ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY NHẤN TRỤ ĐIỆN KIỂU THỦY LỰC
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY NHẤN TRỤ ĐIỆN KIỂU THỦY LỰC
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, Đảng và Nhà Nước cùng với nhân dân thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Đảng ta đã xác định công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa. Như chúng ta đã biết nước ta là một nước có nền công nghiệp còn lạc hậu, trình độ công nghệ chưa theo kịp các nước trên thế giới vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị để phục vụ cho nền kinh tế. Từ đó Đảng ta đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó việc đào tạo thế hệ những người có chuyên môn trong lĩnh vực này là rất cần thiết.
Từ chủ trương của Đảng trường ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG không ngừng phát triển, nâng cao chất lượng dạy và học trong đó ngành cơ khí ngày càng phát triển, được đầu tư xây dựng cơ sở dạy và học nâng cao chất lượng đào tạo. Là những sinh viên may mắn được tìm hiểu và học tập tại khoa cơ khí chúng em rất tự hào và phấn khởi. Sau một thời gian học tập tại trường và được đi tham quan và thực tập tại các nhà máy xí nghiệp bản thân em đã được giao cho nhiệm vụ thiết kế máy ép thủy lực chuyên dùng nhấn trụ điện chiếu sáng.
Bằng kiến thức học tập được tại trường và qua quá trình thực tập tại nơi sản xuất cùng với sự hướng dẫn tận tình cúa thầy BÙI TRƯƠNG VĨ em đã phần nào hoàn thành nhiệm vụ đã được giao
Tuy nhiên do khả năng còn hạn chế nên việc tính toán thiết kế máy chắt chắn còn rất nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo.
MỤC LỤC MÁY NHẤN TRỤ ĐIỆN KIỂU THỦY LỰC
Chương 1. GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT
1.1. GIỚI THIỆU SẢN PHẨM
1.2. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Chương 2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI
2.1.1. Tính dẻo của kim loại
2.1.2. Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo
2.1.3. Biến dạng dẻo của kim laọi trong trạng thái nguội
2.2.LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH UỐN
2.2.1.Khái niệm
2.2.2.Quá trình uốn
2.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐỂ UỐN PHÔI THÉP
2.3.1. Cơ sở tính toán
2.3.2.Công thức
Chương 3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
3.1. GIỚI THIỆU QUI TRÌNH GIA CÔNG
3.2.PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH
3.3. CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỘNG HỌC
3.3.1. Phương án 1
3.3.2. Phương án 2
3.3.3. Phương án 3
3.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
3.5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CHO MÁY
3.5.1. Phân tích hoạt động của máy
3.5.2. Tính toán lực ép cần thiết của máy
3.6. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG
3.6.1. Tính lực ép, áp suất, đường kính piston
3.6.2. Tính chọn công suất bơm dầu
3.6.3. Tính van an toàn
3.6.4. Tính toán van cản
3.6.5. Tính toán cho acqui dầu
3.6.6. Chọn lựa van điều khiển
3.6.7. Chọn lọc dầu cho hệ thống
3.6.8. Tính toán ống dẫn dầu
3.6.9. Tính công suất động cơ điện
3.6.10. Tính toán thiết kế bể chứa dầu
3.7. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
Chương 4. TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ KẾT CẤU MÁY
4.1. TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO THÂN DAO TRÊN
4.2. TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO THÂN DAO DƯỚI
4.3. TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO CẦN PISTON
4.4. TÍNH BỀ DÀY CHO THÀNH XI LANH
4.5. TÍNH CHỌN VÍT ĐỂ GHÉP VÒNG CHẮN KHÍT
Chương 5. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT GỐI ĐỠ TRỤC
5.1. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG
5.1.1. Công dụng
5.1.2. Các yêu cầu kỷ thuật
5.1.3. Vật liệu chế tạo
5.1.4. Phân tích chi tiết gia công
5.2. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT
5.3. CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
5.3.1. Chọn dạng phôi
5.3.2. Phương pháp chế tạo phôi
5.3.3. Tra lượng dư gia công cho các bề mặt của phôi
5.4. PHÂN TÍCH CHUẨN VÀ LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
5.4.1. Chọn chuẩn thô
5.4.2. Trình tự gia công chi tiết
5.5. NỘI DUNG CÁC NGUYÊN CÔNG
5.5.1. Nguyên công 1
5.5.2. Nguyên công 2
5.5.3. Nguyên công 3
5.5.4. Nguyên công 4
5.5.5. Nguyên công 5
5.5.6. Nguyên công 6
5.5.7. Nguyên công 7
5.5.8. Nguyên công 8
Chương 6. VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG
Chương 1
GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT
1.1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM
Sau hội nghị chuyên đề chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ 2 tổ chức tại thành phố Đà nẵng vào tháng 12 năm 1995 với mẫu trụ bát giác côn đầu tiên dùng cho chiếu sáng của công ty điện chiếu sáng Đà Nẵng giới thiệu được hội nghị chấp nhận . Các loại sản phẩm trụ chiếu sáng bát giác , tròn côn đã từng bước thay thế cho trụ bê tông ly tâm truyền thống .
Công nghệ sản phẩm trụ thép phục vụ cho các công trình ngày càng nhiều về số lượng cũng như yêu cầu cao về chất lượng và thẩm mỹ trong khi đó hàng ngoại nhập đã có mặt tại nhiều nơi trong nước nên các cơ sở sản xuất tất yếu phải cải tiến công nghệ đưa ra sản phẩm mới nhằm thỏa mãn nhu cầu của thị trường cũng như để cạnh tranh . Trên cơ sở nhu cầu của thị trường và để cạnh tranh việc sản xuất ra các loại trụ thép bằng công nghệ mới là rất quan trọng .
Sản phẩm trụ đèn chiếu sáng công cộng như bến cảng đường giao thông có nhu cầu rất lớn và chủ yếu phục vụ chiếu sáng cho các công trình giao thông là loại trụ bát giác có phần thân dài 6m , phần đế đúc bằng gang , phần cổ trụ .
Phần thân trụ được chế tạo từ phôi ban đầu là thép tấm có chiều dày 6mm , chiều dài 6m . Từ phôi ban đầu qua dập định hình để tạo thành hình bát giác rồi sau đó hàn giáp mối.
1.2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT.
Sau khi được giao đề tài thiết kế máy để gia công trụ đèn chiếu sáng em đã tìm hiểu qui trình sản xuất cụ thể của một trụ đèn chiếu sáng tại nơi sản xuất mà trong đó máythiết kế sẽ thực hiện một công đoạn trong quá trình gia công. Qui trình sản xuất gồm các bước như sau:
+ Chuẩn bị vật tư nguyên liệu .
+ Khai triển tole , vạch dấu .
+ Cắt tole đã khai triển bằng máy cắt Plasma .
+ Nhấn định hình trụ ( Đa giác hoặc tròn côn ) giai đoạn 1 .
+ Sửa phôi sau khi nhấn giai đoạn 1 (tiến hành hàn gân trong vết nối nếu trụ dài hơn 6m ).
+ Nhấn trụ giai đoạn 2 trên máy nhấn .
+ Ép liền 1 đương sinh trụ trên máy ép .
+ Hàn 1 đường sinh trụ bằng máy hàn tự động có khí CO2 bảo vệ .
+ Nắn trụ sau khi hàn bằng máy ép .
+ Mài định hình đương hàn bằng máy hàn cầm tay .
+ Hàn đế trụ cửa cột , đầu cột .
+ Kiểm tra xử lí tất cả các công đoạn trước .
+ Mạ kẽm .
+ Sửa trụ sau khi nhúng .
+ Hoàn chỉnh trụ nhập kho .
Vật liệu để chế tạo trụ đèn là các loại thép :
+ Thép gia công CT3 có sch = 24 [kg/mm2] , sb = 36 [kg/mm2].
+ Thép gia công J/S có sch = 37 [kg/mm2] , sb = 42 [kg/mm2].
Bề dày phôi thép tối đa là 6mm , chiều dài theo yêu cầu là 6000mm.
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI
Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực , kim loại biến dạng theo các giai đọan : biến dạng đàn hồi , biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy . Tùy theo từng cấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim .
Trong đơn tinh thể kim loại , các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định , mỗi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó (a) .
Hình 2.1 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể
+ Biến dạng đàn hồi : dưới tác dụng của ngoại lực , mạng tinh thể bị biến dạng . Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b) , nếu thôi tác dụng lực , mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu .
+ Biến dạng dẻo : khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi , kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh .
Theo hình thức trượt , một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định , mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c) . Trên mặt trượt , các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng , sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới , bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trang thái ban đầu .
Theo hình thức song tinh , một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d) . Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh .
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại , các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất , Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé , nhưng khi có song tinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn .
Biến dạng dẻo của đa tinh thể : kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể ( hạt tinh thể ) , cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể . Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt . Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh . Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau đó mới đến các hạt khác . Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều . Dưới tác dụng của ngoại lực , biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng , khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau . Do sự trượt và quay của các hạt , trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục xuất hiện .
2.1.1 Tính dẻo của kim loại :
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy . Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các nhân tố khác nhau : thành phần và tổ chức của kim loại , nhiệt độ , trạng thái ứng suất chính , ứng suất dư , ma sát ngoài , lực quán tính , tốc độ biến dạng .
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng , nhôm dẻo hơn sắt . Đối với các hợp kim , kiểu mạng thường phức tạp , xô lệch mạng lớn , một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm . Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại .
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ , hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng , dao động nhiệt của các nguyên tử tăng , đồng thời xô lệch mạng giảm , khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn . Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo , khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao .
Khi kim loại bị biến dạng nhiều , các hạt tinh thể bị vỡ vụn , xô lệch mạng tăng , ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh ( hiện tượng biến cứng ) . Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25¸0,30 Tnc ( nhiệt độ nóng chảy ) ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại ( hiện tượng phục hồi ) . Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại , tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn , mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng .
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khoi chịu ứng suất nén mặt , nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo .Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trang thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm .
2.1.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo :
Giả sử trong vật thể hoàn toàn không ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau :
Hình 2.2 Các dạng ứng suất chính
Ứng suất đường : tmax = s1/2 (2.1)
Ứng suất mặt : tmax = (s1 - s2)/2 (2.2)
Ứng suất khối : tmax = ( smax - tmax ) (2.3)
Nếu s1 = s2 = s3 thì t = 0 và không có biến dạng . Ưng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy sch .
Điều kiện biến dạng dẻo :
Khi kim loại chịu ứng suất đường
= sch tức tmax = sch/2 . (2.4)
Khi kim loại chịu ứng suất mặt
= sch (2.5)
Khi kim loại chịu ứng suất khối
= smax (2.6)
Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo .
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi . Thế năng của biến dạng đàn hồi .
A = A0 + Ah (2.7)
Trong đó :
A0 : thế năng để thay đổi thể tích vật thể ( trong biến dạng đàn hồi thể tích của vật thể tăng lên , tỉ trọng giảm xuống )
Ah : thế năng để thay đổi hình dáng vật thể .
Trạng thái ứng suất khối , thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định :
A = (s1e1 + s2e2 + s3e3 ) /2 . (2.8)
Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc :
e1 = [ e2 - m(s2 + s3 ) (2.9)
e2 = [ e2 - m(s1 + s3 ) (2.10)
e3 = [ e3 - m(s1 + s2 ) (2.11)
Theo (2.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị :
A = [ s12 + s22 + s32 - 2m(s1s2 + s2s3+ s1s3 )
Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hướng cùng góc :
= e1 + e2 + e3 = ( s1 + s2 + s3 ) . (2.12)
E : mô đun đàn hồi của vật liệu .
Thế năng để làm thay đổi thể tích .
A0 = = ( s1 + s2 + s3 ) (2.13)
Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể :
Ah = A - A0 = [(s1-s2)2 +(s2-s3)2+ (s3-s1)2] (2.14)
Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là :
A0 = . 2s0 . (2.15)
Từ (2.14) và (2.15) ta có :
(s1-s2)2 +(s2-s3)2+ (s3-s1)2 = 2s0 = const .
Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo .
Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (2.9) ta có thể viết :
s2 = m (s1 + s3) .
Khi biến dạng dẻo ( không tính đến đàn hồi ) thể tích của vật không đổi vậy DV=0
Từ (2.12) ta có : ( s1 + s2 + s3 ) = 0 .
Từ đó : 1-2m = 0 , vậy m = 9,5 . (2.16)
Từ (2.15) và (2.16) ta có : s2 = . (2.17)
Vây phương trình dẻo có thể viết :
s1 - s3 = = 0,58s0 (2.18)
Trong trượt tinh khi s1 = -s3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0 , ứng suất tiếp khi a = 450
tmax = (2.19)
So sánh nó với (2.20) ( khi s1 = -s3 )
tmax = = k = 0,58s0 . (2.20)
Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là : k = 0,58s0 gọi là hằng số dẻo
Ơ trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết :
s1 - s3 = 2k = const .
2k = = 1,156 .
Phương trình dẻo (2.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại bằng áp lực .
Tính theo hướng của các áp suất , phương trình dẻo (2.18) chính xác nhất là được viết : ±s1 - (±s3) = 2k .
2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội :
Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng
Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo
Hình 2.3 Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mứt độ biến dạng
2.2. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH UỐN
2.21. Khái niệm :
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc , phôi có thể là tấm , dải , thanh định hình và được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng . Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết .
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻo đàn hồi xảy ra khác nhau ở 2 mặt của phôi uốn .
2.2.2 Quá trình uốn :
Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội . Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo . Uốn làm thay đổi hướng thớ kim loại , làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước .
Trong quá trình uốn , kim loại phía trong góc uốn bị nén và co ngắn ở hướng dọc , bị kéo ở hướng ngang . Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp trung hòa.
Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày , chỗ uốn sai lệch hình dạng tiết diện ngang , lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ .
Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang . Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang .
|
Khi uốn phôi với bán kính góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại .
|
Hình 2.4 Biến dạng của phôi thép khi uốn
Xác định chiều dài phôi uốn
+ Xác định vị trí lớp trung hòa , chiều dài lớp trung hòa vùng biến dạng .
+Chia kết cấu của chi tiết , sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong đơn giản .
Cộng chiều dài các đoạn lại : Chiều dài cả đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa .
Chiều dài phôi được tính theo công thức :
L =
Trong đó :
j0 = 1800 - a .
: tổng chiều dài của cả đoạn thẳng .
: chiều dài các lớp trung hòa .
r : bán kính uốn cong phía trong .
x : hệ số phụ huộc vào tỷ số r/s
s : chiều dày vật uốn .
Khi uốn 1 góc j = 900 thì L = .
_ Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất :
rtrong nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn . Nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn (rtrong = rmin) .
Bán kính uốn lớn nhất :
rmax = .
rngoài = rtrong - s .
E = 2,15. 105 Nmm2 : mô đun đàn hồi của vật liệu .
S : chiều dày của vật uốn .
d1 : giới hạn chảy của vật liệu .
Bán kính uốn nhỏ nhất :
rmin = .
d : độ giản dài tương đối của vật liệu (%) .
Theo thực nghiệm có rmin = k.s .
k : hệ số phụ thuộc vào góc nhấn a .
_ Công thức tính lực uốn
Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu .Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do .
Lực uốn tự do được xác định theo công thức :
P = = B1. S.db.kl.
Kl = : hệ số uốn tự do có thể tích theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỷ số L/S .
B1 : Chiều rộng của dải tấm .
S : chiều dày của vật uốn .
N : hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng .
N = 1,6¸1,8 .
db : giới hạn bền của vật liệu .
L : khoảng cách giữa các điểm tựa .
Lực uốn góc tinh chính tính theo công thức :
P = q.F .
q : áp lực tinh chính ( là phẳng ) chọn theo bảng .
F : diện tích phôi được tinh chính .
Tóm lại : Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà còn có 1 phần ở dạng đàn hồi . Vì vậy không còn có lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn .
2.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐỂ TẠO HÌNH PHÔI THÉP
2.3.1. Cơ sở tính toán :
+ Thép gia công CT3 có schảy = 24 KG/mm2 ; sb = 36 KG/mm2
+ Thép gia công JIS có schảy = 37 KG/mm2 ; sb = 42 KG/mm2
Bề dày phôi thép tối đa 6mm .
2.3.2. Công thức :
+ Lực uốn góc tự do :
P1 = = B.s.sb.k1 ; (k1 = ) (Trang 87 KTDN Lê Nhương NXB CNKH 1981)
+Lực uốn góc có tinh chỉnh :
P2 = qF
+ Lực ép tối đa cần thiết :
a . Lực là phẳng tinh chỉnh góc :
P2 = qF .
q : áp lực tinh chỉnh .q = 100 N/mm2 .(Bảng 38 Trang 88 kỹ thuật dập nguội _Lê Nhương)
F = 3x 6000 = 18000 mm2 .
P2 = 18000 x 100 = 1800000 N = 180000 KG
b. Lực uốn tự do :
P2 = B. S. sb.k1
Trong đó :
B = 6000 mm
S = 6 mm
L = 50 mm
K1 = = 0,12
sb = 42 KG/mm2
P2 = 6000. 6.420.0,12.1,8 = 326592 KG
Lực ép cần thiết tối đa :
P1 + P2 = 326594 + 180000 = 506209 KG
Theo tính toán đã giảm đi bề mặt tiếp xúc của phôi dưới chày để giảm lực là phẳng (tinh chỉnh ) . Nhưng do sai số chế tạo và chày cối bị mòn do đó diện tích tiếp xúc sẽ lớn hơn . Từ lí do đó ta cần chọn lực ép thiết kế là 600 tấn nhằm tính toán các phần còn lại cho thiết bị .
Như vậy : _ Chọn lực ép tính toán 6000 tấn .
_ Chiều dài bàn máy là 6m .
Chương 3
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHO MÁY
3.1. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC:
Tính toán động lực học cho máy là việc phân tích , so sánh chọn các phương án thiết kế máy và nguyên lý máy .
Dập định hình trụ đèn là quá trình làm biến dạng phôi thép tấm để có được biên dạng như ý muốn. Ở đây nhiệm vụ của người thiết kế là phân tích tìm hiểu các phương án một cách kỷ càng để đưa ra một phương án thiết kế máy hợp lý nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật để nâng cao chất lượng của sản phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế và khả năng chế tạo của nơi sản xuất phải đáp ứng được.
3.2. PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH :
Việc nhấn định hình trụ được thực hiện trên máy nhấn với lực nhấn được tính toán sau cho phôi thép tấm biến dạng dẻo để có biên dạng như yêu cầu . Biên dạng được hình thành nhờ phần chày và cối có biên dạng thích hợp .
Do biến dạng đàn hồi của phôi thép cho nên sau khi nhấn tạo hình phôi thép sẽ biến dạng như biên dạng của chày và cối cho nên phải tính toán biên dạng khuôn trên và khuôn dưới để có biên dạng phôi đúng như yêu cầu .
3.3. CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỘNG LỰC :
Để tạo hình cho thân trụ đèn thì việc tạo lực nhấn cho chày được thực hiện thông qua các cơ cấu truyền động . Có nhiều phương án truyền động cho máy:
3.3.1.Phương án 1
Máy nhấn có sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Sơ đồ nguyên lý
|
|
|
|
|
|
|
|
Trong đó:
1.Mô tơ điện
2.Bộ truyền đai
3.Bộ ly hợp
4.Phanh hãm
5.Trục khuỷa
6.Biên truyền động
7.Bộ giảm chấn
8.Bộ thay đổi hành trình và cân bằng con trượt
9.Con trượt công tác
10.Bàn máy
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy nhấn có sử dụng cơ cấu
Trục khuỷu thanh truyền
Nguyên lý hoạt động
Khi mở máy mô tơ 1 quay làm quay bánh đai 2 chuyển động được truyền qua đai truyền. Khi ly hợp 3 đóng chuyển động được truyền đến trục khuỷa đồng thời phanh hãm 4 được nhả ra.Khi trục khuỷa quay truyền chuyển động đeén con trượt công tác thông qua thanh truyền 6. Ly hợp 3 được điều khiển bằng bàn đạp.
Ưu và nhược điểm
Ưu điểm:
+ Bền, chắc chắn, dể chế tạo , giá thành rẽ.
+Truyền động của trục khuỷa là truyền động cứng, khoảng hành trình của máy được khống chế chính xác nên sản phẩm dập có chất lượng cao và đồng đều.
Nhược điểm:
+ Chưa có tính tự động hóa cao.
+ Tốc độ không đều, lực quán tính sinh ra trong quá trình chuyển động của đầu trượt lớn.
+ Năng suất thấp.
+ Phạm vi điều chỉnh hành trình bé đòi hỏi phải tính toán phôi chính xác.
3.3.2. Phương án 2
Tạo hình bằng máy ép ma sát trục vít.
Các máy ép trục vít có lực ép từ 40 đến 630 tấn.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít
Trong đó:
1. Động cơ
2. Bộ truyền đai
3. Đĩa ma sát
4. Trục
5. Đĩa ma sát
6. Bánh ma sát
7. Cữ hành trình
8. Vấu tỳ
9. Cữ tỳ
10. Cần đẩy
11. Bàn đạp
Nguyên lý hoạt động :
Động cơ 1 truyền chuyển động qua bộ truyền đai 2 làm quay trục 4 trên đó có lắp các đĩa ma sát 3 và 5 . Khi nhấn bàn đạp 11, cần điều khiển 10 đi lên đẩy trục 4 dịch sang bên phải và đĩa ma sát 3 tiếp xúc với bánh ma sát 6 làm trucl vít quay theo chiều thuận đưa đầu búa đi xuống. Khi đến vị trí cuối của hành trình ép vấu 8 tỳ vào cữ 9 làm cho cần điều khiển10 đi xuống đẩy trục 4 qua trái và đĩa ma sát 5 tỳ vào bánh ma sát 6 làm cho trục vít quay theo chiều ngược lại đưa đầu trượt đi lên đến cữ hành trình 7, cần 10 lại được nhấc lên, trục 4 được đẩy sang phải lặp lại quá trình trên.
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm :
+ Máy ép ma sát có chuyển động đầu trượt êm, tốc độ ép không lớn nên kim loại biến dạng từ từ và triệt để hơn, hành trình làm việc điều chỉnh trong phạm vi khá rộng.
+ Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẽ.
Nhược điểm :
+ Năng suất không cao.
+ Lực ép tạo được không lớn.
+ Chưa có tính tự động hóa cao.
3.3.3. Phương án 3
Tạo hình cho trụ bằng máy nhấn thủy lực.
Sơ đồ nguyên lý
Trong đó :
1. Van an toàn
2. Bộ lọc dầu
3. Bơm thủy lực
4. Van cản một chiều
5. Van phân phối dầu điện từ
6. Xi lanh công tác 200 tấn
7. Đồng hồ đo áp lực dầu
8. Thùng dầu thủy lực
9. Ắc qui dầu
10. Chày
11. Cối
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực
Nguyên lý hoạt động
Sau khi đóng aptomat cung cấp nguồn thì bơm hoạt động dầu đi vào máy bơm được nén vào đường ống đi vào van phân phối điện từ. Từ van phân phối dầu có áp suất cao đi vào xi lanh làm việc 6 và nén các pitton để thực hiện hành trình cônh tác.
Khi kết thúc hành trình công tác ta điều chỉnh vị trí của van phân phối chất lỏng có áp suất cao theo đường ống II đi vào xi lanh và làm cho pitton dịch chuyển lùi về
Ưu điểm và nhược điểm của phương án
Ưu điểm :
+ Lực ép được kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ
+ Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào khi xảy ra quá tải cho nên sẽ an toàn cho máy
+ Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ
+ Tốc độ chuyển động của chày mang khuôn ép cố định và có thể điều chỉnh được, có thể thay đổi chiều dài hành trình
+ Làm việc không có tiếng ồn
+ Hệ thống điều khiển tự động hóa
+ Năng suất và hiệu quả cao
Nhược điểm :
+ Giá thành cao, khó chế tạo
+ Máy có cấu phức tạp
3.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
Với yêu cầu đặt ra của việc tạo hình cho thân trụ
+ Lực ép đủ lớn để có thể tạo ra biên dạng yêu cầuvới phôi thép tấm có chiều dày lớn.
+ Yêu cầu năng suất cao để đảm bảo cho dây chuyền sản xuất của toàn nhà máy hoạt đông tốt.
+ Chiều dài nhấn rất lớn.
Với yêu cầu của công nghệ gia công trụ đèn chiếu sáng và việc phân tích lưa chọn
nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các phương án , các loại máy ta thấy việc lựa máy để gia công tạo hình cho sản phẩm là máy nhấn thủy lực phù hợp với yêu cầu đặt ra
3.5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CHO MÁY
3.5.1. Phân tích hoạt động của máy
Trong quá trình thiết kế máy nhấn thủy lực phải đảm bảo cho máy làm việc chính xác.Các chuyển động của các pittông phải thực hiện một cách đồng bộ không có sự chênh lệch về vận tốc, hành trình do đó phải chế tạo các bộ phận của máy chính xác đồng thời phải dùng các cơ cấu và các thiết bị thủy lực để làm đồng bộ các giá trị như các van tiết lưu hàyla trục truyền đồng bộ. Lực ép tạo ra phải đủ lớn để làm biến dạng phôi thép theo yêu cầu
3.5.2. Tính toán lực ép cần thiết của máy
Từ yêu cầu của việc thiết kế máy là nhấn định hình mà trong đó chủ yếu là nhấn định hình sản phẩm từ phôi thép tấm ta đi tính toán các thông số động học cho máy mà giá trị cần thiết nhất để cho máy làm việc theo đúng theo yêu cầu là lực nhấn cần thiết để cho phôi thép tấm biến dạng một góc cho trước.
Cơ sở tính toán :
Thép gia công CT3 có schảy = 24 kg/mm2 ; sb = 36 kg/mm2
Thép gia công JIS có schảy = 37 kg/mm2 ; sb = 42 kg/mm2
Bề dày phôi thép tối đa 6mm .
Công thức tính :
+ Lực uốn góc tự do
P1 = = B.s.sb.k1
Trong đó: k1 = .n : Hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số L/S
S : Chiều dày vật uốn
B1: Chiều rộng của dải tấm
n : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng
n = 1.6÷1.8
sb : giới hạn bền của vật liệu
L : Khoảng cách giữa các điểm tựa
F : Diện tích phôi được tinh chỉnh
+ Lực uốn góc có tinh chỉnh
P2 = qxF (N)
Trong đó
q : Ap lực tinh chỉnh chọn theo bảng q = 100 (N/mm2)
F : Diện tích phôi được tinh chỉnh
+ Lực uốn góc tự do
P2 = B.s.sb.k1
Trong đó :
B : Chiều rộng của dải tấm
S : Chiều dày của vật uốn
L : Khoảng cách giữa các điểm tựa
k1 = .n
Thay các số liệu vào ta được
+ Lực là phẳng tinh chỉnh góc :
P2 = q.F (N)
Với q = 100 (N/ mm2) , F = 3mm.6000mm = 18000 mm
P2 = 18000.100 = 1800000N = 180000 KG
+ Lực uốn tự do :
P1 = B.s.sb.k1
P1 = 6000.6.420.1,8.
= 3265920N = 326592 KG
Vậy lực ép tối đa cần thiết
P1 + P2 = 180000 KG +326592 KG = 506592 KG
Theo tính toán đã giảm đi bề mặt tiếp xúc của phôi dưới chày để giảm đi lực là phẳng tinh chỉnh, nhưng do sai số chế tạo và chày cối bị mòn do đó diện tích xúc sẽ lớn hơn. Từ lý do đó ta cần chọn lực ép thiết kế là 600 Tấn và tính toán các phần còn lại cho các thiết bị khác của máy
3.6. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG
Các đại lượng cần tính toán:
Ap lực dầu cung cấp: (bar)
Lưu lượng dầu vào (lít/phút)
Lưu lượng dầu ra (lít/phút)
Công suất của xilanh truyền lực(KW)
Tính toán hệ thống truyền lực chính
Công suất của bơm dầu
Tính toán các phần tử điều khiển như van tràn, van một chiều, van tiết lưu và đường ống dẩn dầu
Tính công suất và chọn động cơ điện
Tính toán các thông số của bể dầu
3.6.1. Tính lực ép, áp suất, đường kính piston
Theo yêu cầu của việc tạo hình cho trụ đèn chiếu sáng thì lực cần thiết tạo ra để làm biến dạng thép tấm như đã tính toán là : Pmax = 6.000.000N = 6.000KN = 600.000KG
Từ công thức: Pmax = p.D2.r/4 (Truyền động thuỷ lực)
Trong đó:
r: áp suất khí lớn nhất (KG/cm2)
Pmax: lực ép lớn nhất (KG)
D: đường kính của piston chính (cm)
Theo máy chuẩn ta chọn D =32cm
Từ công thức trên suy ra áp lực lớn nhất tác dụng lên piston
P = 4.Pmax/p.D2 = 248 (KG/cm2)
Từ công thức D/d= k (truyền động dầu ép trong máy)
Trong đó:
D: Đường kính piston
k: hệ số: với áp suất lực ép 248(KG/cm2) ta chọn k=2,9 (đối với các máy lớn)
Þ d= 320/2,9 = 110,344mm ,chọn d=120mm
Tính lực ma sát giữa piston và xilanh
Để đảm bảo tính công nghệ người ta sử dụng xilanh có nhiều secmăng
- Võ xilanh
|
|
Secmăng
- Piston
|
Hình 3.4
Lực ma sát được tính theo công thức
Pmsđ = a.f.G
Pmst = a.f0.G
Trong đó:
Pmsđ : lực ma sát động
Pmst : lực ma sát tĩnh
a: Hệ số tỷ lệ tính đến áp lực chắn khít giữa đầu piston và secmăng
f,f0 : hệ số ma sát động và ma sát tĩnh
G: tải trọng qui đổi của bộ phận dịch chuyển
f = (0,05 đến 0,08) với v > 0,2m/s
f = (0,1 đến 0,2) với v < 0,2m/s
f0 = (0,1 đến 0,3)
a = (0,12 đến 0,15)
chọn a = 0,15
f = 0,1
G = 1,15.GH
Trong đó:
GH = 3.Gpiston + Gthân gá dao trên
Gpiston = Vpiston .
Vpiston = 120.p.3202 + 370. p.1202 + 372. p.1202
= 66699,88cm3 = 66,69988dm3
Þ Gpiston = 66,69988 . 7,852 = 523kg.
Gthân trên = Vthân trên .
Vthân trên = 60.12.0,8 = 576 dm3
Þ Gthân trên = 576.7,852 = 4522,752kg
Vậy
GH = 3.523.4522,752 = 6091,752 kg
Þ G = 1,15.GH = 7000 kg
Thay các số liệu trên vào ta được:
Pmsđ = 35KG
Pmst = 70KG
Tính lực quán tính
Phương trình xác định lực quán tính viết dưới dạng tổng quát
Trong đó:
Pqt : lực quán tính
t : thời gian thay đổi tốc độ dịch chuyển
v : độ thay đổi tốc độ
m: khối lượng qui đổi
r : khối lượng riêng của chất lỏng truyền lực
F: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực
l: chiều dài đoạn đường xảy ra sự thay đổi tốc độ
việc tính toán và thiết kế ở giai đoạn đầu tiên không thể hình dung toàn bộ kết cấu máy và khối lượng các bộ phận chấp hành khi đó có thể tính toán lực quán tính theo công thức gần đúng như sau:
Trong đó:
G: khối lượng ước tính của bộ phận chuyển động(kg)
V: vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành
g: gia tốc trọng trường, g= 9,81(m/s2)
t0: thời gian quá độ của piston đến tốc độ xác lập, thường lấy t0 = (0,01 đến 0,5)s. giá trị lớn dùng cho máy cỡ nặng, công suất lớn và tốc độ lớn.
Chọn t0 = 0,3(s)
V = 10mm/s
Vậy Pqt = 7.9KG
Hành trình xuống nhanh
Sơ đồ nguyên lý
|
||
|
||
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hành trình xuống nhanh
Van đảo chiều mở cho phép dầu từ buồng dưới của xilanh chảy về bể dầu, làm cho piston dịch chuyển xuống.
Ơ hành trình này bơm không cần cung cấp lưu lượng và áp lực mà dùng trợ lực từ buồng trên của xilanh
Các thông số:
P1’: áp suất vào
P0 : áp suất cản ở đường ra
Pch: khối lượng của bộ phận dịch chuyển
Theo máy chọn Pch = 7000/3 = 2333,3 KG
Từ sơ đồ nguyên lý ta có
F1.P1 + Pch = Pmst + P0.F2 -Pqt
Þ P1’ = (Pmst + P0.F2 - Pqt - Pch)/ F1
Trong đó:
F1: p.D2/4 = 803,04cm2
F2: p(D2 - d2)/4 = 708,885cm2
Pqt: 47,57kg
r0: lực cản buồng đối áp
P0: P1 + P2
P1: áp lực của van tiết lưu 3bar
P2: áp lực của van đảo chiều 2bar
Þ P0 = 3 + 2 = 5bar
Fmst = 70KG
Thay tất cả vào phương trình ta được:
P1 = 1,5858 KG/cm2
Vậy lưu lượng cần đưa vào:
Công thức tính
QOV = F1.V0 = 803,84.60 = 48180 (cm3/phút)
Trong đó:
Vo= 10mm/s = 1cm/s = 60cm/phút
Vậy: QOV = 48.18 (lít/phút)
Lưu lượng ra
QOr = F2.V0 = 708,855. 60 = 42540 cm3/phút = 42.54 (lít/phút)
Như vậy khi dịch chuyển vị trí của van đảo chiều thì dầu từ buồng dưới của xilanh sẽ chảy về bể và pitton sẽ dịch chuyển xuống dưới nhờ trọng lượng của nó và từ bể sẽ tự động chảy vào phần trên của xi lanh
Hành trình ép phôi
Sơ đồ nguyên lý :
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý hành trình ép phôi
Các thông số:
P1: áp suất vào
P0: áp suất cản ở đường ra
Pch: khối lượng chày
Fmsđ: lực ma sát động giữa piston và xilanh
Pép: lực ép cần thiết tạo ra để ép phôi
F1: diện tích buồng trên, F1 = 803,84cm2
F2: diện tích buồng đối áp, F2 = 708,855cm2
Tính P1: Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có phương trình cân bằng tĩnh
Vận tốc ép xuống của chày phụ thuộc vào vận tốc biến dạng của vật liệu, tra bảng ta chọn Vct = 5mm/s = 30cm/phút
Fmsđ = 35KG
P0 = 5KG/cm2
Pép = 600.000KG
Thay các giá trị trên vào phương trình trên ta được:
P1 = 250KG/cm2
Trong đó; Pqt = G.V/g.t0 = 3,96KG
Tính lưu lượng vào:
Qtv = F1.V1 = 24,12 lít/phút
Tính lưu lượng ra:
Qtv = F2.V1 = 21,26565 lít/phút
Hành trình lùi về
Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý hành trình lùi về
Hành trình này bơm cung cấp dầu vào buồng dưới của xilanh chính dầu từ buồng trên của xilanh chính chảy về bể chứa.
Các thông số
D=320mm = 32cm
d= 120mm
F1 = 803,84 cm2
F2 = 708,855cm2
Fms = 35KG
Pch = 2333,3KG
P1 = áp lực buồng trên
P1 = 1,5KG/cm2
Tính P3 : Dựa vào sơ đồ nguyên lý trên ta có phương trình cân bằng như sau
P2.F2 = P1.F1 + Pistonch + Fmst
Þ P2 = (P1.F1 + Pistonch + Fmst)/F2 = 5 (KG/ cm2)
Tính lưu lượng cần cung cấp
Lưu lượng vào:
Q3v = F2.V3
Trong đó:
V3 = V1 = 10mm/s = 60 (cm/phút)
Þ Q3v = 42.54 (lít/phút)
lưu lượng ra:
Q3v = F1.V3 = 48.18 (lít/phút)
Tính toán tổn thất áp suất
Tổn thất áp suất trên hệ thống thủy lực gồm có:
P1: tổn thất trên các van tiết lưu, P1 = 2KG/cm2
P2: tổn thất trên các van giảm áp, P2 = 2,5KG/cm2
P3: tổn thất áp suất trên các van chỉnh hướng, P3 = 1KGg/cm2
P4: tổn thất áp suất trên bộ lọc, P4 = 1,5KG/cm2
P5: tổn thất áp suất trên ống, P5= 2KG/cm2
vậy ta có tổn thất áp suất:
= P1 + P2 + P3 + P4+ P5 = 9KG/cm2
Tính áp lực bơm cung cấp cho các hành trình
Hành trình xuống nhanh: Po' = 1,534 KG/cm2
Hành trình ép phôi: P1 = 250 KG/cm2
Hành trình lùi về: P2 = 5 KG/cm2
Do có tổn thất áp suất trên hệ thống cho nên áp lực bơm cần cung cấp cho các hành trinh là:
Hành trình xuống nhanh: P0’= P0 + P = 10,534 KG/cm2
Hành trình ép phôi: P1’ = P1 +P = 259 KG/cm2
Hành trình lùi về: P2’ = P2 + P = 14 KG/cm2
3.6.2. Tính chọn công suất bơm dầu
Bơm dầu là một loại cơ cấu biến đổi năng lượng dùng để biến cơ năng thành động năng và thế năng (dưới dạng áp suất). Trong hệ thống dầu ép chỉ dùng loại bơm thể tích, nghĩa là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc. Khi thể tích các buồng làm việc tăng, bơm thực hiện chu kỳ hút, và khi thể tích giảm, bơm thực hiện chu kỳ đẩy.
Với yêu cầu của máy thiết kế, dựa vào giá trị áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống Pmax = 259 (KG/cm2) ta chọn bơm cho hệ thống là loại bơm pistông hướng trục.
Bơm pistông hướng trục có các ưu điểm sau:
- Kích thước nhỏ gọn.
- Làm việc với áp suất cao.
- Hiệu suất làm việc tốt và hầu như không phụ thuộc vào tải trọng.
1. Nguyên lý hoạt động.
a. Sơ đồ nguyên lý của bơm pistông hướng trục.
Hình 3.8
b. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý chuyển động của pitton trong xilanh của máy pitton rôto hướng trục cũng theo nguyên lý chuyển động thanh truyền tay quay. Khi pitton (2)và xilanh (1) đều quay xung quanh trục của bơm, nhưng đĩa nghiêng (4) lại quay xung quanh trục của nó do đĩa nghiêng nghiêng một góc so với trục của bơm cho nên nó tạo ra sự chuyển động tương đối giữa pitton (2) và xi lanh (1) với hành trình là S.
Sự tịnh tiến tới lui của các pitton trong xilanh sẽ tạo ra sự hút và đẩy dầu thông qua đĩa phân phối dầu.
Lượng dầu phát ra trong mỗi vòng quay phụ vào đường kính xilanh, số pitton và hành trình của pitton. Góc lệch của đĩa diều khiển sẽ xác định hành trình của pitton. Vì thế có thể thay đổi góc lệch này để điều chỉnh lượng dầu phát ra.
Trong thực tế, góc lệch của tấm điều khiến có thể cố định, có thể điều chỉnh được tùy từng loại trong bơm cụ thể.
Ngoài ra người ta có thể điều khiển lưu lượng của bơm nhờ vào việc điều tốc độ quay của rôto.
2. Tính toán
Từ công thức: Nb = Pb.Qb[KW]
Trong đó:
Pb : áp suất của bơm (KG/cm2)
Qb : lưu lượng của bơm (lít/phút)
Qua việc tính toán ở trên ta thấy tính công suất cho bơm dầu chính là tính công suất cho hành trình ép vì hành trình ép bơm thực hiện công suất lớn nhất, vì vậy ta có:
Pb = P1’ = 259KG/cm2
Và lưu lượng cần tính là:
Trong đó:
h: hiệu suất của bơm dầu, lấy h = 0,8 Þ Qb= 24,12/0,96 = 30,15(lít/phút)
thay tất cả các giá trị trên vào công thức trên ta được:
N = 259.30,15/612 = 12,594KW
Þ chọn công suất của bơm dầu là N = 13KW
3.6.3. Tính toán van an toàn.
Van an toàn được dùng để đảm bảo cho hệ thống được an toàn khi có quá tải. Nó được đặt trên ống chính có áp suất cao.
Nếu van an toàn chỉ làm việc gián đoạn thì đó gọi là van chống đỡ. Còn khi nó làm việc liên tục (luôn có chất lỏng thoát qua van) thì nó gọi là van tràn. Cùng một van nhưng tuỳ theo sự phối hợp của nó trong hệ thống mà nó có thể làm việc như một van tràn hay van chống đỡ.
Dựa vào nguyên lý hoạt động chia van an toàn ra làm hai loại chủ yếu:
Van an toàn tác dụng trực tiếp.
Van an toàn có tác dụng tuỳ động.
Đối với hệ thống thủy lực của máy thiết kế, ta chọn loại van an toàn có tác dụng tùy động.
Loại này có các ưu điểm nổi trội so với loại van có tác dụng trực tiếp, đó là:
- Làm việc với áp suất cao.
- Không những bảo vệ hệ thống khi quá tải mà còn ổn định áp suất làm việc của hệ thống.
- Không gây va đập trong van.
1. Nguyên lý hoạt động
- Sơ đồ nguyên lý:
b.Nguyên lý hoạt động:
buồng (b). Dưới tác dụng của lò xo yếu (3), pistông (2) bị ép xuống dưới. Trong lỗ thông (9) ở giữa pistông (9) có lỗ giảm chấn (8) (có đường kính nhỏ), nhờ đó buồng (a) cũng luôn thông với buồng (e). lò xo (5) có tác dụng ép viên bi vào đế van, ứng lực của nó có thể điều chỉnh được nhờ vít (7).
Trong đó :
1. Vỏ
2. Piston chính
3. Lò xo chính
4. Bi
5. Lò xo
6. Nắp
7. Vít điều chỉnh
8. Lỗ tiết lưu
9. Lỗ thông hơi
Hình 3.9 Kết cấu nguyên lý van an toàn
Khi áp lực dầu chưa vượt qua trị số ứng lực cho phép củalò xo (5) thì van bi (4) chưa mở, lúc này buồng (a) không thông với buồng (b). Chất lỏng trong các buồng đều ở trạng thái tĩnh vì vậy áp suất trong các buồng a, c, d, e coi như bằng nhau.
Khi đó pistông 2 ở vị trthấp nhất dưới tác dụngcủa lực lò xo (3) (vì áp suất dầu tác dụng lên pistông (2) về phía buồng c) cân bằng với áp lực về phía buồng d và e. khi hệ thống quá tải áp suất trong các buồng a, c, d, e đồng thời tăng lên đột ngột. Lúcnày áp lực của dầu lên viênbi (4) vượt quá lực lò xo (5), viên bi (4) bị đẩy trên và một ít chất lỏng từ buồng (c) được đẩy ra ngoài về thùng chứa. Khi đó nhờ lỗ giảm chấn (8) gây tổn thất áp suất dầu, điều này tạo ra sự chênh áp giữa buồng d, e và c. Như vậy trạng thái cân bằng lực tác dụng lên pistông (3) mất đi. Dưới tác dụng của áp suất cao trong buồng c và e pistông được nâng cao lên cho đến khi lập lại sự cân bằng của áp lực chất lỏng và lực lò xo (3), lúc này pistông ngừng đi lên. Kết quả là buồng (a) thông với buồng (b) và qua đó dầu trong hệ thống được đẩy bớt về thùng chứa, giảm tải cho hệ thống. Nếu áp suất trong hệ thống (ở buồng a) càng tăng mạnh thì dòng dầu chảy từ buồng d, c, lên(c) qua van bi về thùng càng mạnh, tổn thất áp suất tại lỗ (8) càng lớn độ chênh áp trên pistông càng tăng. Kết quả là pistông (2) tiếp tục được nâng lên, cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b) càng rộng, dầu càng thoát nhiều về thùng.
Trong thực tế người ta cho van làm việc như một van tràn bằng cách điều chỉnh ứng lực lò xo (5) sao cho van bi luôn mở, nghĩa là luôn có chất lỏng thoát từ hệ thống về thùng và van bi và qua cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b). Nhờ hoạt động của van, áp suất trong hệ thống buồng không thay đổi.
2. Tính toán
- Xác định lực lò xo 5.
Phương trình cân bằng lực của pistông (2)
(bỏ qua ma sát giữa pistông (2) và xi lanh (1))
; Trong đó:
D: Đường kính lớn nhất của pistông (2).
Plx3: Lực lò xo (3)
Dp = p1 - p3: Độ chênh lệch áp giữa buồng (a) và buồng (c).
Qua công thức (4-1) ta nhận thấy để giữ cho áp suất p1 ổn định thì ứng lực lò xo (3) phải luôn thay đổi ứng với từng giá trị lưu lượng qua tiết ưu (8). Giá trị lưu lượng qua lỗ tiết lưu luôn thay đổi phụ thuộc vào vận tốc của cơ cấu chấp hành và được tính theo công thức:
(4-2)
Trong đó:
Qb: Giá trị lưu lượng bơm.
QCT: Giá trị lưu lượng cần cho hệ thống. Giá trị QCT thay đổi trong phạm vi ().
Theo như yêu cầu đặt ra ban đầu là để van an toàn luôn làm việc như một van an toàn thì nó phải hoạt động ngay khi giá trị Qtl là nhỏ nhất.
Dựa vào (4-2) để cho Qtl là nhỏ nhất thì QHT phải là lớn nhất.
Căn cứ vào phần tính toán cho hệ thống thủy lực ở trước ta có :
= 42.54 (l/ph)
Qb = 48.18 (l/ph)
Thay vào công thức (4-2):
Qtl = 48.18 - 42.54 = 5.54 (l/ph).
Hiệu áp Dp qua lỗ tiết lưu được tính theo công thức:
(kG/cm2) (4-3)
Trong đó:
Qtl: Lưu lượng qua lỗ tiết lưu (8), Qtl = 5.54 (l/ph) = 92.3 (cm3/s)
m: hệ số thoát dầu, chọn m= 0,6 (phụ thuộc vào hình dáng tiết diện chảy)
g: Khối lượng riêng của dầu, g = 900.10-6 (KG/cm3)
g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) = 9,81.102 (cm2/s)
dtl : Đường kính lỗ tiết lưu. Chọn dtl = 3 (mm) = 0,3 (cm)
Thay các giá trị trên vào công thức (4-3) ta có:
Dp = 2.1743 (KG/cm2)
Ta có: Dp = p3 - p1; Trong đó:
p1: áp suất cần thiết cho hành trình công tác p1 = 259 (KG/cm2)
Tiếp đó ta suy ra được áp suất ở p3 ở buồng (c) là:
p3 = p1 - Dp = 259-2.1743 = 256.8257(KG/cm2)
Xét phương trình cân bằng lực ở van b1 (4)
(4-4). Trong đó:
Plx5: Lực lò xo 5.
d1: đường kính tiết diện chảy tại van bi. Chọn d1 = 4 (cm)
Suy ra lực lò xo (5): Plx5= 24,4 (KG)
- Xác định lực lò xo 3
lực lò xo 3 phải được xác định sao cho khi áp suất p1> 259 (KG/cm2) thì lò xo (3) phải ép lại và van pistông (2) dịch chuyển đi lên để xả dầu về bể.
(4-5)
Trong đó:
c: Độ cứng của lò xo (3).
h0: Độ biến dạng ban đầu của lò xo (3).
D: Đường kính lớn nhất của pistông (2), chọn D = 3cm.
Nhìn vào phương trình (4-5) ta có nhận xét:
Diện tích tác dụng của pistông (2) bởi Dp không xét đến ảnh hưởng đường kính lỗ tiết lưu (8). Vì đường kính lỗ tiết lưu bé, nên ta có thể bỏ qua.
Thay giá trị Dp, D vào phương trình (4-5) ta có:
c.h0 = 23,1 (KG)
Vậy lực lò xo (3) là: Plx3 = h0.k = 23,1 (KG)
- Tính áp suất cần thiết để mở được van.
Độ mở của pistông (2) phải đảm bảo cho lượng dầu cung cấp cho hệ thống đều phải về bể khi có quá tải:
Áp dụng công thức tính lưu lượng:
(4-6)
Trong đó:
Qmax : Lưu lượng lớn nhất cần cho hệ thống, Qmax = 48.18 l/ph = 803 (cm3/s)
d: Đường kính cần pistông (2). Chọn d = 1,5cm.
h: Độ mở của pistông(2).
P1: áp suất ở cửa (a), p1= pb = 259(KG/cm2).
g : Khối lượng riêng của dầu, g = 900.10-6(KG/cm3)
p2: Áp suất ở cửa ra p2 = 0.
Từ công thức (4-6), suy ra độ mở khi bơm làm việc ở giá trị lưu lượng lớn nhất:
= 0,12 (mm)
phương trình cân bằng khi pistông (2) đạt độ mở hmax
Trong đó:
pmax = p1max - p3 = 259 - 256.8257 = 2.173 (KG/cm2)
Vậy 40,8 (KG/cm2) (4-8)
Trong đó:
h0: độ nén ban đầu của lò xo.
Dx: độ đóng của pistông (2) khi van chưa làm việc. chọn Dx = 2 (mm) = 0,2 (cm)
hmax: độ mở khi van làm việc với Qmax, hmax = 0,12 (mm)
Thay vào công thức (4-8) ta có;
40,8
Trong đó: h0.C = Plx3 = 23,1 (KG)
Vậy độ cứng lò xo (3)
C = 80,4 (KG/cm)
Như vậy áp suất cần thiết để mở được van
Thay số vào:
p1min = 257,8 (KG/cm2)
Vậy khi áp suất của hệ thống đạt đến p1min = 257,8 (KG/cm2) thì pistông (2) của van an toàn mới làm việc, còn bình thường khi áp suất nhỏ hơn 257,8 (KG/cm2) thì lượng dầu thừa của hệ thống chỉ qua lỗ tiết lưu 8 rồi qua van bị về bể dầu.
Qua các tính toán trên ta thấy rằng đặc tính quan trọng của van tràn là sự thay đổi áp suất điều chỉnh p1 khi lưu lượng qua van tràn thay đổi. Van sẽ làm việc tốt nếu như sự thay đổi áp suất càng bé khi lưu lượng thay đổi trong suốt những giá trị lưu lượng từ (Qmin Qmax)
d. Kết cấu của van
- Thân van: vật liệu thép 45
- Nòng van: thép 40x
- Lò xo thép: thép 50xT
3.6.4. Tính toán van cản
Van cản dùng để tạo nên một sức cản trong hệ thống thủy lực. Ơ cửa ra người ra đặt một van cản để tạo ra một áp suất nhất định, điều này làm cho chất lỏng không bị đứt quãng do đó pistông của cơ cấu chấp hành chuyển động êm, nhẹ.
Mặt khác van cản đặt ở đường dầu hồi về nên khi máy ngừng làm việc dầu trong xilanh không chảy hết về bể dầu. Vì vậy khi máy bắt đầu hoạt động thì pistông không bị gây chấn động.
Dựa vào kết cấu van, người ta chia van cản ra làm ba loại chính:
- Loại van bi cầu.
- Loại van bi côn.
- Loại van pistông.
Ở đây ta chọn loại van pistông để tính toán
1. Sơ đồ nguyên lý.
Trong đó:
1. Thân van
2. Con trượt
3. Bạc lót
4. Vít điều chỉnh
5. Lò xo
Hình 3.10 Kết cấu nguyên lý van cản
2. Tính toán
Chọn kích thước van như sau:
D = 26 (mm)
d = 16 (mm)
a = 900
b = 450
- Xác định độ mở của van
Lưu lượng qua van được tính theo công thức:
(4-9) (trang 216 sách TL và MTL-NXBĐH và THCN-1979)
Trong đó:
m : hệ số thoát dầu, chọn m = 0,6
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
F: diện tích tiết diện chảy ở cửa lưu lượng thông giữa buồng (a) và buồng (b)
h: độ mở hướng trục
g: trọng lượng riêng của dầu, g = 900. kG/cm3
D: độ chênh áp giữa buồng (a) và buồng (b)
Dp = pa - pb
trong đó:
pb = 0 (áp suất ở cửa ra)
Vậy Dp = pa = 5 (kG/cm2)
Q: lưu lượng chảy qua van cản, ở đây ta lấy giá trị lưu lượng hồi về lớn nhất ở hành trình chạy không.
Q = Qmax = 48.18 (l/ph)
Q = 305 (cm3/s)
Từ công thức (4-9) ta suy ra độ mở h của van
= 0,045 (cm) = 0,45(mm)
- Tính lực lò xo
Phương trình trên cân bằng lực của nút van khi nó chưa mở.
Plx = Dp.p.d2/4 (4-10)
Trong đó:
Plx = h0 . C
h0: độ nén ban đầu của lò xo.
C: độ cứng của lò xo.
Phương trình cân bằng lực của nút van khi nó đang ở trạng thái mở
(h0 + h).C = Dp.p.d2/4 (4-11)
Trong đó:
h0.C : lực lò xo ở trạng thái ban đầu.
h0.C + h.C : lực lò xo ở trạng thái làm việc.
Dp = pa = 5 (kG/cm2)
Từ phương trình (4-11) ta có:
h0.C + h.C = 5.p.1,62/4 = 10 (kG)
Nếu chọn độ nén ban đầu của lò xo h0 = 10 (mm) thì ta có thể tính được độ cứng của nó
Ta có:
(h0 + h).C = 10 (kG)
Þ C = 10/((h0 + h) = 9,6 (kG/cm)
Vậy lực lò xo được điều chỉnh ban đầu là Plx = h0.C = 1 x 9,6 = 9,6 kG/cm
Thay Plx = 9,6 kG/cm vào phương trình (4-10) ta tính được độ chênh lệch áp giữa buồng (a) và buồng (b).
Dp = 4. Plx/p.d2 = 4,8 (kG/cm2)
Như vậy để điều chỉnh áp suất qua van cản, ta điều chỉnh độ nén ban đầu của lò xo thông qua vít điều chỉnh.
- Chọn vật liệu chế tạo van
Thân van: thép 45
Nòng van: thép 40x
Nắp van: gang
Lò xo thép: 60T
Đế van: thép 20x
3.6.5. Tính toán cho acqui dầu
Ăcqui dầu là loại thiết bị thủy lực dùng để chứa năng lượng thừa do bơm dầu tạo nên trong khoảnh khắc, và khi cần thiết nó có thể đưa năng lượng ấy cung cấp lại cho hệ thống. Ngoài ra, trong hệ thống điều khiển thủy lực, đòi hỏi sự ổn định áp suất của nguồn, dùng ăcqui dầu đặt ở ống nén của bơm dầu để đáp ứng yêu cầu này.
Hiện nay có hai loại ăcqui dầu chủ yếu:
Acqui bằng lò xo.
Acqui bằng khí nén.
Đối với hệ thống thủy lực của máy thiết kế làm việc với áp suất cao (p = 200kG/cm2) ta chọn loại acqui bằng khí nén.
1. Nguyên lý hoạt động
- Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.11 Kết cấu nguyên lý acqui dầu
b.Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của acqui dầu gồm hai quá trình
+ Quá trình nạp cho ăcqui
+ Quá trình acqui xả năng lượng cho hệ thống khi hệ thống thừa năng lượng thì ãcqui sẽ nhận lượng năng lượng. Lúc đó thể tích của buồng chứa khí (1) giảm áp suất trong đó tăng lên.
Khi hệ thống cần năng lượng, dưới tác dụng áp suất khí trong túi khí, dầu từ acqui sẽ được đẩy ra ngoài cung cấp lại cho hệ thống.
2. Tính toán
Việc tính chọn thể tích của acqui dầu và vị trí đặt acqui dầu có tầm quan trọng đến việc giảm chấn và tránh thiện tượng cộng hưởng dao động cột dầu.
Thể tích cần thiết nhỏ nhất của ắcqui dầu được tính theo công thức:
; (trang 146 sách TDDE trong MCKL _Nguyễn Ngọc Cẩn)
Trong đó:
Vd : thể tích dầu cần thiết trong acqui
