chuyên đề Máy cắt tự động

I.3. Lực khi cắt: Cắt với lưỡi cắt nghiêng: P = Trong đó: : góc nghiêng của dao cắt = 20 : hệ số vật liệu: = 0,5 K = 1,3 hệ số phụ thuộc dao, vật liệu, khe hở. S bề dày thép: S = 10 mm Giới hạn bền: = 380Nmm2. : giới hạn bền cắt : = (0,8 – 0,9 ) Pc = = 74455 kg Vmin = 50mms, Vmax= 100mms I.4. lực kẹp phôi: Phương kẹp vuông góc với phương cắt nên lực kẹp : Pk = 0,04 x P = 2978,2 kg Vmin = 30mms Vmax = 50mms I.5. lực đấy cấp phôi: Giả sử phôi có kích thước: 2000x1000x10 m = 20000x1000x10x = 20x1x0,01x 7800 = 1560 (Kg) Fms = kmg = 0,1x1560x9,8 = 1530 (kg) Phương trình cân bằng lực: Fđẩy = Fms = 1530 (kg) Vận tốc đẩy phôi: Vmin = 30mms, Vmax = 50mms II. Tính và chọn Xi lanh: II.1. xi lanh cắt: Lực cắt: Pc = 74455 kg Vmin = 50 mms Vmax= 100 mms Ta chọn áp suất bơm Pb = 100 bar = 10 Nmm2 Trong quá trình chuyển động luôn có sự tổn thất áp suất: bộ lọc, van, đường ống… Tổn thất bộ lọc dầu: P1 = 1,5 bar Tổn thất van tràn: P2 = 2,5 bar Tổn thất van giảm áp; P3 = 3 bar Tổn thất van 1 chiều: P4 = 1,5 bar Tổn thất van đảo chiều: P5 = 2 bar

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Máy cắt tự động:

I./ Thông số tính toán:

I.1./ Nguyên lý hoạt động:

Đầu tiên xi lanh C đẩy phôi lên với khoảng cách cần thiết khi đẩy lên sẽ chạm vào công tắc hành trình số 1, lúc này xi lanh kẹp B đi xuống để kẹp chặc phôi.trong quá trình đi xuống chạm vào công tắc hành trình số 3, sau khi kẹp xong thì xi lanh C quay về và chạm vào công tắc hành trình số 2 thì dừng lại,đồng thời

xi lanh A mang lưỡi cắt đi xuống để thực hiện quá trình cắt, sau khi cắt xong thì chạm vào công tắc hành trình số 5 thì xi lanh A đi lên đến khi chạm vào công tắc hành trình số 6 khi xi lanh A đi lên xong thì xi lanh B cũng đi lên cho đến khi chạm vào công tắc hành trình số 4 khi đó xi lanh C bắt đầu lại quá trình cắt mới

I.2./ Sơ đồ mạch thủy lực

I.3./ Lực khi cắt:

Cắt với lưỡi cắt nghiêng: P =







tg

S

K 2 c

Trong đó:

 : góc nghiêng của dao cắt = 20

: hệ số vật liệu: = 0,5

K = 1,3 hệ số phụ thuộc dao, vật liệu, khe hở

S bề dày thép: S = 10 mm

Giới hạn bền: b= 380N/mm2

c

 : giới hạn bền cắt : c= (0,8 – 0,9 ) b



40 10 5 ,

0

3

,

tg

x x x

= 74455 kg

Vmin = 50mm/s, Vmax= 100mm/s

I.4./ lực kẹp phôi:

Phương kẹp vuông góc với phương cắt nên lực kẹp :

Pk = 0,04 x P = 2978,2 kg

Vmin = 30mm/s

Vmax = 50mm/s

Giả sử phôi có kích thước: 2000x1000x10

m = 20000x1000x10xthép = 20x1x0,01x 7800 = 1560 (Kg)

Fms = kmg = 0,1x1560x9,8 = 1530 (kg)

Phương trình cân bằng lực: Fđẩy = Fms = 1530 (kg)

Vận tốc đẩy phôi: Vmin = 30mm/s, Vmax = 50mm/s

II./ Tính và chọn Xi lanh:

II.1./ xi lanh cắt:

Lực cắt: Pc = 74455 kg

Vmin = 50 mm/s

Vmax= 100 mm/s

Ta chọn áp suất bơm Pb = 100 bar = 10 N/mm2

Trong quá trình chuyển động luôn có sự tổn thất áp suất: bộ lọc, van, đường ống…

Tổn thất bộ lọc dầu: P1 = 1,5 bar

Tổn thất van tràn: P2 = 2,5 bar

Tổn thất van giảm áp; P3 = 3 bar

Tổn thất van 1 chiều: P4 = 1,5 bar

Tổn thất van đảo chiều: P5 = 2 bar

Tổn thất van tiết lưu: P6 = 8 bar

Tổn thất trên ống dẫn: P7 = 1,5 bar

Áp suất dầu tác dụng lên xi lanh: p = Pb -  P = 80 bar = 8 N/mm2

Tiết diện của pittông: F = p p c

=

8

74455

= 9306,9 (mm2)

Đường kính trong của xi lanh: D = 2



F

= 108,9 (mm) Đường kính cần đẩy: d = k x D = 0,7x 108,9 = 76,2 (mm)

Lưu lựong làm việc của xi lanh: Q = FxVmax = 9306,9 x 100 = 930687,5 (mm3/s) = 0,9306875 (dm3/s) = 55,9 (l/f)

Vận tốc dao khi di lên: V =

4

2 , 76 14 ,

x

F

Q

4749

930690

= 196 mm/s

II.2./ xi lanh kẹp phôi:

P k = 2978 kg

Vmin = 30mm/s

Vmax = 50mm/s

Ta chọn áp suất bơm Pb = 100 bar = 10 N/mm2

Trong quá trình chuyển động luôn có sự tổn thất áp suất: bộ lọc, van, đường ống…

Tổn thất bộ lọc dầu: P1 = 1,5 bar

Tổn thất van tràn: P2 = 2,5 bar

Tổn thất van giảm áp; P3 = 1,5 bar

Tổn thất van 1 chiều: P4 = 1,5 bar

Tổn thất van đảo chiều: P5 = 2 bar

Tổn thất van tiết lưu: P6 = 4 bar

Tổn thất trên ống dẫn: P7 = 1,5 bar

Áp suất dầu tác dụng lên xi lanh: p = Pb -  P = 85,5 bar = 8,55 N/mm2

Tiết diện của pittông: F = P p k

=297828,55 = 3483,3 (mm2)

Đường kính trong của xi lanh: D = 2



F

= 66,6 (mm) Đường kính cần đẩy: d = k x D = 0,7x 66,6 = 46,6 (mm)

Lưu lựong làm việc của xi lanh: Q = FxVmax = 3483,3 x 50 = 174165 (mm3/s) = 0,174165 (dm3/s) = 10,5 (l/f)

Vận tốc dao khi di lên: V =

4

6 , 46 14 ,

x

F

Q

 = 1741651778,6 = 98 mm/s

II.3./ xi lanh đẩy phôi:

Fđẩy = 1530 (kg)

Vận tốc đẩy phôi: Vmin = 30 mm/s, Vmax = 50 mm/s

Ta chọn áp suất bơm Pb = 100 bar = 10 N/mm2

Trong quá trình chuyển động luôn có sự tổn thất áp suất: bộ lọc, van, đường ống…

Tổn thất bộ lọc dầu: P1 = 1,5 bar

Tổn thất van tràn: P2 = 2,5 bar

Tổn thất van giảm áp; P3 = 1,5 bar

Tổn thất van 1 chiều: P4 = 1,5 bar

Tổn thất van đảo chiều: P5 = 2 bar

Tổn thất van tiết lưu: P6 = 4 bar

Tổn thất trên ống dẫn: P7 = 1,5 bar

Áp suất dầu tác dụng lên xi lanh: p = Pb -  P = 85,5 bar = 8,55 N/mm2

Tiết diện của pittông: F = P p đ

=153008,55 = 1789,5 (mm2)

Đường kính trong của xi lanh: D = 2



F

= 47,7 (mm) Đường kính cần đẩy: d = k x D = 0,7x 47,7 = 33,4 (mm)

Lưu lựong làm việc của xi lanh: Q = FxVmax = 1789,5 x 50 = 89475 (mm3/s) = 0,089475 (dm3/s) = 5,4 (l/f)

Vận tốc dao khi di lên: V =

4

4 , 33 14 ,

x

F

Q

 = 89475913,8 = 98 mm/s

Toàn bộ năng lượng của lưu lượng này biến thành nhiệt, gây nên tổn thất công suất:

612

9 , 55 5 , 85 612

1

P0 = 85,5 bar

Q = 55,9 (l/f)

Nếu lấy tổng hiệu suất của bơm dầu là  = 0,7, thì công suất cần thiết của động cơ điện là :

Nct = N 11,2kW

7 , 0

8 , 7







II.4./ Bảng tổng kết

TT Đường

kính D(mm)

Lưu lượng Q (l/f)

V max

mm/

s

V min

mm /s

Vậy lưu lượng cần thiết cung cấp cho hệ thống: = 75,8 lit/ phút và áp suất cần thiết bơm tạo ra là 100 bar

III./ Bơm dầu và động cơ dầu:

III.1./Bơm dầu:

 Nguyên lý làm việc:

Bơm gồm các pitông (1) đặt song song với trục của roto (2) và luôn tì sát vào đĩa nghiêng (3) nhờ lò xo (4) Trục số (5) truyền chuyển động vòng cho roto, nên buột pitông (1) di động thẳng đi về, thực hiện quá trình hút và nén Các xi lanh của pitông (1) điều có lỗ thong với các rãnh của đĩa dẫn dầu (6) Trong quá triònh

quay, những pitông nào ở vào vùng rãnh A thực hiện quá trình hút, và vùng rãnh B thực hiện quá trình nén

 Các thong số của bơm:

theo bảng III/ 160 ta chon bơ pitông kiểu HP loại 705M có các thong số:

Lưu lượng: Q = 100 (l/ph)

Góc nghiêng lớn nhất:  = 250

Hiệu suất của bơm: Q = 0, 77

 Lưu lượng của bơm:

Q =

4

10 3

d2

x z x n x D x tg (l/ph) Trong đó:

z : số lượng của pitông z = 9

h: là hành trình pitông thong thường h = (1,3-1,4)d

ta chọn h = 1,4 x d = 1,4 x 20 = 28 ( mm)

mà ta có: tg =

D h



tg

h

D 

Vậy lưu lựơng của pitông là:

Q =

4

10 3

d2

x z x n x D x tg =

4

14 , 3

10 3x

202

x 9 x 960 x 60 x tg250

= 75904,5 (l/ph)

III.2./Chọn động cơ dầu:

Động cơ là cơ cấu biến đổi năng lương dùng để biến thế năng của dầu thành cơ năng

Về nguyên tắc, kết cấu của động cơ dầu giống như bơm dầu Do đó, tất cả các loại bơm dầu đều có thể làm động cơ dầu và ngược lại Thông thường động cơ dầu được lắp cùng với bơm dầu thành một khối truyền động gọi là một hộp truyền động dầu ép Trong hộp truyền động dầu ép, bơm dầu và động cơ dầu và động cơ dầu thường có kết cấu giống nhau; nếu có khác thì khác về kích thước

Ta chọn động cơ dầu pitông

IV./ Chọn bộ lọc :

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị ô nhiễm bẩn do các chất bẩn

từ bên ngoài vào hoặc do các chất bẩn tù bản thân dầu tạo nên Những chất bẩn

ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong hệ thống dầu

ép gây nên những trở ngại, hư hỏng trong hệ thống Do đó, trong các hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu dầu ép Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của cơm dầu Trường hợp cần dầu tinh khiết hơn thì đặt thêm một bộ phận nữa ở cửa ra của bơm và một ở cửa ra của hệ thống dầu ép

Tùy thuộc vào kích thước của chất bẩn có thể chọn được, bộ lọc dầu có thể phân thành :

Bộ lọc thô : có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,1 mm

Bộ lọc trung bình : có thể học được những chất bẩn có kích thước đến 0,01 mm

Bộ lọc tinh : có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,005 mm

Bộ lọc đặc biệt tinh : có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,001 mm

Các hệ thống dầu ép trong máy công cụ thường dùng các bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh

Chọn bộ lọc lưới vì đặc tính của nó phù hợp với loai máy mà ta đang thiết kế

 Đặc điểm :

Bộ lọc lưới là bộ lọc dầu đơn giản nhất nó gồm khung cứng (1) và bộ lọc bằng đồng (2) bao xung quanh Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và các lỗ (3) để vào ống hút (4) Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau tùy thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc

4

1

2

3

 Nhược điểm của bộ lọc :

Nhược điểm của bộ lọc lưới là chất bẩn dễ bám vào mắt lưới và khó tẩy ra Do

đó, nó thường dùng để lọc thô, như lắp vào ống hút của bơm Trường hợp này thường dùng bộ lọc tinh ở ống ra

a) Các thông số của bộ lọc :

Do dức cản của lưới, nên dầu khi đi qua bộ lọc bị giảm áp suất, sự tổn thất áp suất có thể lây ∆p = 1÷2 bar

Tính lưu lượng chảy qua bộ lọc dầu, người ta dùng công thức tính lưu lưu lượng qua lưới lọc :



Trong đó :

A = 68 = 48 cm2 diện tích toàn bộ bề lọc [cm2]

∆p = p1 – p2 = 2 hiệu áp của bộ lọc [bar]

1



 [poise] = 0,06895[bar] độ nhớt động học của dầu

α = 0,05 cm2lit.phút hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên

đơn vị diện tích và thời gian cm2lit.phút

06895 , 0

2 48 05 , 0







Vận tốc dầu được tính trước khi vào lưới (thông thường v = 0,5÷1 m/s)

V./ Ống dẫn và ống nôi :

Ống dẫn dùng trog hệ thống dầu ép phổ biến nhất là ống đồng hay ống thép ống đồng có ưu điểm là dễ biến đổi hình dáng, nhưng đắt tiền vì thế, đối với những ống dẫn có tiết diện lớn và không cần uốn cong nhiều, người ta dùng ống thép Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền và tổn thất áp suất cần nhỏ nhất Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu

Để lựa chọn đường kính ống dẫn, ta xuất phát từ phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn :

4

2





Nếu ta lấy lưu lượng la Q [lit/phut], vận tốc dầu chảy trong ống la v [m/s] và đường kính ống dẫn la d [mm], thì ta có :

60 10 4

001 , 0

3

v

d





Từ đây rút ra :

v

Q

6 , 4



Vận tốc dầu chảy trong ống thường dùng :

Ở ống hút : v = 1,5÷2 m/s

Ở ống nén : v = 3÷5 m/s

Để kiểm tra sức bền của ống, thường dùng công thức sau đây :

2

10

m N s

d p





   ứng suất cho phép của vật liệu ống dẫn

Vì ta chọn ống dẫn bằng đồng nên   250.105N m2

p – áp suất lớn nhất của dầu trong ống [bar]

s- bề dầy của thành ống [cm]

 Đường kính ống dẫn từ bộ lọc đến máy bơm :

Từ bộ lọc đến máy bơm ta thấy có hai loại ống

Đường kính ống hút :

d

v

Q

6

,

4



trong đó : Q = 69,5 l/f

v = 2 m/s

v

Q

27 2

5 , 69 6 , 4 6

,



Đường kính ống nén :

d

v

Q

6

,

4



trong đó : Q = 69,5 l/f

v = 5 m/s

v

Q

17 5

5 , 69 6 , 4

6

,



 Đường kính ống dẫn từ van bộ ổn tốc đến van đảo chiều 5/2

Đường kính ống hút :

d

v

Q

6

,

4



trong đó : Q = 40 l/f

v = 2 m/s

v

Q

6 , 20 2

40 6 , 4 6

,



Đường kính ống nén :

d

v

Q

6

,

4



trong đó : Q = 40 l/f

v = 5 m/s

v

Q

13 5

40 6 , 4

6

,



 Đường kính ống dẫn từ van đảo chiều 5/2 đến xylanh :

Đường kính ống hút :

d

v

Q

6

,

4



trong đó : Q = 60 l/f

v = 2 m/s

v

Q

25 2

60 6 , 4 6

,



Đường kính ống nén :

d

v

Q

6

,

4



trong đó : Q = 60 l/f

v = 5 m/s

v

Q

16 5

60 6 , 4 6

,



Để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các cơ cấu dầu ép

Loại ống nối như hình trên thường dùng để nối các loại ống có đường kính không quá 30 mm Đầu mút của ống làm bằng đồng (1) được tạo thành dang côn và tì lên đầu côn của mối nối (2) Góc côn thông thường là 600±30’ Để xiết chặt hai mặt côn vào nhau ta dung ecu (3) ép ống tì (4) về bên trái Kiểu ống nối này có thể dùng đến áp suất 100÷200bar

VI./ CHỌN BỂ DẦU :

Để xác định kích thước cần thiết của bể dầu, ta phải tính lượng dầu cần thiết cho hệ thống dầu ép Lượng dầu này được tính toán trên cơ sở cân bằng nhiệt lượng do các tổn thất trong hệ thống dầu ép sinh ra, phụ thuộc vào sự truyền và tỏa nhiệt của bể dầu

Những tổn thất công suất chủ yếu biến thành nhiệt của các bộ phận trong hệ thống dầu ép là:

 Tổn thất công suất của bơm dầu

Tổn thất công suất của bơm dầu làm tăng nhiệt độ của dầu, nếu bơm nhúng vào dầu:







612

o

b

b

p

Q

= ) 0,2KW

77 0

77 0 1 ( 612

10 40





Trong đó:



b

Q lưu lượng của bơm dầu [l/ph]



o

p áp suất ở cửa ra của bơm [bar]



 tổng hiệu suất của bơm

 Tổn thất công suất của van tràn

Chọn van kiểu r52-16 có:

Nếu lưu lượng qua van tràn là Qt thì:

o

t

t

p

Q

= x 11,4KW

612

50 140



 Tổn thất công suất của các cơ cấu điều chỉnh, trên các ống dẫn và ống

nối

N đ

612



 Q b Q t p

[kW]

= 2,4KW

612

5 , 14 )

40 100 (





Trong đó:





 p tổn thất áp suất trên các cơ cấu điều khiển, ống dẫn

Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống dầu ép:

N = Nb + Nt + Nđ [kW]

= 0,2 + 11,4 + 2,4 = 14 (KW)

Ta lấy thể tích dầu cần thiết bằng 3 ÷ 5 phút lưu lượng của bơm

V = 4.100 = 400 (lit) = 0,4( m3/ph)

Để kiểm tra lượng dầu đã chọn (hoặc để tính chính xác), đảm bảo nhiệt độ T của dầu không vượt quá 55 60o Csau thời gian làm việc t giờ, ta dùng công thức được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt, nếu như nhiệt độ dầu khi khởi động bằng nhiệt độ không khí:

kF

K T

T  o  [ C o ]

Trong đó:

T o - nhiệt độ không khí xung quanh [ C o ]

K = 633N [kcal/giờ] - tổng nhiệt lượng sản ra do tổn thất công suất trong hệ thống dầu ép

k - hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào môi trường làm nguội:

+ Ở bể dầu làm nguội bằng quạt không khí: k = 20

3 2

64

,

F  [m2]

=0,4 (m2)

Thay trị số F vào công thức ta có:

3 2 64

,

0 k V

K T

T  o  [ C o ]

=28 + 107

4 , 0 20

633

 [ C o ]

Từ đây ta có thể xác định thể tích dầu cần thiết:

3 3

064 , 0 064

,





























T k

K T

T k

K V

o

= ) )

4 20 064 , 0

60 / 633

Tài liệu tham khảo 1./ Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại (GS Nguyễn Ngọc Cẩn) 2./ truyền động thủy lực trong máy cắt kim loại ( Nguyễn Phương)