Thiết kế máy ép thủy lực 200 ton

Để sản xuất ra những sản phẩm đó thiết bị không thể thiếu là: máy búa vàmáy ép thủy lực, máy ép cơ khí…Máy ép thủy lực ngày càng được sử dụng rộng rãi vớinhiều chủng loại và tính đa dạng

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

Lời mở đầu 2

Chương 1: Tổng quan về máy ép thuỷ lực 3

1.1 Giới thiệu máy ép thuỷ lực 3

1.2 Phân loại 4

1.3 Một số hình ảnh máy ép thuỷ lực 4

Chương 2: Tính toán thiết kế máy ép thuỷ lực 200 tấn 5

2.1 Thông số máy 5

2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 6

2.3 Tính toán và kiểm nghiệm xilanh 9

Chương 3: Hệ thống thuỷ lực 12

3.1 Động cơ chính 12

3.2 Bơm thuỷ lực 13

3.3 Hệ thống van 14

3.3.1 Van phân phối 16

3.3.2 Van an toàn 17

3.3.4 Van tiết lưu 18

3.4 Bộ lọc 19

3.5 Hệ thống đường ống 20

3.6 Thùng dầu 22

3.7 Xác định ống nối 23

3.8 Áp kế 23

Kết luận 24

Tài liệu tham khảo 25

1

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

Lời nói đầu

Công nghệ gia công áp lực là một phương pháp chế tạo chính trong lĩnh vực sản xuất

cơ khi Đây là phương pháp gia công không phoi , dựa vào khả năng biến dạng dẻo củakim loại Phương pháp này không những tiết kiệm được vật liệu mà còn tăng cơ tínhcủa sản phẩm Kết hợp với khả năng tự động hóa cao nên thường được dùng trong sảnxuất hàng loạt , hàng khối , nên giá thành sản phẩm hạ nhiều so với các phương pháp chếtạo khác trong sản xuất cơ khí Vì thế ngành gia công áp lực là ngành không thể thiếutrong một nền công nghiệp phát triển

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơ khí nói chung và ngànhthủy lực nói riêng đóng một vai trò vô cùng quan trọng Với khả năng tự động hóa cao,hoạt động an toàn, các máy móc thiết bị thủy lực có mặt rộng rãi ở mọi lĩnh vực trong nềnkinh tế : xây dựng, giao thông, quốc phòng Công nghệ ép thủy lực được ứng dụng phổbiến hơn cả.Với kết cấu đơn giản dễ sử dụng công nghệ ép thủy lực đã được đưa vàotrong rất nhiều ngành công nghiệp lớn nhỏ khác nhau như:Luyện cán thép, Đóng tàu ,Dầumỏ…

Em được giao làm đồ án có đề tài “ thiết kế máy ép thủy lực 200 tấn “ do thầy NguyễnĐắc Trung hướng dẫn Mặc dù rất cố gắng nỗ lực tuy nhiên do chưa có nhiều kinh nghiệmthực tế về chuyên môn nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dungcũng như trong cách trình bày Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thày

cô giáo, các bạn và những người quan tâm tới đồ án này để đồ án thêm hoàn thiện vàmang tính thực tiễn cao hơn

2

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

Chương 1: Tổng quan về máy ép thuỷ lực.

1.1 Giới thiệu máy ép thủy lực

Hiện nay, Ngành Gia công áp lực đang rất phát triển ở nhiều quốc gia trên thế giớibởi chính những sản phẩm của ngành công nghiệp đóng vai trò chủ đạo trong sản xuấtcông nghiệp Để sản xuất ra những sản phẩm đó thiết bị không thể thiếu là: máy búa vàmáy ép thủy lực, máy ép cơ khí…Máy ép thủy lực ngày càng được sử dụng rộng rãi vớinhiều chủng loại và tính đa dạng về sản phẩm cũng như công năng của chúng như: dậpthể tích, rèn tự do, ép chảy, ép đùn, uốn nắn kim loại, dập vuốt(dập thủy tĩnh, thủy cơ),…

Ưu điểm:

 Làm việc êm, cho áp lực ép cực đại theo lực ép danh nghĩa và có thể duy trì áp lực đótrong suốt quá trình công nghệ

 Điều khiển lực ép mềm dẻo, dễ dàng theo yêu cầu công nghệ và theo kết cấu khuôn

 Kết cấu máy đơn giản, các bộ phận được sử dụng đều được tiêu chuẩn hoá cao nên giáhành hạ

 Có nhiều dạng điều khiển khác như : điều khiển thủ công, điều khiển PLC, điều khiểnCNC Do vậy các thông số công nghệ được điều chỉnh chính xác, đảm bảo hiệu suấtlàm việc và công suất máy

 Kết cấu máy có thể ngang , đứng và gọn nhẹ hơn so với các máy khác

Máy ép thủy lực có nhiều chủng loại, máy rèn thủy lực chỉ là một ngành lớn trong đó.Máy rèn thủy lực này có thể chia làm hai loại: máy rèn thủy lực tự do và máy rèn khuôn.Trong những năm gần đây ở nước ta, kỹ thuật truyền động và điều khiển hệ thống thủylực thể tích đã có những ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp nhưmáy công cụ, máy xây dựng, phương tiện vận chuyển, máy bay, tàu thủy…đó là do hệthống thủy lực có rất nhiều ưu điểm quan trọng so với các hệ thống cơ khí hay điện

3

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

Chương 2: Tính toán thiết kế máy ép thuỷ lực 200 tấn

 Tốc độ không tải đi lên: 110 mm /s

 Tốc độ không tải đi xuống: 120 mm/s

5

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động.

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí máy ép thuỷ lực

6. Cụm van tiết lưu + van một chiều

7. Van phân phối

8. Bơm thuỷ lực

9. Động cơ10

6

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

11. Trong sơ đồ thủy lực ta sử dụng các phần tử thủy lực sau :

− Bơm thuỷ lực: Cung cấp áp suất và lưu lượng cho toàn bộ hệ thống thủy lực

− Van an toàn: Để đảm bảo áp suất của hệ thống không vượt quá giá trị cho phép nhằmbảo vệ an toàn cho các thiết bị hệ thống không bị phá hỏng và hệ thống làm việc đúngyêu cầu của thiết kế

− Đồng hồ đo áp: Dùng để đo áp suất tại đầu ra của bơm ,từ đó xác định được điều kiệnlàm việc cụ thể của bơm trong từng trường hợp khác nhau

− Van phân phối : Van có 4 cửa nhưng hoạt động ở 3 vị trí, van này có đặc điểm là ở chế

độ chờ (không tải) tại vị trí van chưa hoạt động Dầu sẽ qua van và hồi về bể

− Van tiết lưu: điều chỉnh lưu lượng vào xilanh

− Van một chiều: lấy tín hiệu từ áp suất dầu trong hệ thống để hoạt động, Xylanh chính:Tạo lực cần thiết để ép vật liệu.Xilanh nhỏ : thực hiện quá trình xuống bàn ép nhanh

và hồi bàn ép

− Cụm lọc dầu: Cụm này gồm có bộ lọc đi kèm với van 1 chiều có đặt mức áp suất Dầu

sẽ qua van 1 chiều khi bộ lọc hoạt động quá mức cho phép

− Bể dầu: Để đựng lượng dầu cần thiết cho hoạt động của hệ thống

12

7

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

13. Nguyên lý làm việc của hệ thống:

14. Hành trình xuống bàn ép: Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu sẽ qua van phânphối đến không gian trên của xilanh giúp kéo bàn ép xuống Tiết lưu sẽ giúp điều chỉnhlưu lượng vào xilanh và điều chỉnh đúng tốc độ yêu cầu

15.

16. Hình 2.2 Sơ đồ van phân phối trong hành trình ép

17. Chế độ giữ tải: là chế độ mà xilanh sau khi ép xong sẽ đứng im nhằm làm cho vậtliệu ép gắn kết bền chặt hơn, tạo sản phẩm đạt yêu cầu về độ bền cơ học Lúc này van antoàn sẽ hoạt động để áp suất hệ thống không lên cao gây hỏng kết cấu sản phẩm

18. Hành trình lùi bàn ép: Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu sẽ qua van phân phốiđến không gian dưới của xilanh giúp đẩy bàn ép lên Trong thời gian này, sản phẩm sẽđược lấy ra khỏi bàn ép

Đồ án Thiết bị gia công áp lực

2.3 Tính toán và kiểm nghiệm xilanh – pittong.

24. Các thông số tính toán đã cho :

• Lực ép lớn nhất của xi lanh Fmax = 200 tấn

• Áp suất làm việc lớn nhất của xi lanh Pmax =250 bar

• Hành trình làm việc của xi lanh S = 710 mm

• Tốc độ không tải đi xuống : v1 = 120 mm/s = 7,2 m/p

• Tốc độ không tải đi lên : v2 = 110 mm/s = 6,6 m/p

• Tốc độ ép : v3 = 10mm/s = 0,6 m/p

25.

26. Hình 2.4 Sơ đồ pittong – xilanh

9

28. Diện tích tính toán của xilanh:

4 5 max

200.10

0,08250.10

max tt

P F P

D

(m)

30. Chọn xilanh theo bảng tiêu chuẩn có đường kính trong: DB = 320 (mm)

31. Theo Hydraulic cylinders standard & custom built

32. Ta chọn loại cylinder mặt bích ( MF 3 ) có áp suất 250 bar

• Đường kính ngoài: DH = 368 mm

• Đường kính trong: DB = 320 mm

• Đường kính cần piston : dpittong = 180 mm

34. Kiểm nghiệm độ bền xi lanh :

• Ứng suất hướng kính tại điểm có bán kính r:

35.

1

44. Xét r r= =B 0,16 (m) (ứng suất lớn nhất xuất hiện trên bề mặt trong của xi lanh).

• Ứng suất hướng kính tại điểm có bán kính r:

B z

H P P S

64. Ngoài lượng tổn thất này ra thì 85% Nđc sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực

mà bơm dầu cấp cho hệ thống

 Công suất tối thiểu của động cơ là:

20

23,5385% 85%

bom dc

(kW)65

66. Ta chọn động cơ: 4A180M4Y3 (theo “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí” –

Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – Tập 1)

69. Các dạng bơm thủy lực sử dụng phổ biến

• BƠM BÁNH RĂNG ( GEAR PUMP): Rẻ tiền, bền, cấu tạo đơn giản Nhưng hiệu suất thấp,lưu lượng cố định, không thay đổi được, áp lực làm việc thấp

• BƠM “CÁNH GẠT” (Vane pump): rẻ, cấu tạo đơn giản, bền Hiệu suất thấp, lưu lượng chỉthay đổi trong khoảng hẹp, áp lực làm việc thấp

• BƠM PÍT-TÔNG HƯỚNG KÍNH (Radial piston pump): thường dùng cho mục đích tạo áplực làm việc rất cao, nhưng lưu lượng yêu cầu thấp

• BƠM PÍT-TÔNG HƯỚNG TRỤC (Axial piston pump): thiết kế rất đa dạng, lưu lượng thayđổi dễ dàng, thuận tiện cho việc điều khiển tự động công suất theo phụ tải, được dùng phổ biếntrong các máy thuỷ lực hiện nay

70. Nhận xét : bơm PÍT-TÔNG đắt tiền hơn các loại bơm “BÁNH RĂNG” hay “CÁNHGẠT”, nhưng tuổi thọ cao hơn, đặc biệt là khi làm việc ở áp suất cao, làm việc liên tục

71. Trong hành trình công tác và hành trình không tải , bơm làm việc với lưu lượng tối đa ởhành trình công tác bởi vì hành trình không tải thì xilanh chính được cung cấp dầu từ thùngdầu thông qua van điền đầy

72. Chính vì thế khi tính toán lưu lượng bơm ta tính cho hành trình công tác

• Dung tích bơm thủy lực:

73.

6

3 0,048.10

32, 651470

v dc

Q q n

78. Hình 3.1: Bơm bánh răng

79. 3.3 Hệ thống van.

80. 3.3.1 Van phân phối

81. Nhiệm vụ : phân chia và định hướng dòng dầu thủy lực vào các đường ống khác nhau theo các tín hiệu điều khiển và trả dầu về thùng , khi lựa chọn vanphân phối , cần phải căn cứ vào những tính tính năng kĩ thuật như kiểu đóng mởvan , áp lực và lưu lượng dầu qua van

82. Các loại van phân phối hay sử dụng :

• Van phân phối điều khiển bằng thủy lực

• Van phân phối điều khiển bằng tay

• Van phân phối điều khiển bằng điện tử

83. Hệ thống ép hoạt động liên tục theo một quy trình khép kín và dựa vào tính kinh tế,lưu lượng và áp suất ta chọn van phân phối điều khiển điện

84. Ta chọn van phân phối dạng 4/3 ( 4 cửa 3 vị trí)

85. Xác định van:

• Với lưu lượng qua van: Qv = 48 (l/ph)

• Áp suất tại van: Pv = 250 (bar)

86. Tra Catalog của hãng REXROTH ta chọn van phân phối 2 cấp

 E : loại van có hiệu suất cao

 G24 : điều khiển cuộn từ bằng điện áp : 24DVC

89. Đây là loại van phân phối 2 cấp: Pmax= 350 bar

90. Qmax=80 l/ph

91.

92.

94. Hình 3.2: Van phân phối bằng điều khiển điện tử

95. 3.3.2 Van an toàn.

96. Van an toàn là một thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất trong mạch thủy lực Van

an toàn thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào Nhiệm vụ chính của van an toàn làbảo vệ mạch thủy lực khỏi sự tăng áp vượt giá trị định mức (giá trị định mực được cài đặtsẵn ) Trong quá trình làm việc Van an toàn luôn ở trạng thái đóng Khi áp suất đầu vào củavan vượt giá trị định mức Van an toàn mở ra cho phép một phần chất lỏng chảy qua van vềthùng chứa

97. Van được tính chọn chủ yếu theo 2 thông số chính là áp lực dầu định mức và lưu lượng dầu qua van

• áp suất làm việc của bơm : Pb = 250 (bar)

• Lưu lượng của bơm : Qb = 48 (l/ph)

98. Tra Catalogue của hãng REXROTH ta chon được van có các thông số như sau :

• 315 : Áp suất max 315 bar

105. Van này được lắp ở đầu dưới của xilanh, được điều khiển bằng thuỷ lực:

• Với lưu lượng: Q = 55,08 (l/ph)

• Áp suất: p = 196 (bar)

106. Tra catalogue hãng REXROTH ta chọn loại van như sau:

107. Kí hiệu: SV 6 P B P 2-6X với pmax = 315 (bar), Qmax = 60 (l/ph)

108. Trong đó:

 SV: van một chiều có điều khiển một tín hiệu

 6: size 6

 2: tổn thất áp suất ∆p =3 bar

 6X: serises từ 60 đến 69

109.

110. Hình 3.4: Van một chiều

111. 3.3.4 Van tiết lưu.

112. Để chỉnh vận tốc dòng dầu chảy trong hệ thống thủy lực ta dùng cơ cấu được gọi làvan tiết lưu ,nó là cơ cấu mà chúng ta có thể thay đổi được tiết diện tăng hoặc giảm chodòng chất lỏng đi qua nhiều hay ít ;tiết diện này được điều khiển bằng cơ khí hoặc bằngđiện từ tác động từ bên ngoài.Việc điều khiển này có tác dụng làm thay đổi vận tốc các cơcấu chấp hành ví dụ như vận tốc của xy lanh thủy lực hoặc motor thủy lực được thay đổitheo yêu cầu thực tế công nghệ của từng thiết bị cụ thể

113. Dòng dầu có thể chỉnh theo ý muốn và đáp ứng thực tế công nghệ của thiết bị vìvậy tiết lưu có các kết cấu khác nhau,

114.+Tiết lưu chỉnh không có van một chiều có thể chỉnh được cả hai chiều

115.+Tiết lưu có van một chiều : van này chỉ cho phép chỉnh dòng chảy cho một hướng còndòng chảy ngược lại được chảy tự do

120. Bộ lọc dầu có thể được phân thành những loại chính như sau:

• Bộ lọc thô: có khả năng lọc được các chất bẩn có kích thước nhỏ nhất 0,1 (mm) Bộlọc này thường lắp trong các hệ thống thủy lực không có nhiều những phần tử đòi hỏi

độ chính xác quá cao hay được đặt trong hệ thống mang tính chất lọc phụ Nói chung

bộ lọc này ít được sử dụng

• Bộ lọc trung bình: Kích thước nhỏ nhất có thể lọc được là 0,001 (mm)

• Bộ lọc tinh: có thể lọc được các chất bẩn có kích thước từ 5 – 10 (m) Bộ lọc này được

sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống thủy lực hiện này do chất lượng tốt, giá thànhchấp nhận được

• Bộ lọc đặc biệt tinh: có khả năng lọc được các kích thước nhở hơn Bộ lọc này có giáthành khá đắt, thường chỉ sử dụng trong các hệ thống có sử dụng van servo, van tỉ lệđòi hỏi độ sạch của dầu rất cao

121. Vật liệu của lõi lọc cũng có rất nhiều loại : bộ lọc lưới, lọc lá, sợi thủy tinh

 Áp suất làm việc cực đại: pmax = 250 (bar)

 Lưu lượng cực đại: Qmax = 360 (l/ph)

• Tính toán đường ống dựa vào tiết diện lưu thông của đường ống được tính toán dựa trên cơ sởtốc độ cho phép của chất lỏng Yêu cầu cơ bản của ống dẫn dầu là phải có độ bền cao và tínhđàn hồi tốt Các mối nối phải đảm bảo kín khít, tránh do dầu và không khí từ ngoài lọt vào hệthống, các ống của đường dầu áp lực chính làm bằng thép chịu áp lực.

• Các mối nối thông thường được làm kín khít bằng gioăng cao su với đường thấp áp, bằng đồngnếu là đường cao áp

129. Đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống thép đúc

và ống mềm (ống cao su) chịu áp

130. Đường ống gồm 3 phần: đường ống hút, đường ống đẩy và đường ống xả:

131. Thông thường, vận tốc cho phép trong các đường ống này như sau:

bom hut

hut

Q d

140. Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được:

 Đường kính trong ống hút là:dhut = 26 (mm)

 Đường kính ngoài ống hút là: Dhut = 30 (mm)

bom nen

nen

Q d

145. Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được:

 Đường kính trong ống đẩy là: dday = 14 (mm)

 Đường kính ngoài ống đẩy là:Dday = 18 (mm)

bom xa

xa

Q d

150. Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được:

 Đường kính trong ống xả là: dxa = 26 (mm)

 Đường kính ngoài ống xả Dxa = 30 (mm)

151. Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏnhất Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sựbiến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dũng dầu Kớch thước đườngống được xác định thông qua lưu lượng chảy qua ống và vận tốc chảy qua cho phép

152. Loai ống : ống mềm

- Đường kính ống : hút , đẩy , xả tương ứng 30 , 18 , 30 [mm]

- áp suất cực đại của chất lỏng chảy trong ống : 300 (bar)

153. 3.6 Thùng dầu.

154. 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 dầu thường có xu hướng kích thước hẹp cao hơn là rộng thấp để tăng khả năngtruyền nhiệt của dầu ra bên ngoài Lượng dầu trong hệ thống đường ống phải luônđược điền đầy, không có gián đoạn

155. Việc tính toán kích thước bể dầu thường dựa trên lưu lượng lưu thông qua

hệ thống và dựa trên điều kiện tỏa nhiệt của hệ thống