6.2.1 Tính toán thiết kế xylanh 1, xylanh 2 và xylanh 3
Xylanh 2:
Thời gian vươn ra 5S, thời gian lùi vào 4S hành trình L = 90 mm.
- Xác định phụ tải đặt lên cần piston.
Khi di chuyển cần piston chỉ chịu lực ma sát và lực cần thiết để tạo nên gia tốc cho cụm kẹp . vận tốc đầu v = 0, sau 5 giây quãng đường đi được là L = 90 mm = 0,09 m.
Gia tốc: a = 2𝑙
𝑡2=2.0,09
52 = 0,007 𝑚/𝑠2
Theo thiết kế sơ bộ thì khối lượng cụm kẹp: M=1,3kg, hệ số ma sát f=0,2.
F = 𝐹𝑚𝑠 + 𝐹𝑞𝑡=M.g.f+a.M = 1,3.9,8.0,2+0,007.1,3 = 2,55 KN Phụ tải trên cần piston: áp lực cần thiết khi kẹp: P = 2,55 KN
- Tính toán lực cần thiết để thắng phụ tải trong cả hai chiều chuyển động:
Lực tính toán cần thiết là lực lớn hơn trong hai quá trình di chuyển và kẹp, vậy lực cần thiết là P=F=2,55 KN.
- Chọn kết cấu xylanh:
Kết cấu của xylanh được chọn sao cho đảm bảo yêu cầu truyền động với yêu cầu như trên ta chọn kết cấu xylanh tác động kép 1 cần.
Hình 6.2 Xylanh tác động kép Trong đó:
D - đường kính ngoài xylanh.
d – đường kính cần xylanh.
Q – lưu lượng làm việc.
V – vận tốc tới của xylanh.
P – áp suất làm việc.
- Chọn áp suất làm việc của xylanh:
Áp suất làm việc của xylanh được lựa chọn dựa vào vận tốc chuyển động của cần theo 5.9[7]. Ta chọn P=40 bar = 40.105 N/𝑚2.
- Tính diện tích của piston theo áp suất làm việc và phụ tải:
Diện tích của piston theo áp suất và phụ tải, trang:
A=𝐹𝑘
𝑃 = 2500
40.105 = 6,25. 10−4𝑚2 (6.1)
Tính đường kính trong xylanh D và cần piston d theo vận tốc và lực. nên lấy d≈
(0,5 ÷ 0,7)𝐷 trang 88[5]
Ta có:
A=𝜋.𝐷2
4 (6.2)
⟹ 𝐷 = √4.𝐴
𝜋 = √4.6,25.100
𝜋 = 30 𝑚𝑚
Dựa vào bảng 4.1[5] ta chọn xylanh theo tiêu chuẩn với:D = 80 mm, d = 56 mm A=𝜋𝐷2
4 =𝜋0,82
4 = 0,5 𝑑𝑚2 𝐴 − 𝑎 = 𝜋(𝐷2−𝑑2)
4 =𝜋(0,82−0,562)
4 = 0,25 𝑑𝑚2 𝑃1 = 𝐹𝑡
𝐴−𝑎 = 9500
0,25.10−3 = 42𝑏𝑎𝑟
- Tính lưu lượng cần thiết theo giá trị vận tốc:
Vận tốc tới của cần piston: 𝑉𝑡 =90
6 = 15𝑚𝑚
𝑠 = 9 𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 Vận tốc lùi của cần piston: 𝑉𝑙 =90
3 = 30𝑚𝑚
𝑠 = 18 𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 Lưu lượng khi làm việc: 𝑄𝑡 = 𝐴 × 𝑉 = 0,5.9 = 4,5 𝑙/𝑝ℎú𝑡
𝑄𝑙 = 𝐴 × 𝑉 = 0,5.18 = 2,25 𝑙/𝑝ℎú𝑡
Xylanh 3:
với 𝑃3 = 𝐹𝑎𝑙 = 3𝐾𝑁, 𝐿 = 50 𝑚𝑚
Tính toán tương tự ta chọn: D = 80 mm, d = 56 mm Vận tốc tới của cần piston: 𝑉𝑡 =50
6 = 8.3𝑚𝑚
𝑠 = 4.98 𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 Vận tốc lùi của cần piston: 𝑉𝑙 =50
3 = 16.6𝑚𝑚
𝑠 = 9.96𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 𝑄𝑡 = 2,5 𝑙/𝑝ℎú𝑡
𝑄𝑙 = 5 𝑙/𝑝ℎú𝑡
Xylanh 1:
với 𝑃1 = 𝐹𝑎𝑙 = 3𝐾𝑁, 𝐿 = 30 𝑚𝑚
Tính toán tương tự ta chọn: D = 80 mm, d = 56 mm Vận tốc tới của cần piston: 𝑉𝑡 =30
6 = 5 𝑚𝑚
𝑠 = 3 𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 Vận tốc lùi của cần piston: 𝑉𝑙 =30
3 = 10𝑚𝑚
𝑠 = 6 𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 𝑄𝑡 = 1,5 𝑙/𝑝ℎú𝑡
𝑄𝑙 = 3 𝑙/𝑝ℎú𝑡 6.2.2 Tính toán thiết kế xylanh thủy lực 4 - Chu kì hoạt động của xylanh:
+ Thời gian vươn ra trong 10s.
+ Thời gian lùi 6s.
- Xác định kích thước của xylanh theo vị trí làm việc:
Xylanh được nối trực tiếp với thanh răng, tác động để thực hiện chuyển động tới và lùi của thanh răng. Góc uốn tối đa của sản phẩm ống là 180° tương đương với góc quay của trục chính là 180°. Thông qua kích thước của bộ truyền bánh răng-thanh răng ta xác định được hành trình của thanh răng và xylanh đẩy:
𝑙𝑐 =𝑑𝑐.𝛼
2 =140.𝜋
2 = 70𝜋 (𝑚𝑚) - Xác định phụ tải đặt lên cần pittong:
+ Lực tiếp tuyến cần thiết trong bộ truyền thanh răng-bánh răng:
Khi cần pittong đi tới:
𝐹𝑐𝑡 =2.𝑀𝑡
𝑑𝑐 =2.743,75
140 = 10,7 𝐾𝑁.mm
Khi cần pittong lùi về:
𝐹𝑐𝑙 =2.𝑀𝑙
𝑑𝑐 =2.743,75.0,2
140 = 2,1 𝐾𝑁.mm + Lực cần thiết để tạo gia tốc cho thanh răng:
Với vận tốc ban đầu bằng 0 đầu cần pittong di chuyển chiều dài yêu cầu là 𝑙𝑐 trong thời gian t, ta xác định được gia tốc của chuyển động:
𝑎𝑡 =2.𝑙𝑐
𝑡𝑡2 =2.60.𝜋
102 = 5,8. 10−3 𝑚/𝑠2 𝑎𝑙 =2.𝑙𝑐
𝑡𝑙2 =2.60.𝜋
62 = 10,47. 10−3 𝑚/𝑠2
Dựa vào tính toán thiết kế ở phần trên ta có trọng lượng của thanh răng:
𝑀𝑡𝑟 = 𝑉. 𝑚 = 5,2. 10−3.7,8. 10−3=40,6 Kg
Khi cần pittong đi tới:
𝐹𝑡 = 6,87. 10−3. 40,6 = 278. 10−3 N 𝐹𝑣 = 10,47. 10−3. 40,6 = 495,32. 10−3 N - Lực cần thiết để tạo gia tốc cụm quay:
Với cụm quay gia tốc bao gồm gia tốc tiếp và gia tốc pháp:
Gia tốc góc: 𝛽 =2.𝜃
𝑡2 𝑟𝑎𝑑/𝑠2
Vận tốc góc: 𝜔 = 𝜔0+ 𝛽. 𝑡 𝑟𝑎𝑑/𝑠2 Do 𝜔0 = 0 nên : 𝜔 = 𝛽. 𝑡 𝑟𝑎𝑑/𝑠2 Trong đó:
Gia tốc tiếp của chuyển động: 𝑎𝑡 = 𝛽. 𝑟 = 2.𝜃
𝑡2
Gia tốc pháp của chuyển động: 𝑎𝑛 = 𝜔2. 𝑟 = (2.𝜃
𝑡2)2.r
Gia tốc của chuyển động: 𝑎 = √𝑎𝑡2+ 𝑎𝑛2
Lực cần thiết để tạo ra gia tốc: 𝐹𝑎 = 𝑎. 𝑀
Với M=112Kg
Bảng 6.1 Thông số động lực học của xylanh
Xylanh t (s) 𝑎𝑡 (m/s) 𝑎𝑛 (m/s) a (m/s) 𝐹𝑎 (N)
Tới 10 0,036 0,1 0,11 12.32
lùi 6 0,087 0,17 0,19 21.28
- Tính toán lực cần thiết để thắng phụ tải trong cả hai chiều chuyển động:
Lực tính toán cần thiết là tổng hợp các lực trên:
Xylanh đi tới: 𝐹𝑡 = 10625 + 278. 10−3+ 12.32 = 10637,59 N Xylanh lùi về: 𝐹𝑣 = 2125 + 495,32. 10−3+ 21.28 = 2146,77 N - Chọn kết cấu xylanh:
Kết cấu của xylanh được chọn sao cho vừa đảm bảo yêu cầu truyền động, vừa tạo thuận lợi cho việc sử dụng cảm biến hành trình sau này. Với yêu cầu trên ta chọn xylanh tác động kép có cần hai phía.
Trong đó:
D - đường kính ngoài xylanh.
d – đường kính cần xylanh.
A – tiết diện xylanh.
a – tiết diện cần.
Q – lưu lượng làm việc.
V – vận tốc tới của xylanh.
V – vận tốc lùi xy lanh.
P – áp suất làm việc - Chọn áp suất làm việc của xylanh.
Áp suất làm việc của xylanh được chọn dựa vào vận tốc chuyển động của cần theo 5.9[6], ta chọn : P = 40 bar =40.105 N/𝑚𝑚2
- Tính diện tích của xylanh theo áp suất và phụ tải:
A – a = 𝐹𝑡
𝑃 = 10644
40.105 = 2,66. 10−3 = 2661𝑚𝑚2
- Tính đường kính xylanh D và cần xylanh d theo vận tốc và lực:
nên lấy d≈(0,5÷0,7)D theo.
Dựa vào bảng 4.1[6] ta chọn xylanh theo tiêu chuẩn sau:
D = 125 mm d = 90 mm A – a =𝜋.(𝐷
2−𝑑2)
4 =𝜋(1252−902)
4 = 5907 𝑚𝑚2 ≈ 0,59𝑑𝑚2 Áp lực:
𝑃1 = 𝐹𝑡
𝐴−𝑎 = 10644
0,0059 = 18,04 𝑏𝑎𝑟 𝑃2 = 𝐹𝑣
𝐴−𝑎=2203,925
0,0059 = 3,73 𝑏𝑎𝑟
Xác định khoảng chạy của xy lanh, Nên chọn L<15D.
- Tính lưu lượng cần thiết theo giá trị vận tốc:
Vận tốc cần pistong:
Vận tốc tới: V = 70𝜋
8 = 27,5 𝑚𝑚/𝑠 = 16,5𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 Vận tốc lùi: v = 70𝜋
6 = 36,65 𝑚𝑚/𝑠 = 21,99𝑑𝑚/𝑝ℎú𝑡 Lưu lượng khi làm việc: