HỆ THỐNG THỦY LỰC TRONG MÁY KHOAN VÀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG

b) Nguyên lý làm việc : Xilanh B, nhịp 1: đẩy chi tiết tới vị trí khoan và giữ chi tiết tại vị trí khoan. Xilanh C kẹp chặt chi tiết. Xilanh D mang đầu khoan đi xuống khoan. Xilanh D rút về. Xilanh C rút về (mở hàm kẹp để lấy chi tiết) Xilanh B, nhịp 2: đi ra đẩy chi tiết xuống thùng, Xilanh B rút về. Xilanh A nâng lên cấp phôi mới. (sau mỗi chu trình xilanh C nâng lên 1 nhịp, gồm 7 nhịp và sau đó rút về). Kết thúc chu trình và tiếp tục chu trình mới. II. TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT KHI KHOAN Chiều sâu cắt: t = D2 =20 = 10 mm Lượng chạy dao S=0,3 mmvòng. Tốc độ cắt V,mmph. Tốc độ cắt được tính theo công thức: Trong đó: Cv , m , x , y , q – hệ số mũ. Với vật liệu gia công là gang xám HB190, vật liệu lưỡi cắt là thép gió P6M5 có: CV = 42,7; q = 1; y = 0,8; m = 0,125. T: Chu kỳ tuổi bền của dao. Ta có : T = 60 phút. Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt, phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể: kv = kMV. klv.kuv kMV: hệ số phụ thuộc vào chất liệu của vật liệu gia công: kn = 1, nv = 1,3 ; Với gang xám : HB = 190 (Ncm2)  kMV = 1. Klv: hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan. Klv = 1. kuv: hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt : kuv = 0,83. Vậy ta có: kv= 1. 1. 0,83 = 0,83.  V = = 87,11 (mphút).  n = = 1387 (vòngphút). Chọn tốc độ vòng quay trục chính : nm = 1400 (vòngphút). Tốc độ thực tế: Vt = = 87,92 (mphút). Lực cắt Po: Po = 10.Cp. Dq Sy.kp.

HỆ THỐNG THỦY LỰC TRONG MÁY KHOAN VÀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG

I Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc.

a) Cấu tạo:

b) Nguyên lý làm việc :

- Xilanh B, nhịp 1: đẩy chi tiết tới vị trí khoan và giữ chi tiết tại vị trí khoan

- Xilanh C kẹp chặt chi tiết

- Xilanh D mang đầu khoan đi xuống khoan

- Xilanh D rút về

- Xilanh C rút về (mở hàm kẹp để lấy chi tiết)

- Xilanh B, nhịp 2: đi ra đẩy chi tiết xuống thùng,

- Xilanh B rút về

- Xilanh A nâng lên cấp phôi mới (sau mỗi chu trình xilanh C nâng lên 1 nhịp, gồm 7 nhịp và sau đó rút về)

- Kết thúc chu trình và tiếp tục chu trình mới

II TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT KHI KHOAN

- Chiều sâu cắt: t = D/2 =20/ = 10 mm

- Lượng chạy dao S=0,3 mm/vòng

- Tốc độ cắt V,mm/ph

- Tốc độ cắt được tính theo công thức:

- Trong đó: Cv , m , x , y , q – hệ số mũ Với vật liệu gia công là gang xám HB190, vật liệu lưỡi cắt là thép gió P6M5 có: CV = 42,7; q = 1; y = 0,8;

m = 0,125

- T: Chu kỳ tuổi bền của dao Ta có : T = 60 phút

- Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt, phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể:

- kv = kMV klv.kuv

- kMV: hệ số phụ thuộc vào chất liệu của vật liệu gia công:

- kn = 1, nv = 1,3 ; Với gang xám : HB = 190 (N/cm2)

-  kMV = 1

- Klv: hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan Klv = 1

- kuv: hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt : kuv = 0,83

- Vậy ta có: kv= 1 1 0,83 = 0,83

-  V = = 87,11 (m/phút)

-  n = = 1387 (vòng/phút)

- Chọn tốc độ vòng quay trục chính : nm = 1400 (vòng/phút)

- Tốc độ thực tế: Vt = = 87,92 (m/phút)

- Lực cắt Po:

- Po = 10.Cp Dq Sy.kp

- Trong đó: +Cp, q,y là các số mũ và hệ số: Cp = 42,7; q = 1; y = 0,8

- Kp-hệ số tính đến gia công thực tế Trong trường hợp này chỉ phụ thuộc vào vật liệu gia công và được xác định bằng: kp= kMP

- Ta có: kp=

- P0 = 10.42,7.201.0,30,8.1= 2768 (N)

- - Mômen xoắn Mx [Nm]:

- Mx = 10.CM.Dq.Sy.kp

- Tra bảng ta có: CM = 0,021; q = 2; y= 0,8

-  Mx = 10.0,021.202.0,30,8.1= 32,4(N.m)

- Công suất được tính như sau:

- Nc = = 4,6 (KW)

III Tính toán hệ thống dầu ép trong máy khoan ( ta tính 3 xilanh )

Sơ đồ điều khiển bằng thủy lực

Thông số cho trước:

Pittong cắt (dẫn khoan) Pittong đẩy phôi Pittong kẹp phôi

P = 3000 N

Smax=vmax=800

mm/phút

Smin=vmin=20 mm/phút

G =20 kg = 200 N

P = 600 N

Smax=vmax=3000 mm/phút

Smin=vmin=1000 mm/phút

G =10 kg = 100 N

P= 2800 N

Smax=vmax=1200 mm/phút

Smin=vmin=700 mm/phút

G =15 kg = 150 N

IV Thi t k các pitông trong h th ng:ế ế ệ ố

1. Pittong đ y phôi: ẩ

Đây là hệ thống dầu ép điều chỉnh bằng tiết lưu Lượng dầu chạy qua hệ thống được điều chỉnh bằng van tiết lưu đặt ở đường ra và lượng dầu tối thiểu chảy qua van tiết lưu được chọn l:

Qmin = 0, 6lit/pht =600 cm3/pht

F2 =

Tỉ số tiết diện pittơng trong my tổ hợp thường dng :

i =

Do đó : F1 = 2F2 = 6.2 = 12cm2

Từ đó ta có thể xác định đường kính xilanh:

D = 2

Và đường kính cần đẩy :

d = 2

- Lưu lượng ra khỏi hệ thống khi làm việc cần vận tốc lớn nhất :

Qmax = F2.Vmax = 6.300 = 1800cm3/pht = 1,8 lit/pht

Đối với van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí 5/2, tổn thất p suất cửa vào cũng như cửa ra

cĩ thể lấy ∆p1 = 1,15 bar

+ Ta lấy chiều di ống dẫn ở đường vo L1 = 1m và đường ra l L2 = 0,5m với đường kính trong d = 6 mm

- Lưu lượng cần thiết khi thực hiện lực đẩy lớn nhất :

Q1 = F1.Vmax = 12.300 = 3600 cm3/phut = 3,6 lit/phut

+ Với lưu lượng Q1 = 3,6 lit/pht, đường kính trong d = 6 mm, độ di L1 = 1m, ta xác định được tổn thất p suất của ống dẫn ở đường vô từ độ thị p suất phụ thuộc vào lưu lượng:

∆p2 = 1,5 bar

V ở đường ống ra cĩ chiều di L2 = 0,5 m

∆p3 = 0,75 bar

+ Tổn thất p suất trn cc ống nối ở đường vào cũng như đường ra cĩ thể lấy :

∆p4 = 0,25 bar

Nếu như không kể đến p suất trn ống dẫn lắp sau van tiết lưu thì cĩ thể lấy :

p4 = 0 bar

v van tiết lưu cần đảm bảo p suất ở đường ra là 2bar, do đó:

p3 = 2 bar

với trị số ta tính p suất trong buồng của tiết diện F2 :

p2 = p3 + ∆p3 + ∆p4 + ∆p1 = 2 + 0,75 + 0,25 + 1,15 = 4,15 bar

+ nếu lấy hệ số ma st của sĩng trượt và đầu trượt µ = 0,2

Pm = µ.G = 0,2.100 = 20 N

Phương trình cân bằng tĩnh :

p1F1 - Pmax – Pm – p2F2 = 0

Suy ra: p1 = = 12,3 bar

2 Pittông c t ( đ u d n khoan): ắ ầ ẫ

- Gi s ta ch n đả ử ọ ường kính xilanh: D = 4cm

- T công th c: ừ ứ suy ra: KG/cm2

- d = ( 0.5  0.7 ) D (cm) Ta chọn: d = 2,8cm

- Lực ma sát trượt: lấy hệ số ma sát của sống trượt và đầu trượt µ = 0,2

Pms = µ.G = 0,2.20 = 4 N

- Pittông thực các hành trình :

+ Hành trình xuống nhanh

+ Hành trình khoan

+ Hành trình lui về

- Trong đó hành trình xuống nhanh và lui về đều giống nhau và chạy với vận tốc Vmax

D

d

F1

P1

P'1 F2

Ta có: F1 = D2 = 4 2 = 12.56 cm2

F2 = = = 6,4 cm2

L u lư ượng ra kh i h th ng khi làm vi c v i v n t c nh nh t và l n nh t:ỏ ệ ố ệ ớ ậ ố ỏ ấ ớ ấ

Qmin = F2.Vmin=6,4.2=12,8(cm3/ph) = 0,012 (l/p).

Qmax = F2.Vmax=6,4.80=512(cm3/ph) = 0,512 (l/p)

Đối với van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí 5/2, tổn thất áp suất cửa vào cũng như cửa

ra có thể lấy ∆p1 = 1,15 bar

+ Ta lấy chiều dài ống dẫn ở đường vào L1 = 1m và đường ra là L2 = 0,5m với đường kính trong d = 6 mm

- Lưu lượng cần thiết khi thực hiện lực khoan lớn nhất :

Q1 = F1.Vmax = 12,56.80 = 1004,8 cm3/phut = 1,0048 lit/phút

+ Với lưu lượng Q1 = 1,0048 lit/phút, đường kính trong d = 2,8 cm, độ dài L1 = 1m, ta xác định được tổn thất áp suất của ống dẫn ở đường vào từ độ thị áp suất phụ thuộc vào lưu lượng:

∆p2 = 1,5 bar

Và ở đường ống ra có chiều dài L2 = 0,5 m

∆p3 = 0,75 bar

+ Tổn thất áp suất trong các ống nối ở đường vào cũng như đường ra có thể lấy :

∆p4 = 0,25 bar

Nếu như không kể đến áp suất trong ống dẫn lắp sau van tiết lưu thì có thể lấy :

p4 = 0 bar

và van tiết lưu cần đảm bảo áp suất ở đường ra là 2bar, do đó:

p3 = 2 bar

với trị số trong ta tính áp suất trong buồng có tiết diện F2 :

p2 = p3 + ∆p3 + ∆p4 + ∆p1 = 2 + 0,75 + 0,25 + 1,15 = 4,15 bar

+ Nếu lấy hệ số ma sát của sóng trượt và đầu trượt µ = 0,2

Pm = µ.G = 0,2.200 = 40 N.

Phương trình cân bằng tĩnh :

p1F1 - Pmax – Pm – p2F2 = 0

p1 = = 24,2 bar

Nếu tính tổn thất trên đường vào thì áp suất cần thiết ở cửa ra của bơm :

p0 = p1 + ∆p1 + ∆p2 + ∆p4 = 24,2 + 1,15 + 1,5 + 0,25 27 bar

Nếu tính tổn thất do bộ lọc gây nên và đảm bảo áp suất cần thiết ta lấy:

p0 = 30 bar

Nếu lấy vận tốc của đầu trượt khi lui về với V0 = 8000 mm/phút, thì lưu lượng cần thiết để thực hiện quy trình này :

Q0 = F2.V0 = 6,4.800 = 5,12 lit/phút

Đây là lưu lượng cần thiết lớn nhất mà bơm phải đảm bảo Do đó, nó cũng là lưu lượng danh nghĩa của bơm, tức là Q=5,12 (l/p)

Qmin = F1.Vmin =12,56.2= 25,12 cm3/phút

Q1 = Q0 – Qmin = 5,12-0,025= 5,09 lit/phút

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

N = Nếu lấy tổng hiệu suất của bơm dầu l µ=0,7 thì công suất cần thiết của động cơ điện 1:

N

3. Thiết kế pittông kẹp phôi:

Lượng dầu chạy qua hệ thống được điều chỉnh bằng van tiết lưu đặt ở đường ra và lượng dầu tối thiểu chảy qua van tiết lưu được chọn l:

Q = 0, 83lit/pht =830 cm3/pht

F2 =

Tỉ số tiết diện pittơng trong my tổ hợp thường dùng :

i =

Do đó : F1 = 2F2 = 13,8.2 = 27,6 cm2

Từ đó ta có thể xác định đường kính xilanh:

D = 2

Và đường kính cần đẩy :

d = 2

- Lưu lượng ra khỏi hệ thống khi làm việc cần vận tốc lớn nhất :

Qmax = F2.Vmax = 13,8.100 = 1380 cm3/p = 1,38 lit/p

Đối với van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí 5/2, tổn thất p suất cửa vào cũng như cửa ra

cĩ thể lấy ∆p1 = 1,15 bar

+ Ta lấy chiều di ống dẫn ở đường vo L1 = 1m và đường ra l L2 = 0,5m với đường kính trong d = 6 mm

- Lưu lượng cần thiết khi thực hiện lực đẩy lớn nhất :

Q1 = F1.Vmax = 27,6.100 = 2760 cm3/phut = 2,76 lit/p

+ Với lưu lượng Q1 = 2,76 lit/pht, đường kính trong d = 4 mm, độ di L1 = 1m, ta xác định được tổn thất p suất của ống dẫn ở đường vô từ độ thị p suất phụ thuộc vào lưu lượng:

∆p2 = 1,5 bar

V ở đường ống ra cĩ chiều di L2 = 0,5 m

∆p3 = 0,75 bar

+ Tổn thất áp suất ống nối ở đường vào cũng như đường ra có thể lấy :

∆p4 = 0,25 bar

Nếu như không kể đến p suất trong ống dẫn lắp sau van tiết lưu thì có thể lấy :

p4 = 0 bar

v van tiết lưu cần đảm bảo p suất ở đường ra là 2bar, do đó:

p3 = 2 bar

với trị số ta tính p suất trong buồng của tiết diện F2 :

p2 = p3 + ∆p3 + ∆p4 + ∆p1 = 2 + 0,75 + 0,25 + 1,15 = 4,15 bar

+ nếu lấy hệ số ma st của sĩng trượt và đầu trượt µ = 0,2

Pm = µ.G = 0,2.150= 30 N

Phương trình cân bằng tĩnh :

p1F1 - Pmax – Pm – p2F2 = 0

Suy ra: p1 = = 22,5 bar

BẢNG TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ

 Pittong k p phôi ẹ

Tên hành trình

ĐK pitton g (cm)

Áp su tấ (Kg/cm2) V n t cậ ố

(cm/ph)

L u lư ượng (lit/p)

Hành trình ch yạ

không

D=6 D=4

Hành trình có t iả 22,5 5 60 1,65 0,82

 Pittong d n đ u khoan ẫ ầ

Tên hành trình

ĐK pitton g (cm)

Áp su tấ (Kg/cm2) V n t cậ ố

(cm/ph)

L u lư ượng (lit/p)

Hành trình ch yạ

không D=28D=4

8

0,512

 Pittong đ y phôi ẩ

Tên hành trình

ĐK pitton g (cm)

Áp su tấ (Kg/cm2) V n t cậ ố

(cm/ph)

L u lư ượng (lit/p)

V Tính toán bơm và động cơ dầu:

a) Lưu lượng bơm bánh răng :

Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thể tích của răng, tức là không tính khe hở chân răng và lấy hai bánh răng

có kích thước như nhau

Với m - modun bánh răng [cm]

d - đường kính chia răng [cm]

b - chiều rộng răng [cm]

Lưu lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay 1 vòng :

Q = [cm3/phút]

Chiều rộng bánh răng thông thường la b = 12÷32 mm Chọn b = 30 mm

=3 cm

Đường kính hai bánh răng d = 180 mm = 18 cm

Chọn modun bánh răng m = 2,5

 Từ các số liệu ở trên ta tính được lưu lượng của bơm sẽ là :

Q =

b) Áp suất của bơm :

Từ lưu lượng của bơm Q = 850 [lit/phút] ta chọn được áp suất p =10 bar và hiệu suất

c) Chọn dầu và tính vận tốc tối thiểu của máy bơm:

Theo bảng tiêu chuẩn ISO về độ nhớt ta chọn loại nhớt ISO VG 15 có

độ nhớt trung bình E0 = 15 mm2/s

Ta có công thức tính vận tốc tối thiểu :

Vmin = 0,17.

Với p = 10 bar = 10 kg/cm2

E0 = 15 mm2/s = 15.10-6 m/s

 Vmin = 0,17.

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

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:

[kW]

=

Trong đó:

lưu lượng của bơm dầu [lit/phút]

áp suất ở cửa ra của bơm [bar]

tổng hiệu suất của bơm

Tổn thất công suất của van tràn



b

Q



o

p





Nếu lưu lượng qua van tràn là Qt thì:

[kW]

=

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

=

Trong đó:

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]

= 2 + 45 + 0,15 =47,15 (KW)

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

V=4.600=2400(lit)=2.4( m3/phút)

Để kiểm tra lượng dầu đã chọn (hoặc để tính chính xác), đảm bảo nhiệt độ T của dầu không vượt quá sau 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:

Trong đó:

T o - nhiệt độ không khí xung quanh

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

[m2] =1,15 (m2)

Thay trị số F vào công thức ta có:

612

o t t

p Q

N 

612



 Q b Q t p





C

o

60

55 

kF

K T

T  o 

]

[ C o

]

[ C o

3 2

64 ,

F 

3 2

64 ,

0 k V

K T

T  o 

]

[ C o

=28 +

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

==1,3 (m3)

Đường kính ống dẫn từ bộ lọc đến máy bơm :

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

qua ống dẫn:

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

Từ đây rút ra:

[mm]

Ống hút: d=4,6=90 (mm)

Ống nén : d=4,6=60 (mm)

Vận tốc dầu chảy trong ống thường dùng:

Đường kính ống dẫn từ van bộ ổn tốc đến van đảo chiều 4/2

 Đường kính ống hút :

d trong đó : Q = 570 lit/phút

v = 2 m/s d

 Đường kính ống nén :

d trong đó : Q = 570 lit/phút

v = 5 m/s

Đường kính ống dẫn từ van đảo chiều 4/2 đến xylanh :

 Đường kính ống hút :

d trong đó : Q = 375 lit/phút

v = 2 m/s

]

[ C o

v

d Q

4

2





 

60 10 4

001 , 0

3

v

d





v

Q

d 4,6

2 5 ,

1 



v

5

3 



v

d

 Đường kính ống nén :

d trong đó : Q = 375 lit/phút

v = 5 m/s