có xi lanh công tác đặt phía dưới và khung

cố định, có thể không có xi lanh khứ hồi, trong trường hợp này sự khứ hồi các phầnchuyển động của máy ép về vị trí ban đầu được thực hiện nhờ chính trọng lượng củachúng Xi lanh công tác được nối với thùng chứa chất lỏng Theo số xi lanh côngtác thì máy ép được chia ra các loại có một, hay ba hay nhiều xi lanh

Hình 1.3: Hình ảnh minh họa máy ép thủy lực 160T

1.3- Ứng dụng của máy ép thủy lực 4 trụ:

-Máy ép thủy lực 4 trụ được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp cơ khí

để tháo, nắn thẳng, định hình, đột, ép các loại vật liệu …

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

o Dẫn động dùng bộ tăng áp: là dẫn động mà chất lỏng công tác được cấp đồng thời từ bình tích áp và từ bơm ở hành trình công tác.Đối với các hệ thống dẫn động kiểu tăng áp, chất lỏng được cấp cho máy ép trong hành trình công tác nhờ bộ tăng áp, chất lỏng công tác được cấp theo từng lượng nhất định Bộ tăng áp làbơm xilanh áp suất cao

 Dẫn động dùng bộ tăng áp hơi – khí

 Dẫn động dùng bộ tăng áp kiểu cơ khí

Máy ép thủy lực 160T sử dụng xylanh 320mm nên ta chọn truyền dẫn là 2bơm không bình tích áp

Bơm lưu lượng ta chọn là bơm bánh răng

Bơm áp suất ta chọn là bơm piston

2.2-Chọn chất lỏng công tác:

Chất lỏng công tác thường dùng trong máy ép thủy lực là nước ( hoặc nhũtương nước) hoặc là dầu khoáng Để làm giảm hiện tượng gỉ của xi lanh và piston,các chi tiết điều khiển và đường ống, người ta thường pha thêm vào nước 2 ÷ 3%chất nhũ tương Trong đó, thành phần của chất nhũ tương là 83÷ 87 % dầu khoáng,

12 ÷ 14% axit olein, 2, 5 % xút nồng độ 40% Ta cũng cần chú ý đến các tính năngcủa chất lỏng công tác :

 Các chất nhũ tương thường được sử dụng khi : máy ép thủy lực là loại lớn,

có đường kính piston > 1000mm, và khi có hành trình của xà di động khi cónguy cơ tự bốc cháy hoặc gây bẩn chất lỏng

 Dầu khoáng thường dùng là dầu máy, dầu công nghiệp, dầu tua bin… thườngđược dùng khi máy ép có đường kính piston < 1000mm

Vì máy éo thủy lực 160T là loại nhỏ, nên có thể chọn chất lỏng công tác làdầu máy, áp suất làm việc của chất lỏng công tác từ 150 at ÷ 350 at Khi áp suất quácao phải đòi hỏi sự kín khít về hệ thống thủy lực cao, các thiết bị phải tốt và có độ

chính xác cao Mặt khác, nếu áp suất quá thấp mà xi lanh lớn sẽ làm việc khônghiệu quả và gây cồng kềnh máy Vì vậy, có thể chọn áp suất làm việc của chất lỏng

là 210 bar

Như vậy ta có các thông số máy như sau :

 Vận tốc lên nhanh của xi lanh không tải :v3 = 70mm/s

2.3-Phương pháp gia công chế tạo khung thân máy:

Máy thủy lực thiết kế là máy ép thủy lực 4 trụ thân kín nên ta chọn khung thân máy

là dạng hàn

2.4-Sơ đồ động máy ép thủy lực.

Ta có thể chọn sơ đồ nguyên lý cho máy ép thủy lực 160 tấn như sau

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 160T

H'

p T B

12 M H

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHỌN LỰA

 Đường kính trong của xi lanh : D1 = 320mm

 Đường kính ngoài của xi lanh : D2 = 390mm

 Đường kính cần lớn của xilanh : d1 =160mm

 Chiều dày của xi lanh được tính theo công thức :

 D1 = đường kính trong của xi lanh (=320mm)

 Pmax = áp suất làm việc lớn nhất của xi lanh = 21 MPa

 e = hệ số công nghệ với thân xi lanh làm từ thép ống cán (=1).

 k =hệ số an toàn (=3, 2)

 σth =giới hạn đàn hồi của vật liệu làm vỏ xi lanh (=520MPa)

Chọn vật liệu xi lanh là thép cán ST5 2.3 có các thành phần hóa học đặc trưngnhư sau:

<<0,015

3.1.2-Tính toán xi lanh đẩy dưới :

Diện tích mặt cắt chịu lực của xi lanh đẩy là :

Đường kính xi lanh đẩy là :

Dd = = 0, 0123 (m) = 123 (mm)

Dựa vào dãy tiêu chuẩn xi lanh ở trên, ta chọn đường kính xi lanh đẩy theotiêu chuẩn

 Đường kính trong : D2 = 125 mm

 Đường kính ngoài : D2n = 150 mm

 Đường kính cần lớn của xi lanh: d2 = 70 mm

 Kiểm nghiệm độ bền xi lanh :

Trong trường hợp máy ép thủy lực đang xét, vỏ xi lanh chỉ chịu áp suất mặttrong Pa.Ta có công thức tính ứng suất vòng và ứng suất hướng kính :

σr1 = =-250 (bar) = -25 Mpa

→ σtd1 = 168 (Mpa )

So sánh kết quả ta thấy σtd < σth, thỏa mãn điều kiện bền

 Kiểm nghiệm xi lanh đẩy :

Thay các giá trị vào công thức :

p T B

12 M H

Chế độ lên nhanh được thực hiện ngược với chế độ xuống nhanh

Van chống lún 7 có tác dụng giữ đầu trượt trong quá trình gá đặt và lấy phôi

b) Xilanh đẩy

Chế độ đẩy sản phẩm

Sau khi xilanh chính thực hiện xong quá trình tạo hình, lúc này xilanh đẩy bắt đầuhoạt động để thực hiện quá trình đẩy sản phẩm ra khỏi cối.Nhờ 2 bơm hoạt động,đồng thời điều khiển hai van 3 và 5, áp lực đẩy dầu được bơm qua van phân phối xilanh đẩy đến buồng dưới của xilanh đẩy để thực hiện quá trình đẩy Đồng thời dầu

từ buồng trên qua van phân phối trở về thùng dầu

Chế độ khứ hồi

Dầu được bơm ngược lại với quá trình đẩy

 Áp suất làm việc lớn nhất : 340 bar.

Hình ảnh của bơm bánh răng thường gặp:

Hình 3.3 Bơm bánh răng thường gặp

- Bơm áp suất : Bơm piston

Chọn loại bơm có ký hiệu Rexroth A10VSO size 28

+ Có lưu lượng qmax =125 l/ph

+ Áp suất lớn nhất pmax= 400 bar

Hình 3.4: Bơm piston Rexroth A10VSO

Bơm piston thường gặp:

3.4.3- Bộ lọc :

Lọc dùng để lọc các chất bẩn, mạt bẩn trước khi dầu được hút vào xilanh và lọc khidầu về thùng Các thông số của bộ lọc :

 Lưu lượng : 580 l/ph

 Áp suất làm việc: 400 bar

3.4.4- Tính toán chọn đường ống dẫn dầu:

- Đường ống có tác dụng phân phối dầu, tạo sự liên kết giữa các bộ phận trong hệthống thủy lực

- Tính toán đường ống dựa vào tiết diện lưu thông của đường ống được tính toándựa trên cơ sở tốc độ cho phép của chất lỏng.Ống cần có độ bền cao, tính đàn hồitốt.Các mối nối phải đảm bảo kín khít, không dò dầu và tránh không khí từ ngoài lọtvào hệ thống.Các ống đường dầu áp lực chính làm bằng thép chịu áp.Các mối nốithông thường được làm kín khít bằng gioăng cao su với đường thấp áp hoặc bằngđồng nếu là đường cao áp.

- Chất lỏng công tác được cho phép đạt tới vận tốc 10 m/s Ống dẫn vào xi lanhchính để thực hiện quá trình ép là Q2= 120, 638 (l/ph)

Đường kính trong của ống dẫn dầu chính :

 b :chiều dài thùng dầu

 h :chiều cao thùng dầu

Thực tế, thể tích V của thùng dầu được xác định như sau :

V = (3÷5) Qbơm = (3÷5).150000 = 450 ÷ 750 (l) = 0, 450 ÷ 0.750 (m3)

3.4.7- Tính toán lựa chọn van phân phối.

Chọn van phân phối dạng 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng điện

Áp suất làm việc của các van này đảm bảo được áp suất làm việc của máy.Như vậy,

ta chọn van có thông số kĩ thuật Plv Pmax

Theo catalogue các loại van thủy lực, ta chọn loại M-.SED , Size 10, Series 1X với

áp suất làm việc Pmax = 315 bar

3.4.8- Tính chọn van an toàn.

Van an toàn là van đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải về áp suất khi làmviệc.Đảm bảo hệ thống được an toàn, không bị phá vỡ đường ống, các van trong hệthống và đến cấu trúc của máy.Ta chọn van an toàn có thông số :

Pmax = 210 bar

[Plv] Pmax = 210bar

3.5- Tính toán thiết kế khung thân máy.

Khung thân máy ép thủy lực 160 tấn theo thiết kế trong đề tài này được chia thànhcác phần chính, gồm :khung máy và bàn máy

Các cụm chính này được lắp ghép với nhau nhờ các bu lông (có chức năng kẹpchặt) và then Các cụm trên được hàn từ các tấm thép CT3 hay C30 với ứng suấtbền đạt từ 370 ÷480 MPa

Các kích thước than máy được đo theo mẫu tại xưởng.Một số kích thước:

- Thân máy :450m x 2600mm x 1300mm

- Đầu trượt : 950mm x 950mm x 230mm

- Bàn máy : 800mm x 800mm x110mm

Chương IV- TỔNG KẾT

Các máy ép thủy lực với tính năng đa dạng cho phép tạo ra lực ép lớn vàhành trình làm việc của đầu trượt có thể thay đổi được tùy theo yêu cầu công việc.Điều nàay cho phép loại bớt được các trường hợp quá tải cho máy, điều mà hầu hếtcác máy công cụ khác đều gặp phải và cần biện pháp khắc phục Đồng thời, ta cóthể kiểm tra được lực ép một cách chính xác, kiểm soát được hành trình một cáchđơn giản hơn

Qua quá trình tìm hiểu, tính toán và thiết kế máy ép thủy lực, em đã rút ra được một

số kinh nghiệm sau :

- Một số các thông số chi tiết được lựa chọn theo kinh nghiệm, nhưng cũng cónhững chi tiết được tiêu chuẩn hóa : xi lanh, piston, các loại van, các đường ống …

- Kết cấu máy và nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản và dễ thực hiện

- Tuy nhiên, do máy sử dụng môi chất lỏng là dầu làm chất công tác, các chitiết máy được thiết kế, chế tạo và bao bọc kín khít nên việc vệ sinh cho máy gặpkhó khăn

- Để máy hoạt động tối ưu và tăng hiệu quả sử dụng cho máy ép, trong quátrình thiết kế cần lựa chọn chính xác và phù hợp các thông số và kết cấu của máy

Bên cạnh đó, từ việc tìm hiểu thêm các tài liệu về máy ép thủy lực, em xin có mộtvài ý kiến được đóng góp thêm:

- -Yếu tố tự động hóa ngày càng được chú ý sử dụng và phát triển trong côngnghiệp, và do đó các loại máy móc cơ khí cần được trang bị hệ thống điềukhiển tự động nhằm nâng cao năng suất làm việc cũng như hiệu quả laođộng.Chính vì thế, đề tài còn thiếu sót phần điều khiển tự động, ví dụ nhưPLC mà em còn chưa nghiên cứu được Em rất mong được sự hướng dẫncũng như giúp đỡ từ phía các thầy cô để có thể hoàn chỉnh được đề tài này

- Ngoài ra, về vấn đề sơ đồ thủy lực, ta có thể bố sung thêm 1 van chống lúncho xi lanh chính, nhằm đảm bảo an toàn lao động cũng như hành trình làmviệc của máy

Trên đây là đề tài nghiên cứu “ Tính toán và thiết kế máy ép thủy lực 160 tấn” mà

em đã thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy NDT.Mặc dù đã sơ bộ hoàn thành phầnthuyết minh nhưng không thể tránh khỏi các sai sót Em rất mong nhận được cácgóp ý đề nghị cũng như chỉ bảo của các thầy cô để em có thể hoàn thiện phần kiếnthức này