Đề tài Truyền động thủy lực và khí nén

MỤC LỤC Thông số kỹ thuật Số liệu Ghi chú Lực ép 150 tấn Hành trình xylanh ép chính 600 mm Tốc độ xuống bàn ép nhanh 100 mm/s Tốc độ ép 9 mm/s Tốc độ hồi bàn ép 90 mm/s Xylanh ép chính sử dụng loại xylanh chày, ép từ trên xuống. Sử dụng hay xylanh nhỏ cho hành trình bàn ép nhanh và hồi bàn ép. Yêu cầu: Đưa ra giải pháp bố trí các xylanh. Thiết kế sơ đồ thủy lực. Tính toán thông số xylanh ép chính (tự chọn áp suất làm việc), xylanh nhỏ, bơm nguồn (p,Q), động cơ kéo bơm (tự chọn số vòng quay theo tiêu chuẩn) dung tích bể dầu Lựa chọn các phần tử thủy lực phù hợp ( theo catalog của một nhà cung cấp bất kỳ 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, 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 lực đã được đưa vào trong rất nhiều ngành công nghiệp lớn nhỏ khác nhau như:Luyện cán thép, Đóng tàu ,Dầu mỏ Mặc dù rất cố gắng nỗ lực tuy nhiên do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về chuyên môn nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dung cũng như trong cách trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thày cô giáo, các bạn và những người quan tâm tới đồ án này để đồ án thêm hoàn thiện và mang tính thực tiễn cao hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy TRẦN KHÁNH DƯƠNG cùng các thầy cô trong bộ môn Máy Tự Động Thủy Khí đã giúp em trong suốt quá trình làm đồ án. GIỚI THIỆU MÁY ÉP THỦY LỰC 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 thủyđó là do hệ thống thủy lực có rất nhiều ưu điểm quan trọng so vói các hệ thống cơ khí hay điện: làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn và kích thước nhỏ gọn Chỉ nói riêng đến máy ép, từ loại nhỏ 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 không làm đựoc. Ví dụ như: máy ép kim loại, máy ép phế liệu, máy ép viên thuốc nén, máy ép gạch Máy ép gạch ngói CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 1- Xylanh ép chính 10 – Van xả áp 2 - Xylanh nhỏ 11 – Van 1 chiều có điều khiển 3 – Tiết lưu 12 – Van phân phối 4 – Van chống rơi 13 – Van 1 chiều 5 – Van phân phối 14 – Van phân phối 6 – Tiết lưu 15 – Van an toàn 7 – Bơm nguồn 16 – Van xả 8 – Bộ làm mát 17 – Bể dầu – Cụm bộ lọc 1.2 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 của thiết kế . Đồng hồ đo áp : Dùng để đo áp suất tại đầu ra của bơm ,từ đó xác định được điều kiện làm việc cụ thể của bơm trong từng trường hợp khác nhau . Van phân phối 4/3 : Van có 4 cửa nhưng hoạt động ở 3 vị trí, van này có đặc điểm là ở chế độ chờ (không tải) tại vị trí van chưa hoạt động.Dầu sẽ qua van và hồi về bể . Van 1 chiều có điều khiển : lấy tín hiệu từ áp suất dầu trong hệ thống để hoạt động, Xylanh chính  : Tạo lực cần thiết để ép vật liệu. Xylanh nhỏ : thực hiện quá trình xuống bàn ép nhanh và hồi bàn ép. Tiết lưu : Điều chỉnh lưu lượng vào xylanh Cụm làm mát : Thiết bị làm mát dùng 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 trong dầu -> 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 suất. Dầu sẽ qua van 1 chiều khi bộ lọc hoạt động quá mức cho phép . Bể dầu : Để đựng lượng dầu cần thiết cho hoạt động của hệ thống. MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Hành trình xuống bàn ép nhanh : Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu sẽ qua van phân phối đến 2 xylanh nhỏ giúp kéo bàn ép xuống với tốc độ nhanh. Tiết lưu sẽ giúp điều chỉnh lưu lượng vào 2 xylanh bằng nhau và điều chỉnh đúng tốc độ yêu cầu Hành trình ép chính: Lúc này van phân phối số 5 sẽ trở về vị trí ở giữa, dầu sẽ được cấp qua van số 14 lên xylanh ép chính để thực hiện hành trình ép Chế độ giữ tải : là chế độ mà xilanh sau khi ép xong sẽ đứng im nhằm làm cho vật liệu ép gắn kết bền chặt hơn, tạo sản phẩm đạt yêu cầu về độ bền cơ học.Lúc này van an toàn sẽ hoạt động để áp suất hệ thống không lên cao gây hỏng kết cấu sản phẩm. Hành trình lùi bàn ép : Đóng van số 14, đưa van số 5 về vị trí như hình vẽ. Dầu sẽ cấp qua van số 5 lên 2 xylanh nhỏ giúp đẩy bàn ép lên . Trong thời gian này, sản phẩm sẽ được lấy ra khỏi bàn ép CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH: Tính toán xylanh chính Lực ép F = 150 tấn = 150 . 9,8 (kN) Áp suất khi ép (làm việc): Plv = 200 bar Diện tích tính toán của xylanh là: (m2 ) Đường kính tính toán của xylanh là: (m) Dtt = 306 mm Chọn xylanh theo bàng tiêu chuẩn với : + Đường kính pittông: D = 320 (mm) = 0,32 (m) + Đường kính cần pittông: d = 240 (mm) D d Diện tích làm việc của xylanh là: (m2 ) = 8,04 (dm2 ) Áp suất làm việc: Plv ( N/m2 ) = 182,84 bar Vận tốc khi ép: = 9(mm/s) = 5,4 (dm/ph) Vậy lưu lượng qua xy lanh chính: = . = 8,04 . 5,4 = 43,416 ( l/ph) Áp suất và lưu lượng yêu cầu trong khi ép: = 182,84 bar , = 43,416 (l/ph) Tính toán 2 xylanh nhỏ Chọn kích thước của bàn ép gắn cứng với cần pittong là (1m ; 1m ; 0,5m) Khối lượng riêng của thép khoảng 7,85 tấn/m3 Khối lượng của bàn ép m = V . ρ = 0,5 . 7,85 = 3,925 (tấn) Áp suất làm việc : p = 50bar Diện tích làm việc của xylanh (m2 ) Đường kính tính toán của xylanh là: (m) = 70(mm) Chọn xylanh theo bảng tiêu chuẩn với D = 80 (mm) ; d = 50(mm) Diện tích làm việc của xylanh là: (m2 ) = 0,503 (dm2 ) Áp suất làm việc: Plv ( N/m2 ) = 38,24 bar Vận tốc hồi bàn ép: = 90(mm/s) = 54 (dm/ph) Vậy lưu lượng qua xy lanh nhỏ: = . = 0,503 . 54 = 27,2 ( l/ph) TÍNH TOÁN CHỌN BƠM: Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm Việc tính chọn mẫu bơm dựa trên thông số thiết kế bơm: Để đảm bảo yêu cầu áp suất của bơm cấp cho hệ thống, xác định áp suất bơm theo hệ số: Pbơm ≥ 1,2 Plv=1,2.182,84 ≈ 220 (bar) Vậy thông số để chọn bơm là: Pbơm = 220bar và Qbơm= 53 (l/ph). Nbơm = (kw) Chọn số vòng quay của bơm là 1450 (v/ph) Lưu lượng riêng của bơm là q = Qn = 53.1031450= 36,55(cm3/vg) Tra catalogue của hãng REXROTH ta chọn loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài có tên gọi: 1PF2G3-3X/038 RA 07 MSK Thông số của bơm: q = 38 (cm3/vg) pmax = 240( bar) nmax = 3100 (v/ph) Tính toán chọn động cơ Việc tính toán chọn động cơ gồm các lựa chọn: Chọn loại, kiểu động cơ: nếu chọn phù hợp thì động cơ sẽ có tính năng làm việc thích hợp với yêu cầu truyền động của máy. Ở đây, chọn động cơ điện 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 suất của động cơ Nđc: phải dựa trên công suất của bơm, 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 qúa 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 ∆Nck ≈ 15% Nđc. Ngoài lượng tổn thất này ra thì 85% Nđc sẽ được chuyển thành công suất thuỷ lực mà bơm dầu cấp cho hệ thống. Vậy công suất yêu cầu tối thiểu của động cơ là: Nđc = ≈ 22(kw). lấy Nđc = 22 (kw). Số vòng quay của động cơ trùng với số vòng quay của bơm n = 1450 (vg/ph) Tra phụ lục P1.3, 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 22 kw vận tốc quay ndc = 1470 vòng/ phút. hiệu suất = 90% TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG Đường ống dùng phổ biến trong hệ thống thủy lực là các loại ống thép đúc và ống mềm (ống cao su) chịu áp. 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: Đối với ống hút : vhút ≤ 2m/s. Đối với ống đẩy: vđẩy ≤ 56 m/s. Đối với ống xả : vxả ≤ 34 m/s. Đường kính trong của ống tính theo công thức: d = 2.3.1 Tính toán đường kính ống hút Để tính toán lấy vhút = 1,5 m/s, đường kính thiết kế của ống hút là: dhút =(m) = 27,3 (mm) Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống hút là :dhút = 28 (mm), và đường kính ngoài ống hút là: Dhút = 32 (mm). 2.3.2 Tính toán đường kính ống đẩy Chọn vđẩy = 5 m/s, Đường kính trong của ống đẩy theo thiết kế là: ddây =( m) = 15 (mm) Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống đẩy là: ddây = 16 (mm), và đường kính ngoài ống đẩy là:Dđẩy = 20 (mm). 2.3.3 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: dxảtk = (m) = 23,7 (mm). Theo tiêu chuẩn về đường ống thủy lực, ta chọn được đường kính trong ống xả là: dxả = 24 (mm), và đường kính ngoài ống xả Dxả = 28 (mm). 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 = ( 35 ) Qbơm = ( 35 )x 53 (l/ph) = 159265 lit. Tham khảo cách tính toán và các công thức tính toán kích thước bể dầu trang 350352/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) k1, k2 là hệ số tỷ lệ, thông thường k1= 13 và k2= 12, ở đây ta chọn k1=2, k2=1,5 Thông thường, chiều cao của dầu trong bể chỉ ở mức 0,8 chiều cao của bể là hợp lý chiều cao của dầu trong bể là: h = 0,8H = 1,2a Vậy thể tích dầu trong bể là: V = a.b.h = a. 2a. 1,2a = 2,4.a3 = 265 (lít) Suy ra chiều ngang bể: a = (m). chiều dài bể: b = 2a = 0,96 (m) chiều cao bể: H = 1,5a= 0,72(m). CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 3.1. XÁC ĐỊNH VAN PHÂN PHỐI - Hệ thống ép hoạt động liên tục theo một quy trình khép kín và dựa vào tính kinh tế, lưu lượng và áp suất ta chọn van phân phối điều khiển điện. - Ta chọn van phân phối dạng 4/3 ( 4 cửa 3 vị trí) Xác định van: Với lưu lượng qua van : Q = 28 (l/ph). Áp suất tại van: P = 108 (bar). Tra Catalog của hãng REXROTH ta chọn van phân phối 2 cấp Kí hiệu: 4 WE 6 J 6X/E G24 Trong đó các thông số của van : 4 : van 4 cửa , 3 vi trớ WE : điều khiển van bằng điện ( Electro-Hydraulic) 6 : size 6 J : tại vị trí trung gian cửa A và B thông nhau 6X : series 6X ( từ series 10 đến 19) E : loại van có hiệu suất cao G24 : điều khiển cuộn từ bằng điện áp : 24DVC Đây là loại van phân phối 2 cấp: Pmax= 350 bar Qmax=80 l/ph 3.2. VAN MỘT CHIỀU CÓ ĐIỀU KHIỂN. Van nµy ®­îc l¾p ë ®Çu d­íi cña xi lanh, ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng thñy lùc. Víi l­u l­îng : Q = 44 (l/ph). Áp suất : P = 183 (bar). Tra Catalog h·ng REXROTH ta chän lo¹i van nh­ sau: Ký hiÖu: SV 6 P B 2-6X với Pmax= 315 bar Qmax= 60 l/ph Trong đó: - SV : van một chiều có điều khiển 1 tín hiệu - 6 : size 6 - 2 : tổn thất áp suất ∆p =3 bar - 6X : serises từ 60 đến 69 3.3 VAN AN TOÀN áp suất làm việc của bơm : P = 108 (bar). Lưu lượng của bơm : Q = 28 (l/ph). Tra Catalogue của hãng REXROTH ta chon được van có các thông số như sau : Ký hiệu : DB 6 K 1- 4X/ 315... Trong đó : - DB : van áp suất 6 :size 6 1 :núm xoay 4X: seri từ 40-49 315 : Áp suất max 315 bar 3.4 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống 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 dũng dầu. Kớch thước đường ống được xác định thông qua lưu lượng chảy qua ống và vận tốc chảy qua cho phép. Loai ống : ống mềm Đường kính ống : hút , đẩy , xả tương ứng 32 , 20 , 28 [mm] áp suất cực đại của chất lỏng chảy trong ống : 220 (bar) 3.5 XÁC ĐỊNH LOẠI ỐNG NỐI Chọn loại ống nối siết chặt bằng đai ốc, đường kính ống chọn sao cho khớp với ống dẫn. hỡnh dạng như sau: a) ống nối vặn ren b) ống nối siết chặt. 3.6 ÁP KẾ - Dùng áp kế lò so với chỉ số áp suất max 250 bar - Căn sứ vào áp suất làm việc cực đai và độ chính xác yêu cầu của hệ thống cần đo ta chọn loại hợp lí nhất. 3.7 BỘ LỌC DẦU Bộ lọc dầu co nhiệm vụ làm sạch dầu công tác khỏi các chất cặn bẩn từ bên ngoài vào hoặc do sự mài mòn các chi tiết khi làm việc , bảo đảm cho hệ thống làm việc ổn định , tăng tuổi thọ các chi tiết . Để làm sạch các chất cặn bẩn dạng cứng người ta sử dụng phương pháp cơ khí. Trong máy ép thuỷ lực chọn lưới lọc bằng kim loại, bộ lọc bằng lưới kim loại có ưu điểm là lưu lượng lớn , độ bền tương đối cao, khả năng chịu áp lực tốt Tõ Q = 53 (l/ph) vµ ®iÒu kiÖn lµ bé läc cã thÓ läc ®­îc chÊt bÈn cã ®­êng kÝnh 0,025 mm.Ta cã ®­îc bé läc phï hîp Ký hiÖu : Tªn : RPL W/HC 6500 F 25.. ¸p suÊt lµm viÖc cùc ®¹i : P = 25 (bar). L­u l­îng cùc ®¹i : Q = 360 (l/ph). TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Máy Thủy Lực Thể Tích. Các Phần Tử Thủy Lực Và Cơ Cấu Điều Khiển Trợ Động. PGS.TS. Hoàng Thị Bích Ngọc. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2007. [2]. Truyền Động Thủy Lực Thể Tích. Lê Danh Liên. [3]. Giáo Trình Hệ Thống Truyền Động Thủy Khí. PGS.TS. Trần Xuân Tùy-THS. Trần Minh Chính-KS. Trần Ngọc Hải, 2005. [4]. Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí, Tập 1 và 2. Trịnh Chất-Lê Văn Uyển. NXB Giáo Dục, 2007. [5]. CATALOGUE HYDRAULIC của hãng REXROTH.