Tính toán thiết kế máy ép thủy lực

Tính toán thiết kế máy ép thủy lực,PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẦN CHẤP HÀNH, Tính toán số lượng Xylanh Tính toán kích thước Xylanh, chọn xylanh Tính toán Xylanh chính Tính toán xylanh phụ TÍNH TOÁN CHỌN BƠM Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm Tính toán chọn động cơ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG Tính toán đường kính ống hút Tính toán đường kính ống đẩy TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BỂ DẦU XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH VAN PHÂN PHỐI VAN MỘT CHIỀU CÓ ĐIỀU KHIỂN VAN AN TOÀN XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU XÁC ĐỊNH LOẠI ỐNG NỐI ÁP KẾ BỘ LỌC DẦU

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơ khí nói chung và ngành thủy 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 nền kinh tế: Xây dựng, thực phẩm, giao thông, quốc phòng

Trong ngành thủy lực nói chung, công nghệ ép thủy lực được ứng dụng phổ biến hơn

cả Với kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, công nghệ ép thủy lưc đã được đưa vào trong rất nhiều ngành công nghiệp lớn nhỏ khác nhau như: Luyện cán thép, đóng tàu, dầu mỏ, … ngoài ra còn được áp dụng trong một số ngành khác như thực phẩm

Trong thực phẩm công nghệ ép thủy lực được dùng trong các nhà máy, với độ an toàn

và đáng tin cậy của nó, ép thủy lực được áp dụng trong ép nước hoa quả, (cam, dứa, dâu tây, ….), trong sản xuất mì sợi, và còn trong nhiều các công đoạn sản xuất khác

Mặc dù rất cố gắng, tuy nhiên do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dung cũng như trong cách trình bày Emrất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các bạn và những người quan tâm đến đề tài môn học này để giúp em thêm hoàn thiện và mang tính thực tiễn cao hơn

ra tới cả vùng Điah Trung Hải Sau đó, cây cam được Columbus mang đến Châu Mỹ Nhưng năm sau đó, những người làm vườn ở Châu Mỹ và Châu Âu đã đem câu cam đến Châu Úc và Châu Phi Ngày nay cây cam được trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới.

1.1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại cam khác nhau, tùy thuộc vào quốc gia và địa phương Trong thương mại, cam được chia thành hai loại: Cam ngọt (sweet orange) và cam chua (sour orange) Trong đó, cam chua thường dung trong sản xuất mứt cam Một số loại camngọt thường gặp:

 Cam tròn

Cam tròn phổ biến nhất là loại Valencia, có nguồn gốc từ đảo Azores và Bồ Đào Nha.Giống cam này có khả năng thích ứng trong vùng nội đại, nơi có sự chênh lệch sâu săc giữa ngày và đêm và làm hoạt hóa hệ sắc tố cảu vỏ cam có màu sắc hấp dẫn Quả có cỡ nhỏ tới trung bình thích hợp cho sản xuất công nghiệp Vỏ mỏng, da cam nhẵn, màu cam sáng Quả có nùi vị đặc sắc ngay khi còn tươi hay sau khi đã được chế biến nước ép Khi quả cam chin trên cây, nó chuyển sang màu cam sáng nhưng khi nhiệt độ nóng lên làm cho da hấp thụ lại chlorophyll từ lá nên cam chin có màu xanh nhạt Lại cam này chủ yếudung làm nước quả với chất lượng nước ép tốt nhất do chứa nhiều dịch quả có màu sậm

và bền, ít hạt nên không tạo vị đắng Valencia cũng có thể dung ăn tươi

Trước năm 1835, cam navel được trồng nhiều ở Florida nhưng bị phá hủy trong chiếntranh thế giới thứ nhất Giống cam này cũng được trồng nhiều ở Brazil, Trung Quốc … Cam navel có quả to hơn giống Valencia và các loại cam ngọt khác Quả có màu vàng đậm sáng cho tới cam, da hồ đào dày và dễ lột vỏ, không hạt Quả cho chất lượng tốt khi đạt độ chắc và khối lượng nhất định, cho nhiều nước Thời tiết lạnh làm màu quả càng vàng sáng vì thế quả có thể chin và vẫn còn màu xanh nhạt trên da Giống cam này ít được dung trong chế biến nước quả vì trong quá trình chế biến dễ phát sinh vị đắng.

 Cam Blood (Cam đỏ)

Đây là loại quả được xem là ngon và hấp dẫn nhất trong các loại quả có múi được tìmthấy đầu tiên ở Địa Trung Hải Quả cỡ trung bình với vỏ mỏng có ít hoặc không hạt Có màu đỏ sậm sáng đẹp Nhược điểm lớn nhất là hàm lượng anthocyanin tạo màu đỏ đậm khuynh hướng bị nhật trong quá trình chế biến và bảo quản Anthocyanin còn là chất chống oxy hóa mạnh tạo nhiều gốc tự do gây ưng thư, lão hóa, bệnh nhẹ … Loại cam nàythường được dung để ăn tươi, ăn kèm salad, dung roti hoặc nướng thịt

 Cam ngọt (acidless orange)

Loại này được trồng chủ yếu ở Địa Trung Hải Do nước quả có độ ngọt quá cao và hàm lượng acid thấp không đủ khả năng ức chế vi sinh vật nên loại cam này không thích hợp chó việc sản xuất nước ép

Ở Việt Nam, cam được chia làm 3 loại: cam chanh, cam sành và cam đắng Một số giống cam phổ biến ở nước ta như cam xã Đoài (Nghệ An), cam Động Đình, cam đường,

…

 Cam Xã Đoài (Nghệ An)

Cây tương đối cao, ít canh lá (cành quả), trồng ở Xã Đoài, xã Nghi Diên, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An QUả ngọt, thơm có vỏ mỏng và bóng, vị ngọt đậm, ít xơ Dùng chủ yếu trong sản xuất nước cam và mứt cam

 Cam đường

Quả trung bình 100g, vỏ mỏng, màu vàng đỏ hay đỏ sẫm, dễ bóc, múi dễ chia Có ba loại chính là Cam giấy với giống Cam canh (Hà Nội), Cam Đồng dụ (Hải Phòng), Cam

Ngọc cục và Cam Hành Thiện (Nam Hà); Cam Bù, Cam Chua ở Hương Sơn (Hà Tĩnh); Cam voi ở huyện Tuyên Hóa (Quảng Bình).

 Cam sành

Quả có vỏ sần sùi và mịn; vỏ dày, chin có màu vàng hay đỏ sẫm, tuy dày nhưng dễ bóc, ruột đỏ, hạt có màu nâu lục, vị ngọt, hơi chua, hương vị ngon như quýt Ôn Châu (Nhật Bản) Thích hợp làm đồ hộp quả nước đường Gióng phổ biến là cam Bố Hạ, trồng

ở bãi phù sa Hà Bắc trên đát thoát nước; quả dẹt, nặng trung bình 200-250g, màu vàng đỏđẹp chin vào tháng 11-12-1 năm sau, dịp Tết Nguyên Đán Cam sành còn có tên là Citrus nobilis Lour Quýt trước đây cũng được xem là một thứ trong Cam sành

1.1.3 Cấu tạo của quả cam

Cấu tạo của quả cam gồm có những phần sau:

Lớp vỏ ngoài (flavedo): Có màu cam hoặc màu xanh tùy theo giống Lớp vỏ ngoài cóchứa rất nhiều các túi tinh dầu

Lớp cùi trắng (albedo): Có chứa pectin và cellulose

Múi cam: Bên trong có chứa những tép cam, trong có chứa dịch bào

Hạt cam: Chứ mầm cây

Lõi: Là phần nằm ở trung tâm của quả cam, thành phần tương tự lớp cùi trắng

1.1.4 Thành phần hóa học của cam

Thành phần hóa học của cam được trình bày trong bảng 2.

Bảng 1 – Thành phần dinh dưỡng của cam tươi (tính trên 100g)

Chanh (Hòa Bình)

1.1.5 Thu hoạch và bảo quản

Ở nước ta, cam được trồng rộng rãi trên khắp cả nước Cây ra hoa quanh năm,

thường có hoa vào tháng 1-2, có quả vào tháng 11-12 Cam cũng nhứ các loại qủa có múi khác thường được thu hái khi mới bắt đầu chín Có thể dung kéo cắt cuống sát mặt quả Sau khi thu hái nên để quả ở điều kiện bình thường trong 12-24 giờ để ổn định hô hấp Trong thời gian đó, tiến hành lựa chọn theo độ chín, kích thước, loại bỏ những quả bầm

giập, sây sát Trong trường hợp quả nhiễm bẩn nhiều thì phải rửa rồi để khô ráo Để chống nhiễm trùng có thể bôi vôi vao cuống Để bảo quản cam trong thời gian dài, người

ta thường sử dụng một số phương pháp như: bảo quản trong cát, bằng hóa chất, nhiệt độ thấp, …

1.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC ÉP CAM

1.2.1 Khái quát về nước ép cam

Trên thị trường hiện nay, nước ép cam rất phổ biến, ta có thể dễ dàng thấy nó ở bất kìmột siêu thị hay cơ sở bán lẻ Nước ép cam có được sự phổ biến như vậy là nhờ thành phần dinh dưỡng tốt cho sức khỏe và chất lượng cảm quan thu hút được người tiêu dụng,

sự phát triển của các loại nước ép trên thị trường ngày càng lớn, nước ép cam cũng khôngnằm ngoài sự phát triển này Vì vậy để có thể cạnh tranh trên thị trường, các nhà sản xuất phải đưa ra các phương pháp, quy trình sản xuất tối ưu nhằm tăng hiệu suất, chất lượng của sản phẩm

1.2.2 Máy ép cam trên thị trường

Để tách được phần dịch quả của cam ra khỏi phần cùi, người ta áp dụng nhiều

phương thức khác nhau, từ ép cho đến vắt, mỗi loại đều có các ưu và nhược điểm riêng Phổ biến nhất là các máy ép, vắt cam loại nhỏ phù hợp với hộ gia đình, phổ biến là 2 loại dưới đây

Ở quy mô lớn hơn, cần có một cách tách nước cam tối ưu, có hiệu suất cao hơn, nên các nhà sản xuất đã sử dụng những công nghệ tiên tiến, những thiết kế đem lại năng suất cao

Trên đây là một máy ép cam sử dụng các bánh lăn ăn khớp với nhau khi chuyển động quay, từ đó đặt trái cam vào điểm ép, cam sẽ được ép phần nước rơi xuống phía dưới và phần vỏ được tách riêng

Và với một quy mô lớn hơn, quy mô công nghiệp, các nhà máy sử dụng những loại máy

ép dịch quả lớn và để phù hợp với nhu cầu đó, việc sử dụng các loại máy ép thủy lực là lựa chọn hàng đầu

1.2.3 Máy ép thủy lực

a) Ưu điểm

- Truyền động được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cáu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi ít về chăm sóc và bảo dưỡng.

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và không cấp nhờ các thiết bị điều khiển

kỹ thuật số hóa, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc chương trình đã cho sẵn

- Kết cấu nhỏ gọn, nối kết giữa các thiết bị với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ các mối nối ống

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhở của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên

có thể sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp

- Tự động hóa đơn giản dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển

- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương trình làm việc

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi

do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

Trong những năm gần đây ở nước ta, kỹ thuật truyền động và điều khiển hệ thống thủy lực thể tích đã có những ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ, máy xây dựng, phương tiện vận chuyển, máy bay, tàu thủy… đó là do

hệ thống thủy lực có rất nhiều ưu điểm quan trọng so với các hệ thống cơ khí hay điện: làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công xuất lớn và kích thước nhỏgọn…

Chỉ nói riêng đến máy ép, từ loại nhro đến loại lớn, với những vật liệu ép, sản phẩm

ép đa dạng thì hệ thống dẫn động thủy lực đều có thể ứng dụng được, đặc biệt là các máy

ép cần công suất lớn do ưu điểm tạo ra được lực ép lớn mà các thiết bị điện, cơ khí khônglàm được Ví dụ như: máy ép kim lại, máy ép phế liệu, máy ép viên thuốc nén, máy ép gạch, máy xúc, tời kéo, …

Máy dập thủy lực ép kim loại

LÝ CỦA BỘ PHẦN CHẤP HÀNH

2.1 KẾT CẤU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

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

Bơm nguồn: 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 nhằm bảo vệ an toàn cho các thiết bị hệ thống không bị phá hỏng và hệ thống làm việc đúng yêu cầu 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 1 chiều có điểu khiển: Lấy tín hiệu từ áp suất dầu trong hệ thống để hoạt động

Xy lanh chính: Tạo lực cần thiết để ép vật liệu

Xylanh nhỏ: Thực hiện quá trình đóng và mở 2 vách ngăn để đưa nguyên liệu đến đầu ép

Xylanh phụ: Thực hiện qua trình đẩy vỏ, bã ra khỏi khu vực đầu ép

Tiết lưu: Điều chỉnh lưu lượng vào xy lanh

Cụm làm mát: Thiết bị làm mát dụng để làm mát dầu của hệ thống, tránh trường hợp dầu quá nóng dẫn đến thay đổi tính chất của dầu dẫn đến dầu bị sôi làm xuất hiện bọt khí

hệ thống làm việc không ổn định (có thể gây rung, giật, …)

Cụm lọc dầu: Cụm này gồm có bộ lọc đi kèm với van 1 chiều có đặt mức áp xuất Dầu sẽ qua van 1 chiều khi bộ lọc hoạt động quá mức cho phép

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

Van phân phối 3/2: Van có 3 cửa nhưng hoạt động ở 2 vị trí, van này có đặc điểm là ởchế độ chờ (không tải) tại vị trí van chưa hoạt động Dầu sẽ qua van và hồi về bể

Van phân phối 5/2: Van có 5 cửa nhưng hoạt động ở 2 vị trí, theo cách thiết kế mạch theo tầng, van có chức năng chuyển đổi giữa các tầng điều khiển

2.2 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Sơ đồ mạch thủy khí

Sơ đồ bướcMạch điều khiển gồm 4 xy lanh A, B, C và D mỗi xylanh có một vai trò khác nhau, vai trò của mỗi xy lanh như sau:

- Xy lanh chính B có nhiệm vụ ép dịch quả

- Xy lanh phụ A và C có vai trò đóng và mở cửa 2 cửa tháo để cấp nguyên liệu xuống đầu ép

- Xy lanh D có vai trò đẩy vỏ quả ra khỏi đầu ép

 Nguyên lí hoạt động:

Sau khi nhân nút Start, mạch điều khiển được cấp khí và xy lanh A bắt đầu chuyển vị trí làm cửa mở ra, quả được đưa đến đầu ép của xy lanh B Xy lanh A từ vị trí sẽ có tín hiệu tác động làm chuyển mạch, xy lanh B bắt đầu di chuyển từ vị trí S3S4 đồng thời xy lanh A cũng quay trở về từ vị trí S2 Khi xy lanh B đến vị trí S4, mạch thủy khí lại được tác động làm xy lanh C di chuyển từ S5S6, xy lanh D từ S7S8 và xy lanh

B trở về vị trí S3 Sau khi xy lanh C và D đi hết hành trình, chúng sẽ quay lại vị trí ban đầu, hệ thống tiếp tục vận hành theo chu kì trên cho đến khi ta nhấn nút một lần nữa, mạch sẽ chạy hết hành trình và dừng lại

3 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG

3.1 Thông số sản phẩm

Năng suất đầu vào: 100kg cam nguyên liệu trong một giờ

Tỉ lệ nước có trong nguyên liệu: 87%

Tỉ lệ sản phẩm với nguyên liệu ban đầu: 60%

Khối lượng trung bình của một quả: 200 g/quả

3.2 Tính toán số lượng Xylanh

Số lượng quả nguyên liệu:

Với thời gian trung bình ép của một Xylanh là 7s

Số lượng Xylanh cần thiết:

3.3 Tính toán kích thước Xylanh, chọn xylanh

3.3.1 Tính toán Xylanh chính

Lực ép:

Áp suất khi ép (làm việc): Plv = 5 bar

Diện tích tính toán của xylanh là:

Đường kính tính toán của xylanh là:

Dtt = 35 mm

Chọn xylanh theo bảng tiêu chuẩn với:

Đường kính piston: D = 40 (mm) = 0,04 (m)

Đường kính cần piston: d = 25 (mm) = 0,025 (m)

Diện tích làm việc của xylanh là:

Áp suất khi ép (làm việc): Plv = 2 bar

Diện tích tính toán của xylanh là:

Đường kính tính toán của xylanh là:

3.4.1 Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm

Việc chính chọn mẫu bơm dựa trên thông số thiết kế bơm:

Để dảm bảo yêu cầu áp suất của bơm cấp cho hệ thống, xác định áp suất bơm theo hệsố:

Vậy thông số để chọn bơm là:

Chọn số vòng quay của bơm là 1450 (v/ph)

 Lưu lượng riêng của bơm là:

Tra catalogue của hãng REXROTH ta chọn loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài có tên gọi: 1PF2G3-3X/038 RA 07 MSK

Việc tính toán chọn động cơ gồm các lựa chọn:

 Chọn loại, kiểu độnng cơ: nếu chọn phù hợp thì động cơ có tính năng làm việc thích hợp với yêu cầu truyền động của máy Ở đây, chọn động cơ xoay chiều ba pha, do cấu tạo và vận hành đơn giản, nối trực tiếp với mạng điện xoay chiều, không cần biến đổi dòng điện

 Chọn công xuất của động cơ : phải dựa trên công suát của bơ, có tính đến tổn thất

cơ khí Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn Nếu công suất động cơ nhỏ hơn công suất bơm thì động cơ sẽ làm việc quá tải, nhiệt tăng quá trị số cho phép, động cơ chóng hỏng Khi động cơ truyền công suất cho bơm dầu sẽ có tổn thất cơ khí trên đường truyền công suất qua các thiết bị cơ khí hoặc do ma sát, thông thường tổn thất này chiếm khoảng

Ngoài lượng tổn thất này thì sẽ được chuyển thành công suất thủy lực mà bơm dầu cấp cho hệ thống

Vậy công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là:

Lấy

Số vòng quay của động cơ trùng với số vòng quay của bơm n = 1450 (vg/ph)

Tra phụ lục PL.3, trang 236,237 sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của tác giả Trịnh Chất-Lê Văn Uyển chọn được động cơ phù hợp, có các thông số như sau:

Động cơ 4A180S4Y3: công suất 45 W

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

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

3.5.1 Tính toán đường kính ống hút

Để tính toán lấy vhút = 1,5 m/s, đường kính thiết kế của ống hút là:

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống hút là:

dhút = 10 (mm), và đường kính ngoài ống hút là Dhút = 17,4 (mm)

3.5.2 Tính toán đường kính ống đẩy

Chọn vđẩy = 5 m/s

Đường kính trong của ống đẩy theo thiết kế là:

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống đẩy là:

dđẩy = 6,3 (mm), và đường kính ngoài ống đẩy là Dđẩy = 13,4 (mm)

Tính toán đường kính ống xả

Để tính toán lấy vận tốc ống xả là: vxả = 2 m/s

Đường kính trong của ống xả theo thiết kế là:

Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống xả là:

dxả = 10 (mm), và đường kính ngoài ống xả là Dxả = 17,4 (mm)

3.6 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BỂ DẦU

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

V = (3÷5) Qbơm = (3÷5) 4,6 (1/ph) = 13,8 ÷ 23 lít

Tham khảo cách tính toán và các công thức tính toán kích thước bể dầu trang

13,8÷23/quyển [2], ta tính toán kích thước bể dầu như sau:

Ta chọn bể dầu có hình dạng hình chữ nhật, với các kích thước như sau

Chiều ngang bể: a (m)

Chiều dài bể: b = k1.a (m)

Chiều cao bể: H = k2.a (m)