quan về máy ép thủy lực
Phân loại theo chức năng công nghệ
Máy ép thủy lực được phân loại dựa trên chức năng công nghệ thành hai loại chính: máy ép gia công vật liệu kim loại và máy ép gia công vật liệu phi kim.
Phân loại theo hình dáng khung máy
- 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 ĐA MÁY THỂ TÍCH
Dạng khung chữ H 1 xilanh ép chính 4 trụ dẫn hướng YQ32-315T
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)
Thiết kế, tính toán hệ thống thủy lực
Hình dạng thật máy ép thiết kế
- Theo đề bài thiết kế máy ép thủy lực có lực ép F= 100 tấn, áp suất toàn bộ hệ thống P= 250 bar , chế độ làm việc êm
- Dựa vào các thông số trên và thực tế chọn loại máy ép hình chữ H gồm 1 xilanh ép chinh và 4 trụ dẫn hướng
Máy ép chạy 3 chế độ vận tốc khác nhau :
- Vận tốc ép : v1 = 3 – 5 (mm/s) Chọn v1= 5 (mm/s)
- Vận tốc tiến của pittong : v2 = 15(mm/s)
- Vận tốc xy lanh lùi về : v3 = v2 = 15 ( mm/s )
- Thời gian pistong ép t1 = 15s ĐA MÁY THỂ TÍCH
Thiết kế mạch thủy lực
2.1.1 Sơ đồ mạch ĐA MÁY THỂ TÍCH
2.2.2 Nguyên lí làm việc của mạch
Mạch có hai bơm P1 và P2, trong đó bơm P1 giữ vai trò bơm duy trì, còn bơm P2 là bơm áp suất cho quá trình ép của xy lanh Ở trạng thái ban đầu, bơm P1 hoạt động để cung cấp dầu qua van chữ U, đi qua bộ lọc và quay trở lại thùng dầu, tạo chế độ giảm tải cho mạch.
Khi nhấn nút START, role k1 có điện, khóa thường mở k1 sẽ đóng lại và y1 nhận tín hiệu Điều này khiến van 4/3 dịch chuyển sang phải, dầu được cấp cho xylanh, dẫn đến xylanh dịch chuyển xuống dưới, trong khi dầu trở về thùng qua van 2/2.
Khi xylanh di chuyển xuống dưới và chạm vào cảm biến S2, role K2 sẽ được kích hoạt, dẫn đến việc khóa K2 đóng lại Tín hiệu từ Y2 sẽ điều khiển hai van 2/2 chuyển sang phải, cho phép bơm P2 cung cấp dầu cùng với P1 để tăng áp suất cho xylanh Đồng thời, dầu sẽ không đi qua van 2/2 mà sẽ đi qua tiết lưu, làm cho xylanh di chuyển chậm lại.
Khi xylanh chạm s3, role k3 có điện, khóa k3 đóng lại, y3 có tín hiệu điều khiển van 4/3 dịch chuyển sang trái, bơm cấp dầu cho xylanh dịch chuyển về s1 qua van
Khi xylanh chạm s1, khóa thường đóng k1 sẽ mở, dẫn đến việc y3 mất tín hiệu và xylanh dừng lại, hoàn thành một chu trình Để khởi động chu trình mới cho xylanh, người dùng chỉ cần nhấn nút Start.
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 )
- Lực ép đầu cần piston : F = 100 Tấn = 100.10 3 10 (N) = 10 6 (N)
- Vận tốc ép : v1 = 3 – 5 (mm/s) Chọn v1= 5 (mm/s)
- Vận tốc tiến của pittong : v2 = 15(mm/s)
- Vận tốc xy lanh lùi về : v3 = v2 = 15 ( mm/s )
- Thời gian pistong ép t1 = 15s ĐA MÁY THỂ TÍCH
- 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 :
Khi lựa chọn xy lanh kiểu pittong, bạn sẽ sử dụng loại xy lanh tác dụng 2 chiều, cho phép tạo ra lực nén gia công khi áp suất chất lỏng tác động lên mặt trên của pittong Đồng thời, pittong có khả năng trở về khi áp suất chất lỏng tác động từ phía dưới Để tối ưu hiệu suất làm việc, việc tính toán đường kính trong của xy lanh là rất cần thiết.
Theo công thức tính lực ở hành trình tiến của xy lanh :
- 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 :
Chúng tôi chọn đường kính trong của xy lanh là D = 220 mm và đường kính ngoài của xy lanh là Dng = 270 mm Để tính đường kính cần piston, chúng ta sử dụng công thức cụ thể.
Vậy chọn đường kính cần piston là : Dc= 140(mm) chon xilanh của hóng Rexrot cú lý hiệu sau : CDH1 MF3 /ỉ220/ỉ 140c
D = 2 = 2 = 0.226 m = 226 mm ĐA MÁY THỂ TÍCH
Sai lệch thông số ban đầu = = 100 = 4.97%
Sai lệch này có thể chấp nhận được
Diện tích làm việc của xylanh là: (m 2 ) = 3.8 (dm 2 ) Áp suất làm việc: Plv( N/m 2 ) = 250 ( bar )
Với áp suất và lực kiểm nghiệm đạt yêu cầu, chúng ta lựa chọn cụm xy lanh và pittong thủy lực theo tiêu chuẩn ISO 6020, có thông số D = 220 mm và d = 140 mm Lưu lượng cần cấp cho xy lanh được xác định để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Việc tính toán lưu lượng cần thiết cho xy lanh là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống thủy lực, vì nó giúp xác định và lựa chọn bơm nguồn phù hợp.
Lưu lượng cần cấp cho xy lanh được tính theo công thức như sau :
.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= 45,6 ( l/ph ) Áp suất và lưu lượng yêu cầu trong khi ép: = 250 bar , = 45,6 (l/ph) e Hành trimh xilanh
S= v1.t1+v2.t2 =v3.t3 = 15.15= 225 (mm/s) f Chọn vòng phớt cho xi lanh
Tra cattalog cua hang Rextrot voi xi lanh cú kớ hiệu CDH1 MF3 /ỉ220/ỉ 140c ta có
- Phớt chắn bụi giữa mặt bích đầu và đầu cần piston chon kiểu :ZURCON
=f 0.15 0.34 (= 20.3 (l/ph) ĐA MÁY THỂ TÍCH
Với L3 = 9.65 (mm) , D3= 156H9(mm), dN= 140 (mm), D48H9 (mm)
- Phớt làm kín cần piston U-CUP RU6
- Phớt làm kín quả piston ZURCON WYNSEAL
Với DN "0 (mm) , L1 = 8.3 (mm) , d1 = 199h9 (mm) , S= 0.3 (mm)
- Phớt dẫn hướng quả piston TERCITE AND ZURCON SLYDRING - GP73
Với L2 = 15.2 (mm) , W= 5(mm) , S1 = 0.5(mm) , DN = 220H9 (mm) d2= 115h8 ĐA MÁY THỂ TÍCH
2.4.2 ) Tính toán đường ống thủy lực
Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác được vận chuyển từ bể dầu đến các van và cơ cấu chấp hành qua bơm nguồn và đường ống Các loại ống phổ biến trong hệ thống này bao gồm ống cứng (ống thép đúc) và ống mềm (ống cao su có lớp thép) Để đảm bảo hiệu suất cao và sự ổn định của hệ thống, cần giảm thiểu tổn thất năng lượng trong đường ống bằng cách rút ngắn chiều dài và hạn chế các khúc quanh, nhằm giảm thiểu năng lượng tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ.
Hệ thống đường ống trong các hệ thống thủy lực được chia thành ba phần chính: đường ống hút, đường ống đẩy và đường ống hồi Đường hút là đoạn ống từ bể dầu lên bơm, thường ngắn, trong khi đường đẩy kết nối bơm với các van và cơ cấu chấp hành Đường hồi, hay đường xả, dẫn dầu trở về bể dầu Để tính toán tiết diện đường ống, cần căn cứ vào vận tốc của dầu Việc lựa chọn đường ống phải đảm bảo tổn thất trong hệ thống là tối thiểu và kinh tế Nếu tiết diện quá nhỏ, tổn thất sẽ lớn; nếu quá lớn, tổn thất giảm nhưng không hiệu quả về kinh tế Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng để lựa chọn kích thước đường ống phù hợp.
- Đường ống đẩy : = 3 đến 5 (m/s) ;Chọn :
- Đường ống xả : : =< 3.4 (m/s) ; Chọn : Đường kính của đường ống được tính theo công thức sau:
- Q: là lưu lượng qua tiết diện ống, cũng chính là lưu lượng cần thiết cấp cho xylanh, (l/ph) ;
- : là vận tốc dầu qua tiết diện ống, (m/s)
* Tính toán đường ống hút : Đường kình đường ống hút là:
Để đảm bảo hiệu quả trong việc hút dầu từ bể đến bơm, ống hút cần được lựa chọn cẩn thận Do không phải chịu áp suất cao, ống hút có thể được làm từ nhôm hoặc thép đúc với đường kính phù hợp.
* Tính toán đường ống xả : Đường kính đường ống hồi là:
Đường ống hồi bắt đầu từ đế van đến bể, được chia thành hai phần do có bộ làm mát Phần đầu tiên từ đế van đến bộ làm mát và phần thứ hai từ bộ làm mát vào bể dầu Chúng tôi sử dụng ống hồi làm bằng nhôm hoặc thép đúc với đường kính 31 mm.
Đường ống đẩy được chia thành hai phần: phần đầu từ bơm nguồn đến van, thường được làm bằng ống cứng (thép đúc) để tăng tính thẩm mỹ, và phần còn lại từ van đến cơ cấu chấp hành sử dụng ống mềm Đường kính của đường ống đẩy phụ thuộc vào máy thể tích.
0.018 (m )= 18 (mm) Chọn ống xả d3= 18 mm
Vậy ta chọn ống mềm và ống cứng cố đường kính 18(mm) và chịu được áp suất khoảng 280 bar để làm ống đẩy cho hệ thống.
* Tính toán tổn thất thủy lực
+ : Lưu lượng rò rỉ trong hệ thống
+ là áp suất của bơm
Bảng 2.4.3 : Tổn thất trên đường ống
Sử dụng bản 2.4.3 để tính ra tổn thất dòng trên các đường ống :
+ Tổn thất trên đường ống hút:
+ Tổn thất trên đường ống xả:
Ta có ĐA MÁY THỂ TÍCH
+ Tổn thất trên đường ống đẩy:
Tổng tổn thất trên đường ống là :
Tổn thất cục bộ là tổn thất năng lượng của dòng chảy khi đi qua các thiết bị trong hệ thống, và được xác định trong quá trình thiết kế thiết bị Thông tin về tổn thất này thường được cung cấp trong cataloge và có thể tra cứu trong tài liệu kỹ thuật liên quan.
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 :
* Công suất làm việc lý thuyết của bơm :
Tra bảng B P1.3/236 quyển tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta chọn động cơ có mã số là 4A180M2Y3 Có các thông số cơ bản là :
* Tính toán thông số sơ bộ bơm, chọn kiểu bơm :
- Thông số đầu vào của bơm :
Số vòng quay của động cơ = 2943 ( v/ ph )
Dựa trên hai thông số áp suất và lưu lượng cùng với điều kiện làm việc của hệ thống, bơm bánh răng là lựa chọn tối ưu nhất nhờ vào dải áp suất từ 100 đến 300 bar và dải lưu lượng dưới 100 l/ph Hơn nữa, cấu trúc của bơm bánh răng nhỏ gọn, thuận tiện cho việc lắp ráp và bảo trì Đặc biệt, bơm bánh răng có giá thành thấp hơn so với các loại bơm khác như bơm piston, bơm rotor hướng kính, bơm piston rotor hướng trục và bơm cánh gat.
Tra Cataloge bơm bánh răng của hãng REXROTH ta lựa chọn bơm có mã số là
RE 10 030 có các thông số :
- Số vòng quay nhỏ nhất
- Số vòng quay lớn nhất
* Lưu lượng và áp suất thực tế của hệ thống sau khi lắp bơm :
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.
2.4.4.1 ) 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.
Chọn các thiết bị thủy lực
Van chống rơi
Van chống lún, hay còn gọi là van một chiều có điều khiển, có cấu tạo tương tự như van một chiều Tuy nhiên, van này cho phép dầu lưu thông ngược chiều khi có áp lực cao từ bên ngoài tác động vào đường dầu.
Van chống lún có vai trò quan trọng trong việc duy trì áp suất và ngăn ngừa tụt áp của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực của máy ép Nó giữ áp lực trong xylanh trong một khoảng thời gian nhất định khi xylanh đã hoàn thành hành trình ép.
Với yêu cầu về lưu lượng và áp suất tronghệ thống, ta chọn van chống lun của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan có kĩ mã hiệu là : MPCV-03-W
Van này các thông số kĩ thuật như sau :
- Lưu lượng lớn nhất : Q = 70 (l/ph);
- Áp suất lớn nhất : p '0 (bar);
Van an toàn là thiết bị thủy lực quan trọng giúp bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá tải, chẳng hạn như khi xy lanh bị kẹt, dẫn đến áp suất tăng cao Việc này có thể gây ra nhiều sự cố nghiêm trọng, bao gồm hỏng hóc bơm nguồn và vỡ đường ống.
Nguyên lý hoạt động của van dựa vào sự cân bằng giữa các lực ngược chiều, bao gồm lực đàn hồi của lò xo tác động lên con trượt (hay nút van) và lực do áp suất của dòng chất lỏng gây ra.
Van an toàn được lắp đặt ở các giá trị áp suất khác nhau tùy thuộc vào từng hệ thống và tính chất hoạt động của nó Khi áp suất trong hệ thống tăng cao do quá tải hoặc cơ cấu chấp hành bị hỏng, van an toàn sẽ tự động hoạt động để xả chất lỏng về bể, giữ cho áp suất trở lại mức định mức an toàn.
Van an toàn được phân loại thành hai loại dựa trên nguyên lý hoạt động Trong đó, van an toàn tác động đa máy thể tích thường được sử dụng trong các hệ thống có lưu lượng lớn và áp suất tương đối cao.
Ta chọn van an toàn tác động trực tiếp của hãng TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan có kĩ mã hiệu là : MRV-03-P-3
3.4 ) Chọn van điều khiển dòng và van tiết lưu :
Cụm van có nhiệm vụ hạn chế lưu lượng vào xi lanh trong quá trình ép, giúp giảm tốc độ của pittong Khi pittong đạt đến điểm bắt đầu hành trình ép, đế pittong sẽ tác động vào cảm biến để tạo ra tín hiệu điện Tín hiệu này sẽ kích hoạt cuộn dây bên phải của van điều khiển dòng, chuyển đổi chế độ hoạt động Do đó, dòng chảy sẽ bị chặn không trực tiếp vào xi lanh mà phải đi qua van tiết lưu lắp song song với van điều khiển dòng, dẫn đến việc lưu lượng giảm và pittong di chuyển chậm hơn vào xi lanh Chúng ta có thể tham khảo catalog để chọn van điều khiển dòng của hãng YUKEN với mã hiệu phù hợp.
Van tiết lưu chọn trong cataloge của hãng REXROTH có mã số là :
J1 FG P8 -4X / V 1 có thông số là :
- Áp suất lớn nhất = 315 bar
Chọn áp kế lò xo với chỉ số áp suất max là 300 bar
4.6.1 Chức năng bộ lọc dầu.
Trong quá trình hoạt động, dầu trong hệ thống dễ bị nhiễm bẩn từ bụi, cặn bẩn môi trường hoặc do chính dầu tạo ra Những tạp chất này có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng, như kẹt các cơ cấu chấp hành như xy lanh và động cơ thủy lực, cũng như ảnh hưởng đến hoạt động của các van.
Bộ lọc dầu có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các tạp chất, từ đó nâng cao tính ổn định của hệ thống Tuy nhiên, bộ lọc chỉ có khả năng ngăn chặn một phần ô nhiễm, do đó, sau một thời gian sử dụng, việc thay dầu cho hệ thống là cần thiết để duy trì hiệu suất hoạt động.
3.6.2 Phân loại bộ lọc dầu.
Bộ lọc dầu thường được phân loại dựa trên kích thước lọc hoặc độ tinh lọc của lõi lọc Các loại bộ lọc dầu chính bao gồm những loại sau đây.
Bộ lọc thô có khả năng loại bỏ các chất bẩn với kích thước nhỏ nhất 0,1 mm, thường được lắp đặt trong các hệ thống thủy lực không yêu cầu độ chính xác cao hoặc trong các hệ thống lọc phụ Tuy nhiên, bộ lọc này ít được sử dụng trong thực tế.
- Bộ lọc trung bình : Kích thước nhỏ nhất có thể lọc được là 0,001 (mm).
Bộ lọc tinh có khả năng loại bỏ các chất bẩn có kích thước từ 5 – 10 micron, được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống thủy lực hiện nay nhờ vào chất lượng tốt và giá thành hợp lý.
Bộ lọc đặc biệt tinh có khả năng lọc các kích thước nhỏ hơn, thường được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu độ sạch cao của dầu, như van servo và van tỉ lệ Tuy nhiên, giá thành của bộ lọc này khá đắt.
Vật liệu của lõi lọc cũng có rất nhiều loại : bộ lọc lưới, lọc lá, sợi thủy tinh
… Để tính toán lưu lượng dầu chảy qua bộ lọc người ta dùng công tính lưu lượng chảy qua lọc lưới : Trong đó :
- A : diện tích toàn bộ bề mặt lọc, (cm2);
- p : tổn thất áp suất của bộ lọc;
- v : độ nhớt động học của dầu trong hệ thống; = 32 (m2/s);
- a: hệ số lọc, đặc trưng cho lưu lượng dầu chảy qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian ; (lít/(cm2.phút));
Thông thường ta chọn a = 0,06 – 0,09 (lít/(cm2.phút))
Nhưng để cho đơn giản, thực tế ta thường chọn bộ lọc dầu tinh theo lưu lượng.
Với lưu lượng Q = 80 (l/ph) ta chọn bộ lọc dầu của hãng Rexroth có mã hiệu là :
Ống dẫn dầu thủy lực là một phần quan trọng trong hệ thống truyền dẫn thủy lực, có nhiệm vụ kết nối các thành phần của hệ thống Để đảm bảo hiệu suất và độ bền, ống dẫn thủy lực cần đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nhất định.
- Đảm bảo độ bền cần thiết
- Đảm bảo hao phí áp suất thấp nhất
- Đảm bảo không rò rỉ
- Đảm bảo không chứa, hoặc tạo bong bóng khí Ống dẫn thủy lực (ODTL) phân thành ODTL mềm và ODTL cứng dựa trên cấu tạo của ống dẫn.
Hệ thống làm việc với áp suất 250 bar yêu cầu sử dụng ống dẫn cứng bằng thép đúc, có khả năng chịu áp lực lên đến 350 bar Để giảm thiểu tổn hao thủy lực tại vị trí nối giữa ống thủy lực và xy lanh, chúng ta lựa chọn ống dẫn mềm làm từ cao su nhân tạo, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Tra catalog của hãng SeAH Việt Nam ta lựa chọn loại ống dẫn dầu có mã hiệu API 5CT.
Có 2 loại mối nối thủy lực chính là Mối nối tháo được và mối nối không tháo được ĐA MÁY THỂ TÍCH