PHẦN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1: Giới thiệu các sản phẩm uốn, công nghệ và thiết bị uốn thép ống
Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống
1.1.1 Lịch sử phát triển của ống
Lịch sử sản xuất ống bắt đầu từ việc sử dụng khúc gỗ rỗng để cung cấp nước cho các thành phố thời trung cổ Vào đầu thế kỷ XIX, ống gang đã trở nên phổ biến tại Anh và Pháp.
Những ống thép đúc đầu tiên được phát hiện tại Philadelphia vào năm 1817 và New York vào năm 1832 Sự phân phối khí cho các đèn khí lần đầu tiên được triển khai ở Anh, nơi người ta đã sử dụng thép tấm cuộn để tạo thành ống bằng cách qua con xúc xắc và hàn mép lại với nhau.
Vào năm 1887, ống thép đầu tiên được sản xuất từ thép Bethkhem tại Mỹ Trước đó, ống thép có đường hàn đã được thử nghiệm từ giữa thế kỷ 19, với quy trình Mannesmanm phát triển ở Đức vào năm 1815 và hoạt động thương mại hiệu quả tại Anh vào năm 1887 Ống thép không hàn lần đầu tiên được sản xuất thành công ở Mỹ vào năm 1895 Đến đầu thế kỷ 20, ống thép không hàn đã được chấp nhận rộng rãi nhờ sự bùng nổ của cách mạng công nghiệp trong các lĩnh vực như ô tô, tái lọc dầu, hệ thống ống dẫn, giếng dầu và lò hơi phát điện cổ.
Vào lúc này ống hàn không đạt đƣợc độ tin cậy bằng ống hàn điện
Sự phát triển của phương pháp sản xuất ống thép, cùng với sự tiến bộ của ngành thép, đã tạo ra những sản phẩm có khả năng chịu đựng điều kiện môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ, hóa chất và áp suất Ống thép hiện nay được sử dụng rộng rãi và đáng tin cậy trong các ngành công nghiệp quan trọng, từ các đường ống ở Alaska cho đến các nhà máy điện nguyên tử.
1.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống
Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là Liên
Xô (20 triệu tấn) Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản (10,5 triệu tấn)
Sản xuất sản phẩm thép dạng ống phụ thuộc vào nhiều yếu tố kinh tế toàn cầu, bao gồm ngành khai thác dầu, xây dựng nhà máy điện và công nghiệp ô tô Chẳng hạn, ở những khu vực có giá cả ổn định và phát triển kinh tế mạnh mẽ, nhu cầu về thép ống sẽ được duy trì ở mức cao.
Giá dầu thấp dẫn đến việc giảm nhu cầu khoan thêm giếng dầu, điều này sẽ làm giảm nhu cầu sản xuất ống thép cho ngành khoan giếng dầu.
Sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp là một ví dụ điển hình, với tổng sản lượng toàn cầu phản ánh sự ảnh hưởng từ các khu vực kinh tế địa phương ở từng quốc gia.
1.1.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống
Từ xa xưa, con người đã sử dụng các vật thể tròn xoay bằng đá hoặc gỗ để nghiền bột và ép dầu Theo thời gian, những vật liệu này đã được thay thế bằng kim loại như nhôm, thép và đồng thau Việc cán bột bằng tay dần được thay thế bởi các trục cán dễ tháo lắp trên máy móc, dẫn đến sự ra đời của máy cán Qua thời gian, các máy này đã được cải tiến từ việc dẫn động bằng sức người sang sử dụng sức mạnh từ trâu, bò, ngựa để đáp ứng nhu cầu sản xuất cao hơn Ngày nay, công suất động cơ thường được tính bằng mã lực, tương tự như sức ngựa.
Năm 1771, máy hơi nước được phát minh, đánh dấu sự chuyển mình của máy cán sang sử dụng động cơ hơi nước Đến năm 1864, chiếc máy cán 3 trục đầu tiên ra đời, mở rộng đa dạng sản phẩm cán và uốn như thép tấm, thép hình, đồng tấm và đồng dây Sự phát triển kỹ thuật và nhu cầu vật liệu thép tấm cho ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa và công nghiệp nhẹ đã dẫn đến sự ra đời của máy cán 4 trục vào năm 1870 Tiếp theo, các loại máy cán 6 trục, 12 trục và 20 trục được phát triển, từ đó, nguyên lý của máy cán đã tạo điều kiện cho sự ra đời của máy uốn, bao gồm cả máy uốn ống.
Kể từ khi điện xuất hiện, máy uốn đã được trang bị động cơ điện, và hiện nay, một số máy uốn có công suất động cơ lên tới 7800 KW.
Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các máy cán và máy uốn đã được cải tiến để hoạt động hoàn toàn tự động hoặc bán tự động, theo chương trình điều khiển.
1.2 Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống
1.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp
Trong sản xuất hiện đại, ống dẫn được sử dụng phổ biến để vận chuyển nhiên liệu như dầu và khí Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm đóng tàu, sản xuất sữa và sản xuất bia.
Ngành vận tải đường ống hiện nay đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giao thông vận tải, bao gồm việc dẫn dầu, khí và khoáng sản Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí trong quá trình vận chuyển mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.
1.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt
Trong sinh hoạt, sản phẩm ống được ứng dụng rộng rãi và yêu cầu tính thẩm mỹ cao, vì vậy vật liệu inox và thép không gỉ là lựa chọn chủ yếu Các sản phẩm như lan can và bàn ghế thường được làm từ những vật liệu này để đảm bảo độ bền và vẻ đẹp.
Một số hình ảnh minh hoạ:
Hình 1.1 Một số sản phẩm ống
Hình 1.3 Các sản phấm ống uốn
1.3 Các thông số phôi ống
1.3.1 Một số loại ống inox đang sử dụng trên thị trường Ống tròn: Chiều dày ống: S = 0,54 mm Đường kính ống: = 9,7150 mm
(Tham khảo tài liệu về các loại ống đang có trên thị trường của công ty Nam Sơn) s
Bảng 1.1 Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường
(Tham khảo ở công ty vinapipe corp).
Bảng 1.2 Bảng thông số ống mạ kẽm
Hạng Đ.kính trong danh nghĩa Đường kính ngoài Chiều dày
Chiều dài Tr/lƣợng Số cây/bó
Tiêu chuẩn kg/m Kg/bundle
1.3.3 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm ống uốn
Sản phẩm ống uốn hiện nay có ứng dụng rộng rãi trong cả sinh hoạt và công nghiệp Trong ngành công nghiệp, ống uốn đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn nhiên liệu khí và lỏng từ nơi sản xuất đến nơi sử dụng, bao gồm cả các đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia Nó còn được coi là cầu nối giữa các khu công nghiệp và các nhà máy Ống uốn là thành phần thiết yếu trong công nghiệp tàu thủy và sản xuất nhiên liệu Trong sinh hoạt, ống uốn được sử dụng làm lan can, bàn ghế, và làm đường ống dẫn nước, cũng như đường ống dẫn nhiên liệu khí đốt.
1.4 Thiết bị và công nghệ uốn
Trong máy uốn thiết bị uốn phân ra làm 3 phần cơ bản là :
Tuỳ thuộc vào đường kính ống uốn khác nhau mà ta có các loại puly khác nhau, mà vòng bán nguyệt trên puly khác nhau
Trên puly có gắn một má kẹp kết hợp với má kẹp di động tạo thành một cơ cấu giúp ta uốn ống theo hình dáng yêu cầu
Hình 1.5 Hình vẽ minh hoạ puly uốn
Các quy phạm an toàn trong sử dụng và bảo dƣỡng máy
1.7.1 An toàn lao động khi sử dụng máy
1 7 1.1 Đối với người sử dụng
+ Khi sử dụng máy phải mặc bảo hộ lao động, phải ăn mặc gọn gàng
+ Máy phải đặt ở một nơi có không gian đủ rộng để trong quá trình vận hành không bị vướng mắc gây tai nạn
+ Thường xuyên kiểm tra các đường ống, các van, đồng hồ đo áp của hệ thống thủy lực trong máy
Các khu vực nguy hiểm có thể dẫn đến tai nạn cho người vận hành máy cần được trang bị các biển báo cảnh báo như "Thoát đầu thừa khi cắt" và các biển báo tại những nơi có điện nguy hiểm.
+ Trước khi uốn cần phải chạy thử máy kiểm tra Khi máy đạt độ an toàn cần thiết mới tiến hành quá trình uốn
+ Người vận hành máy phải hiểu rõ nguyên lý làm việc của máy cũng như các biện pháp an toàn khi sử dụng máy
+ Máy phải đƣợc đặt trên nền có đủ độ cứng vững để chịu đƣợc trọng lƣợng bản thân máy và lực sinh ra trong quá trình uốn
Các bộ phận điều khiển máy cần được bố trí ở vị trí thuận tiện để công nhân dễ dàng thao tác mà không phải với tay hay cúi gập người Nút điều khiển phải nhạy và đảm bảo hoạt động tin cậy.
+ Tất cả các bộ truyền động của máy đều phải đƣợc che chắn kín phần chuyển động và phần điện
1.7.2 Hướng dẫn sử dụng Để đảm bảo an toàn cho người vận hành cũng như những người có liên quan thì trước khi vận hành máy phải thực hiện đúng quy định vận hành và tuân thủ tuần tự theo các bước sau:
+ Trước khi cho máy làm việc phải :
- Kiểm tra toàn bộ không gian xung quanh máy, loại bỏ các chướng ngại vật trong phạm vi hoạt động của má động và sản phẩm ống uốn
- Vệ sinh công nghiệp cho toàn máy
Trước khi tiến hành uốn ống có đường kính khác nhau, cần chuẩn bị chày uốn và puly uốn phù hợp Sau đó, lắp đặt chày uốn và puly uốn vào máy Để giảm ma sát khi ống trượt trên chày uốn, hãy bôi trơn chày bằng mỡ công nghiệp.
+ Điều khiển chày uốn đến vị trí phù hợp với puly uốn
+ Luồn phôi ống vào chày uốn
+ Điều khiển má động và má tĩnh để tiến hành kẹp chặt ống
Để điều khiển chuyển động quay của má động đến vị trí có góc uốn yêu cầu, trước tiên cần nhả kẹp má động và kẹp má tĩnh để lấy ống ra khỏi chày uốn.
+ Điều khiển má động trở về vị trí ban đầu
+ Kiểm tra lại máy để chuẩn bị cho lần uốn tiếp theo
1.7.3 Bôi trơn máy Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn lên bộ phận chuyển động, đảm bảo thoát nhiệt tốt giữ độ chính xác và kéo dài tuổi thọ của máy, cần phải bôi trơn liên tục lên các bộ phận trong máy tức là nâng cao thời gian sử dụng máy Ở bộ truyền xích ta tiến hành bôi trơn bằng mỡ và phải che kính để tránh bụi bẩn có thể giảm tuổi thọ của bộ truyền
1.7.4 Bảo dƣỡng máy Để máy hoạt động tốt, chính xác và nâng cao tuổi thọ cần phải có chế độ bảo quản máy theo đúng kế hoạch sau:
Trước khi khởi động máy, cần kiểm tra lượng và độ nhớt của dầu trong bể thông qua mắt dầu Việc thay dầu đúng hạn là rất quan trọng để tránh tình trạng dầu bị biến chất do thời gian hoạt động lâu và nhiệt độ cao.
Nếu có hiện tượng gì khác thường khi máy hoạt động thì phải ngừng máy, ngắt cầu dao điện và kiểm tra lại để điều chỉnh máy
+ Bảo quản máy hằng tháng:
Kiểm tra kỹ thuật các mối lắp ghép, mối hàn
Kiểm tra kỹ thuật và siết chặt các bu lông cố định
Kiểm tra dầu trong bể dầu
+ Bảo quản hai năm một lần:
Kiểm tra tổng thể toàn máy, các vị trí mối ghép, nối trục các chổ ăn khớp, và các gối đỡ, ổ bi
B PHẦN TÍNH TOÁN VẦ THIẾT KẾ
Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG CỠ LỚN
Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế máy
2.1.1 Phân tích các phương án
2.1.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn
Thực hiện quá trình kẹp chặt và giữ phôi khi uốn
Thực hiện hành trình uốn
Lực uốn danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực uốn cần thiết
Thả kẹp và tháo ống
2.1.1.2 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý
Máy uốn ống cỡ lớn được thiết kế để uốn các ống có đường kính từ 25 đến 100 mm và độ dày tối đa 10 mm, vì vậy việc lựa chọn phương án truyền động và cơ cấu máy phù hợp là rất quan trọng.
Dựa trên nguyên lý hoạt động của máy uốn ống, việc kéo má động và làm puly quay trong quá trình uốn có thể được thực hiện bằng cách lựa chọn các dạng truyền động như: truyền động bánh răng, truyền động bánh răng kết hợp với truyền động xích, và sử dụng hệ thống thủy lực.
Bộ phận truyền động có nhiệm vụ truyền chuyển động cho trục gắn puly, giúp puly và má động quay để thực hiện quá trình uốn ống Dựa vào nguyên lý này, có nhiều phương án truyền động khác nhau.
Phương án 1: Truyền động bánh răng (Hình 2.1)
Khi mở máy thông qua hộp giảm tốc chuyển động đƣợc truyền đến trục uốn làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn
- Ƣu điểm: Truyền động bánh răng đảm bảo độ tin cậy cao, truyền động chính xác, công suất truyên động lớn
- Nhƣợc điểm: Kết cấu máy rất phức tạp, cồng kềnh, khó điều khiển, quá trình kẹp và nhả kẹp của các cơ cấu uốn phức tạp
Phương án 2: Truyền động đai (Hình 2.2)
- Ƣu điểm: Truyền động đai có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Nhƣợc điểm: Truyền động với công suất bé Giữa bánh đai và đai có hiện tƣợng trƣợt do đó không đảm bảo độ chính xác trong quá trình uốn
Phương án 3: Sử dụng hệ thống thủy lực cùng với bộ truyền xích (Hình 2.3)
- Sử dụng các xi lanh thủy lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quá trình kẹp nhả ống
- Ƣu điểm: Kết cấu máy đơn giản, máy có công suất lớn, truyền động với khoảng cách lớn
Chuyển động đi về (thực hiện uốn) và chuyển động kẹp chặt dễ dàng Thao tác vận hành dễ dàng
Nhược điểm của xilanh kéo uốn và xilanh kéo trong quá trình kéo xích vòng qua đĩa xích là chiều dài của xilanh và cần piston cần phải khá lớn.
+ Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động bánh răng
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bánh răng
2 Hộp giảm tốc 4 Puly uốn
+ Sơ đồ nguyên lý của máy dùng phương án truyền động đai
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bộ truyền đai
1 Puly uốn 3 Hộp giảm tốc
2 Bộ truyền đai 4 Động cơ
+ Sơ đồ nguyên lý phương án dùng hệ thống thủy lực
Hình 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý phương án hệ 1 xi lanh thủy lực với bộ truyền xích
Dựa vào những ưu điểm của bộ truyền xích, chúng tôi quyết định thiết kế máy uốn sử dụng hệ thống thủy lực kết hợp với bộ truyền xích để truyền động cho máy và thực hiện quá trình nhả kẹp ống Việc lựa chọn kết cấu máy hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Lựa chọn các loại đầu kẹp ống
Có 2 loại đầu kẹp ống: Đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sử dụng các má kẹp
* Đầu kẹp sử dụng con lăn
Máy uốn ống sử dụng đầu kẹp thường được thiết kế cho công suất nhỏ, với ma sát chủ yếu là ma sát lăn giữa ống kẹp và puly uốn Tuy nhiên, nhược điểm của loại máy này là khi uốn các ống có kích thước lớn, kết cấu puly sẽ trở nên cồng kềnh và đầu kẹp cũng sẽ lớn hơn, gây khó khăn trong quá trình sử dụng.
* Đầu kẹp sử dụng các má kẹp
Các má kẹp có cấu trúc đơn giản, phù hợp cho việc kẹp các ống có đường kính lớn Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là tạo ra lực ma sát lớn khi uốn, dẫn đến ma sát trượt Để giảm thiểu ma sát trượt và tránh hư hỏng ống, đặc biệt là các ống inox mỏng, cần thiết kế bộ phận dẫn động cho má kẹp, mặc dù cấu trúc này khá phức tạp.
Hình 2.4 Má kẹp + Cách bố trí các xi lanh uốn
- Máy chỉ sử dụng một xi lanh
Hình 2.5 Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh
1 Đĩa xích cố định trên thân máy
4 Xích 5 Đĩa xích gắn trên trục má động
Sử dụng xi lanh 2 chiều mang lại ưu điểm về chi phí thấp, chỉ cần một xi lanh cho quá trình chuyển động đi và về của má uốn Tuy nhiên, hạn chế của loại xi lanh này là yêu cầu về bố trí máy và xích kéo dài, đồng thời công suất máy cũng khá nhỏ.
- Máy sử dụng 2 xi lanh
Hình 2.6 Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh
1 Xi lanh kéo uốn 4 Đĩa xích
2 Khớp nối 5 Xi lanh kéo về
Với cách bố trí này máy uốn có công suất uốn khá lớn bố trí máy khá đơn giản vì dùng xích kéo ngắn truyền công suất lớn
Kết luận: Để thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn, cần sử dụng các má kẹp và bộ truyền xích hở, kết hợp với 2 xilanh cho hành trình đi và về của má động.
2.1.1.3 Các bộ phận của máy uốn ống
- Là phần quay trong máy uốn ống có nhiệm vụ kẹp và uốn ống với các góc độ khác nhau phù hợp với yêu cầu của sản phẩm
Má động được chế tạo liền khối với đầu trượt kẹp ống, sử dụng cơ cấu piston-xi lanh để dẫn động đầu trượt Hệ thống có cữ hành trình đảm bảo an toàn khi uốn ống và trở về vị trí ban đầu Ngoài ra, má động còn được trang bị đĩa xích, nhận chuyển động từ pitong kéo xích truyền tới.
- Đầu trƣợt có gắn má kẹp có xẻ rãnh để tăng ma sát trong quá trình kẹp, uốn
Đầu trượt đóng vai trò quan trọng trong việc giữ chặt ống cùng với pu li uốn trong quá trình má động quay Đây là bộ phận dễ hỏng trong máy uốn do chịu ma sát lớn trong quá trình hoạt động.
- Má tĩnh cùng với chày uốn và má động có nhiệm vụ kẹp chặt ống
- Má tĩnh gồm có nhiều má kẹp có chiều dài lớn hơn má động để định hướng và kẹp chặt
- Chày uốn dùng để chống dập, méo cũng nhƣ chống gãy cho ống Chày uốn có đường kính phù hợp với các ống khác nhau
+ Cơ cấu dẫn động chày uốn
Bài viết mô tả về piston xi lanh dẫn động, có chức năng điều chỉnh khoảng cách giữa chày uốn và các má kẹp Các con lăn hỗ trợ chày và ống được sắp xếp hợp lý trên thân máy.
+ Xylanh dẫn động đầu trƣợt má động
Dẫn động đầu trƣợt chuyển động tịnh tiến để kẹp chặt
+ Xylanh dẫn động đầu trƣợt má tĩnh
Các van điều khiển (van SOLENOID) và cữ hành trình đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của máy, giúp kiểm soát hành trình uốn và chuyển động tịnh tiến của các xilanh Đồng thời, các cữ hành trình cũng đảm bảo an toàn cho máy trong quá trình hoạt động.
2.2 Tính toán thông số kỹ thuật
2.2.1 Tính lực cần thiết để uốn cong ống
2.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý của máy uốn ống (Hình 2.7)
+ Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống
+ Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn ống
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn
2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của máy uốn ống
Kết cấu má động bao gồm thân má động làm bàn trượt cho đầu trượt, trục má động gắn đĩa xích và được dẫn động đi - về bằng 2 xi lanh, với má động được đỡ trên thân máy qua 2 ổ đỡ Trong quá trình uốn, đầu trượt má động kết hợp với pu ly uốn để kẹp chặt phôi ống, trong khi đầu kẹp má tĩnh kết hợp với chày uốn và pu ly uốn giữ cho ống uốn được thẳng Khi xi lanh kéo đĩa xích di chuyển, má động quay và bẻ cong ống, tạo ra bán kính uốn khi ống quay quanh pu ly uốn và trượt chày uốn.
2.2.1.3 Tính toán lực uốn cong ống a) Cơ sở quá trình tính toán
Trong quá trình thiết kế máy, việc lựa chọn vật liệu phôi ống và xác định đường kính ống là rất quan trọng để tính toán lực uốn lớn nhất mà máy cần Từ đó, chúng ta có thể xác định công suất bơm dầu và công suất động cơ điện cần thiết cho hoạt động của máy.
+ Thép gia công CT38 có chảy = 25 KG/mm 2 : b = 40 KG/mm 2
+ Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 100 (mm)
+ Đường kính phôi ống nhỏ nhất là : D min = 25 (mm)
+ Chiều dày thành ống lớn nhất uốn đƣợc là: bmax = 10 (mm)
+ Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm)
Tính đường kính piston kéo má động
Theo yêu cầu của việc uốn thì lực cần thiết tạo ra để làm biến dạng phôi ống nhƣ đã tính toán là:
Trong đó: p: áp suất dầu lớn nhất (KG/cm 2 ) Chọn p = 150 (KG/cm 2 )
Pk: lực ép lớn nhất (KG) p d
Hình 3.1 Sơ đồ phân tích lực piston kéo
D: Đường kính của piston chính (mm) d: Đường kính cần piston (mm)
Trị số đường kính đều được tiêu chuẩn và có thể dùng các trị số sau : 45, 55,
Từ công thức d/D= k (truyền động dầu ép trong máy)
Trong đó: k: hệ số giữa đường kính piston và cần piston với k = 0,5 - 0,7
Với các máy thủy lực có công suất vừa ta chọn k = 0,5
DUT.LRCC Đường kính ngoài của pistong kéo má động là
Chọn đường kính ngoài của piston theo tiêu chuẩn: D = 150 (mm)
Tính công suất bơm dầu và công suất động cơ điện
3.2.1 Tính toán các tổn thất áp suất trong hệ thống
Tổn thất áp suất là hiện tượng giảm áp suất do sức cản trên đường dẫn dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành, như xilanh thủy lực Sức cản này chủ yếu xuất phát từ chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện và hướng chuyển động, cũng như độ nhớt của dầu Do đó, tổn thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệ thống thủy lực.
Áp suất p0 là áp suất do bơm cung cấp cho hệ thống, trong khi p1 là áp suất đo được tại buồng công tác của cơ cấu chấp hành Tổn thất áp suất trong hệ thống có thể được thể hiện dưới dạng hiệu suất.
Xét về mặt kết cấu của hệ thống thủy lực thì tổn thất áp suất có thể qui về hai dạng tổn thất áp suất chính:
Tổn thất áp suất qua van
Tổn thất áp suất trên ống dẫn
3.2.1.1 Tổn thất áp suất qua van: (p 1 ) Đối với mỗi kết cấu van ta có những công thức tính toán tổn thất áp suất khác nhau Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được những khoảng giá trị tổn thất áp suất đối với từng loại van Để đơn giản trong quá trình thiết kế, ta có thể dựa vào bảng tra sau đây để tìm các giá trị tổn thất áp suất:
Bảng 3.1 Các giá trị tổn thất của áp suất
Kiểu van Tổn thất áp suất Δp1
Van an toàn 2 3(KG/cm 2 ) Van đảo chiều 1,5 3(KG/cm 2 ) Van điều áp 2,5 6(KG/cm 2 ) Van tiết lưu 2 3,5(KG/cm 2 )
Van tiết lưu điều chỉnh 3 6(KG/cm 2 ) Van giảm áp 3 10(KG/cm 2 ) Van một chiều 1,5 2(KG/cm 2 )
Nhƣ vậy với toàn máy ta có tổn thất áp suất qua các van nhƣ sau:
Tổn thất áp suất áp suất qua van đảo chiều :
Trong máy uốn ống có 6 van đảo chiều: 6 x 2 = 12 (KG/cm 2 )
Tổn thất áp suất qua van an toàn: 2,5(KG/cm 2 )
3.2.1.2 Tổn thất áp suất trong ống dẫn
Tổn thất áp suất trong ống dẫn có hai loại cơ bản sau:
Trong hệ thống thủy lực của máy, chiều dài ống dẫn được coi là ngắn, do đó có thể bỏ qua tổn thất áp suất do chiều dài ống Chúng ta chỉ cần chú ý đến tổn thất áp suất cục bộ trong hệ thống ống dẫn.
Giá trị tổn thất cục bộ đƣợc tính theo công thức sau:
Khối lượng riêng của dầu được tính bằng KG/m³, trong khi gia tốc trọng trường g là 9,81 m/s² Hệ số tổn thất cục bộ x trong các bộ phận của hệ thống thủy lực thường được xác định qua thực nghiệm và phụ thuộc vào số Reynolds (Re), nhiệt độ, vận tốc, hướng chuyển động của dầu, cũng như hình dáng của tiết diện tại vị trí gây ra tổn thất Để đơn giản hóa quá trình thiết kế, có thể sử dụng công thức để tính toán giá trị tổn thất áp suất cục bộ trong ống dẫn.
Trong đó: pch: là áp suất của cơ cấu chấp hành
DUT.LRCC Áp lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh:
3.2.1.3 Tính các tổn thất thể tích trong hệ thống
Tổn thất thể tích trong hệ thống thủy lực chủ yếu do dầu chảy qua các khe hở Khi áp suất tăng, vận tốc giảm và độ nhớt giảm, tổn thất thể tích trở nên đáng kể Trong các yếu tố ảnh hưởng, áp suất của hệ thống là yếu tố quyết định giá trị tổn thất thể tích.
Tổn thất thể tích là hiện tượng xảy ra ở tất cả các bộ phận trong hệ thống, đặc biệt là tại các cơ cấu biến đổi năng lượng như bơm dầu, động cơ dầu và xilanh truyền lực Để ước tính tổn thất thể tích trong hệ thống, có thể sử dụng một công thức cụ thể.
qtt: tổng tổn thất thể tích (cm 3 /s)
: trị số tổn thất thể tích tính cho một đơn vị áp suất
p: tổn thất áp suất trong hệ thống
Chọn các giá trị tổn thất thể tích riêng tính cho từng phần tử thủy lực nhƣ sau:
Thay các giá trị p, vào công thức (*) để tính qtt:
3.2.2 Tính và chọn các thông số của bơm Ở mục tính toán và chọn lựa các thông số của bơm (lưu lượng, áp suất, công suất) cần lưu ý:
Các giá trị tính toán về áp suất, lưu lượng và công suất là yêu cầu tối thiểu mà bơm cần đạt được Sau khi xác định các giá trị này, bạn nên tham khảo bảng thông số kỹ thuật của các loại bơm để lựa chọn các thông số phù hợp nhất.
Khi chọn lựa thông số cho bơm, thường các giá trị không khớp với bảng tra, do đó có thể chọn áp suất và lưu lượng lớn hơn một chút so với giá trị tính toán Mỗi loại kết cấu bơm hoạt động trong khoảng giá trị áp suất và lưu lượng nhất định, và dựa vào điều kiện thực tế, bơm dầu thường được chọn là bơm bánh răng.
Bơm bánh răng có kết cấu đơn giản, dể chế tạo phù hợp với trình độ công nghệ của nước ta hiện nay
3.2.2.1 Lưu lượng của bơm (Qb)
Lưu lượng của bơm bao gồm hai thành phần chính: một phần cung cấp cho hành trình công tác và phần còn lại bù đắp cho tổn thất thể tích.
Do giá trị của qtt quá bé so với giá trị Qct nên tổn thất lưu lượng có thể được bỏ qua
Chọn giá trị lưu lượng bơm Qb bằng giá trị lưu lượng công tác:
Tính lưu lượng qua xi lanh:
Trong đó: v là vận tốc của xích dẫn: v = R.ω
Với: R: Bán kính đĩa xích; R 0(mm) ω: Vận tốc góc của má động Chọn ω = 30 ( 0 /s)
Giá trị áp suất được tính toán dựa trên hai thành phần chính: giá trị áp suất công tác và giá trị áp suất tổn thất.
Trong đó: Áp suất công tác: pct = pmax = 121 (KG/cm 2 )
Tổn thất áp suất: p = 20,55 (KG/cm 2 )
Vậy áp suất bơm: Pb = 121 + 20,55 = 141,55 (KG/cm 2 )
3.2.2.3 Tính công suất bơm dầu
Pb: áp suất của bơm (KG/cm 2 )
Qb: lưu lượng của bơm (l/ph)
: hiệu suất của bơm dầu, lấy = 0,96
Chọn loại bơm dầu là loại bơm bánh răng
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí bơm bánh răng
Hinh 3.3 Dầu trong các răng của bơm
Bơm bánh răng là thiết bị quan trọng trong các máy thủy lực như máy ép, máy nâng, máy cẩu và máy đào đất Nó được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển tự động, đặc biệt là trong công nghệ người máy, cũng như trong việc bôi trơn các bộ phận chuyển động của máy.
Bơm bánh răng, không có van hút và van đẩy, có khả năng quay với tốc độ cao từ 700 đến 5000 vòng/phút, thường nhận truyền động trực tiếp từ động cơ Việc tiếp xúc liên tục với dầu nhờn và dầu thủy lực giúp bơm có tuổi thọ cao Để tạo áp lực lớn và giảm thiểu tổn thất lưu lượng, các bề mặt làm việc của bơm cần được chế tạo với độ chính xác và độ bóng cao.
3.2.2.4 Tính công suất động cơ điện
1: hiệu suất của động cơ điện 1 = 0,855
Công suất của động cơ điện là:
Chọn động cơ điện không đồng bộ với mô men mở máy cao, công suất 10 KW, tốc độ 1000 vòng/phút, kiểu A2-61-6, được che kín và trang bị quạt gió kiểu AOπ2.
3.2.3 Tính chọn các phần tử thủy lực khác
3.2.3.1 Tính chọn xi lanh kéo về
Khi kéo về lực kéo về chỉ thắng trọng lƣợng của má động:
Trong đó: p: áp suất dầu lớn nhất (KG/cm 2 ) Chọn p = 150 (KG/cm 2 )
Pkv: lực ép lớn nhất (KG) p d
Hình 3.4 Sơ đồ phân tích lực piston kéo về
D: đường kính của piston chính (mm) d: Đường kính cần piston
Trị số đường kính đều được tiêu chuẩn và có thể dùng các trị số sau: 45, 55, 65,
Từ công thức d/D= k (truyền động dầu ép trong máy)
Trong đó: k: hệ số giữa cần piston và đường kính piston
Với các máy thủy lực có công suất vừa ta chọn k = 0,5 - 0,7
Chọn k = 0,5 => d = 1/2D Đường kính ngoài của xi lanh kéo về là:
Chọn đường kính ngoài piston theo tiêu chuẩn D = 90 (mm)
3.3.2.2 Tính đường kính xi lanh kẹp má động
Lực ma sát do lực kẹp má động tạo ra cần phải vượt qua hai lực ma sát trượt phát sinh trong quá trình uốn, nhằm đảm bảo ống không bị trượt tương đối với má kẹp má động.
Từ công thức Fms = Pkẹp => Pkẹp ms
Chọn hệ số ma sát trƣợt cho cặp vật liệu thép - thép là: = 0,15
(Trang 38 - Cẩm nang kỹ thuật cơ khí)
Trong đó: p: áp suất dầu lớn nhất (KG/cm 2 ) Chọn p = 150 (KG/cm 2 )
Pkẹp: lực ép lớn nhất (KG) p d
Hình 3.5 Sơ đồ phân tích lực piston kẹp
D: đường kính của piston chính (mm) d: Đường kính cần piston
Trị số đường kính đều được tiêu chuẩn và có thể dùng các trị số sau: 45, 55, 65,
Từ công thức d/D= k (truyền động dầu ép trong máy)
Trong đó: k: hệ số giữa cần piston và đường kính piston
Với các máy thủy lực có công suất vừa ta chọn k = 0,5 - 0,7
Chọn k = 0,5 => d = 1/2D Đường kính ngoài của xi lanh kéo về là:
Chọn đường kính ngoài piston theo tiêu chuẩn D = 180 (mm) d = 90 (mm)
Chọn piston kẹp má tĩnh có đường kính ngoài và đường kính cần piston giống piston má động
3.2.4 Tính toán ống dẫn dầu
Thiết kế bộ truyền xích
Xích là một chuỗi mắt xích liên kết với nhau qua bản lề, giúp truyền động hiệu quả Sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng đĩa xích là yếu tố quan trọng trong quá trình truyền động của xích.
- Có thể truyền chuyển động giữa các trục tương đối xa
So với truyền động đai, bộ truyền xích có kích thước nhỏ gọn hơn, hoạt động không bị trượt và đạt hiệu suất cao với tỷ lệ 0,96 - 0,98, đồng thời lực tác dụng lên trục cũng tương đối nhỏ.
- Có thể cùng một lúc truyền chuyển động và công suất cho nhiều trục
- Có nhiều tiếng ồn khi làm việc
- Yêu cầu chăm sóc thường xuyên (bôi trơn, điều chỉnh làm căng xích)
- Chống mòn, nhất là khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn không tốt
Bộ truyền xích đƣợc sử dụng trong máy uốn ống là bộ truyền xích hở, thay đĩa xích dẫn bằng hai piston kéo đi và kéo về
Các loại xích truyền động thường dùng hiện nay gồm xích con lăn, xích ống, xích răng Trong đó từng loại xích có ƣu và nhƣợc điểm sau:
Cấu tạo khá đơn giản, rẽ tiền, tương đối dễ chế tạo Ngoài ra xích ống con lăn có khả năng giảm mòn cho răng đĩa xích
Xích có cấu tạo tương tự như xích con lăn nhưng không sử dụng con lăn, giúp giảm chi phí sản xuất và khối lượng xích Tuy nhiên, xích và răng đĩa sẽ nhanh chóng bị mòn hơn.
Có khả năng tải cao hơn xích con lăn, làm việc êm và ít ồn hơn Nhƣng chế tạo phức tạp và khối lƣợng nặng hơn
Với đặc điểm của máy uốn ống là làm việc đòi hỏi không quá êm, tải cũng không lớn lắm nên ta chọn xích ống con lăn
Hình 4.1 Cấu tạo xích ống con lăn
4.1.2 Định số răng đĩa xích
Số răng của đĩa xích ít sẽ dẫn đến việc xích mòn nhanh hơn, gia tăng va đập giữa mắt xích và đĩa, đồng thời tạo ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động Do đó, việc hạn chế số răng của đĩa xích là cần thiết Để lựa chọn số răng phù hợp, hãy tham khảo bảng 6-3 trong tài liệu TK CTM.
Chọn đĩa xích bị dẫn Z1 = 30 (răng) a) Định bước xích
+ Ta tính hệ số điều kiện sử dụng: K = KđKAK0KđcKbKc.
Kđ = 1,2 : Hệ số kể đến tải va đập
KA = 1 : Hệ số kể đến khoảng cách trục
K0 = 1 : Hệ số kể đến bộ truyền đặt nghiêng nhỏ hơn 60 0
Kđc = 1,25 : Hệ số tính đến khả năng điều chỉnh trục xích không đƣợc
Kb = 1,5 : Hệ số kể đên bôi trơn định kỳ
Kc = 1 : Hệ số làm việc một ca
+ Hệ số răng đĩa dẫn: 0 , 83
Dựa vào bảng 6-4 trong tài liệu, với cột n01 = 50 (vg/ph), chúng ta chọn xích ống con lăn có bước xích t = 50,8 (mm) và diện tích F = 646 (mm²), cùng với công suất cho phép là 23,9 (KW) Kích thước chủ yếu sẽ được xác định từ bảng 6-1, trong đó tải trọng phá hỏng Q được tính là 160000 (N).
Kiểm nghiệm số vòng quay theo điều kiện n 1 n gh Theo bảng 6-5 ([8]-Trang
Dây chuyền 107 - TK CTM có bước xích t = 50,08 mm và đĩa dẫn với số răng Z1 = 30 Đĩa dẫn có thể đạt số vòng quay giới hạn lên đến 370 vg/ph, đáp ứng đầy đủ các điều kiện kỹ thuật.
= 5 vg/ph b) Tính đường kính vòng chia của đĩa xích
Chọn đường kính đĩa xích Dc = 480 (mm) c) Tính chiều dài xích và số mắt xích
Từ góc uốn lớn nhất của ống có thể uốn đƣợc trên máy là 0 0 ta có:
Hình 4.2 Sơ đồ bố trí xích kéo Điều kiện chiều dài xích:
= 1130,4 mm Để đảm bảo trong quá trình hoạt động khớp nối không va vào đĩa xích ta chọn
Chiều dài xích cần thiết:
Số mắt xích tính toán:
Thực tế số mắt xích là số nguyên nên ta lấy Xtt = 33 mắt xích
Chiều dài xích thực tế:
* Số lần va đập u của bản lề xích trong một giây
Vậy xích đảm bảo an toàn và ổn định khi làm việc d) Tính lực tác dụng lên trục
Lực tác dụng lên trục đƣợc tính theo công thức:
Hệ số Kt là yếu tố quan trọng để xem xét tác động của trọng lực xích lên trục, đặc biệt khi bộ truyền được lắp đặt nằm ngang hoặc nghiêng với góc nhỏ hơn 40 độ so với mặt phẳng ngang.
Kt = 1,15; Khi bộ truyền nằm thẳng đứng hoặc nghiêng một góc lớn hơn 40 0 so với phương ngang Kt = 1,05
Phản lực ở các gối trục:
Tính mômen uốn ở tiết diện nguy hiểm
Hình 4.3 Biểu đồ mô men + Ở tiết diện n - n
+ Tính đường kính trục ở tiết diện n - n
Ta có công thức d 3 0 , M 1 tđ (mm) ([8]-CT 7-3 Tr117 - TK CTM) Với = 50 N/mm 2 theo bảng 7-2 ([8]-Trang 119 - TK CTM) dn - n 3
DUT.LRCC Đường kính ở tiết diện n-n lấy bằng 200 (mm )
Tính chính xác trục theo công thức n = n n n n n
([8]-CT 7-5 Tr120 - TK CTM) n , n Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp
Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kì đối xứng
Bộ truyền làm việc hai chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng:
Giới hạn mỏi uốn và xoắn
(Trục bằng thép 45 có b = 600 N/mm 2 )
Ta có Mu = 24694236 (N.mm) ; MX = 38583600 (Nmm)
Trong đó W, W0 là mô men chống uốn và mô men chống xoắn
Chọn hệ số và theo vật liệu Đối với thép cacbon trung bình = 0,1 và = 0,05 Hệ số tăng bền = 1
Theo bảng 7- 4 ([8]-Trang 123 - TK CTM) lấy = 0,64 ; = 0,5
Theo bảng 7- 8 ([8]-Trang 127 - TK CTM) lấy k = 1,63 ; k = 1,5
Tập trung ứng suất do lắp căng, với kiểu lắp ta chọn T3 áp suất sinh ra trên bề mặt ghép 30 N/mm 2 , tra bảng 7-10 (Trang 128 - TK CTM) ta có : 3,2
Hệ số an toàn cho phép n thường lấy bằng 1,5 - 2,5
Vậy trục đủ độ bền, ta lấy đường kính trục d = 200 (mm)
4.2.3 Tính then Để cố định bánh xích theo phương tiếp tuyến, nói cách khác là để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh xích hoặc ngƣợc lại ta dùng then Then có nhiều loại, ta chọn loại then bằng để thiết kế
+ Ta tính then cho đoạn trục dùng để lắp bánh xích có đường kính d = 200 (mm)
Tra bảng 7-23 ([8]-Trang 143 - TK CTM) ta chọn then có các thông số sau: b = 45; h = 25; t = 13; t1= 12,2 ; k = 14,6
Chiều dài then 0,8.lm (lm: chiều dài mayơ), bánh xích có chiều rộng B = 120 (mm), chọn lm theo điều kiện
Kiểm nghiệm về sức bền dập theo công thức 7-11 ([8]-Tr 139 - TK CTM)
Theo bảng 7-20 ([8]-Trang 142 - TK CTM) ta có d 100 N / mm 2
Nhƣ vậy thỏa mãn điều kiện bền dập
Kiểm nghiệm sức bền cắt:
Theo công thức 7-12 ([8]-Trang 139 - TK CTM)
Tra bảng 7-21 ([8]-Tr 142 - TK CTM) ta có : c 87 N / mm 2
Vậy then đã chọn thoã mãn điều kiện làm việc
4.2.4 Thiết kế gối đỡ trục
Vì trục quay chịu lực dọc trục và lực hướng tâm lớn nên ta chọn ổ bi đũa côn đỡ chặn
Vì có lực hướng tâm lớn nên chọn ổ đũa côn làm gối đỡ trục
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức
C Cbảng n = 5 (vg/ph) h = 8 x 300 x 2 = 4800 (giờ) m = 1,5 - hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm
Kn = 1; nhiệt độ làm việc dưới 100 0 C
Kv = 1 - hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay
Như vậy lực At hướng về gối trục bên trái trục
Phản lực tại gối E lớn hơn gối F nên ta tính cho gối E sau đó lấy cùng loại cho gối F, áp dụng công thức 8-6 ([8]-Trang 163 - TK CTM )
Thay vào công thức trên ta có:
Tra bảng 8 [7] ứng với d = 120 (mm) ta chọn ổ có kí hiệu 7624
Cbảng = 588890, đường kính ngoài D = 260m, bề rộng B = 86 (mm)