Btl máy ép nhựa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN
KỸ THUẬT THỦY LỰC KHÍ NÉN
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ÉP NHỰA
Giảng viên: Trương Quốc Thanh
Nhóm thực hiện: Nhóm 05

TP HCM, 2019
1


Danh sách thành viên nhóm 05:
Tên:

MSSV:

Phạm Triển

1710344

Phạm Nguyễn Minh Triết

1713606

Nguyễn Lê Bảo Huy

1711518

Nguyễn Tấn Phát

1710229

Ngơ Đình Tuấn Lạc

1711892

Đỗ Trần Ngun

1712370

Nguyễn Quang Phúc Trí

1713650

Huỳnh Gia Huy

1711482

Nguyễn Vũ Hồng Phúc

1710243

Hồ Văn Hướng

1611475

1

MỤC LỤC
1. Nguyên lý truyền động thủy lực:...........................................................................1
2. Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép nhựa.........................................................4
a) Các cụm làm việc của máy ép phun nhựa..............................................................4
b) Quá trình ép phun................................................................................................11
3. Lựa chọn sơ đồ thủy lực.......................................................................................12
3.1. Các phần tử thủy lực.........................................................................................12
Thơng số đầu vào:....................................................................................................20
3.2. Tính tốn chọn xy lanh......................................................................................21
3.3. Tính tốn chọn bơm thủy lực và động cơ điện:................................................23
3.4. Chọn valve thủy lực..........................................................................................28
Tài liệu tham khảo....................................................................................................30


1. Nguyên lý truyền động thủy lực:
Truyền động thủy lực là hệ thống dùng chất lỏng làm tác nhân. Chất lỏng này
thường là dầu, khoáng chất, …
Truyền động thủy lực được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng
dưới dạng thế năng, sau đó thế năng dầu được chuyển thành cơng cơ khí để thực hiện
cơng việc.Trong truyền động thủy lực, cơ năng của máy bơm biến thành thế năng của dầu
sau đó chuyển thành cơ năng của cơ cấu tác động như xy lanh, động cơ,… Ngồi ra thơng
qua truyền động thủy lưc ta cịn có thể chuyển đổi dạng chuyển động từ chuyển động
quay của máy bơm thành chuyển động tịnh tiến của xy lanh, hoặc thành chuyển động
quay của động cơ với vận tốc thay đổi khác nhau độc lập với máy bơm sao cho phù hợp
bộ phận công tác.
Bất kỳ một hệ thống truyền động thủy lực nào cũng có 2 phần chính:
+ Cơ cầu biến đổi năng lượng: bơm dầu, xylanh thủy lực, …
+ Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh: gồm các van thủy lực (van phân phối, van an toàn, van
tiết lưu,.. )

Những thiết bị phụ:
+ Ống dẫn dầu: dùng để nối các bộ phận của hệ thống
+ Bộ lọc: dùng để lọc sạch dầu trước khi đưa vào hệ thống.
+ Thiết bị làm nguội: dùng để giữ lại nhiệt độ nhất định khi hệ thống làm việc…
Hệ thống thủy lực được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như: Máy éo thủy lực,
máy nâng chuyển, máy dập, máy công cụ gia công kim loại,…

1


Ưu – nhược điểm của hệ thống thủy lực:
+ Ưu:


Truyền động được công suất cao, chịu lực lớn nhưng kết cấu tương đối đơn giản,

đạt độ tin cậy cao, chi phí bảo dưỡng thấp.


Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển dộng tịnh tiến của cơ cấu

chấp hành.


Thiết kế đơn giản hơn…



Có tính linh hoạt cao hơn. Các bộ phận trong hệ thống thủy lực có thể bố trí ở

nhiều vị trí nên rất linh hoạt trong việc định vị.


Vận hành ít gây rung động.



Tốc độ và lưu lượng có thể điều khiển được trong khoảng rộng.



Hiệu suất cao do tổn thất công suất bởi ma sát rất nhỏ.



Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực; nhờ tinh chịu nén của dầu nên

máy có thể sử dụng vận tốc cao.


Tự động hóa đơn giản dùng các phần tử tự động hóa.

+ Nhược:


Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử.



Khó giữ được vận tốc khơng đổi khi phụ tải do tính nén được của dầu và tính đàn

hồi của đường ống dẫn.


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



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

trình làm việc.


Tính chính xác phụ thuộc vào chất lượng của dầu thủy lực, khí hậu, mơi trường,..



Khó khăn trong bảo trì, vấn đề chống ăn mịn, chống xuống cấp của dầu.



Gây ô nhiễm môi trường.
2


So với hệ thống truyền động cơ khí thì HTTĐTL có nhiều ưu điểm như:


Nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn.



Vì các vật tư thủy lực như bơm, xy lanh, motor có khả năng cung cấp cơng suất lớn

mặc dù chúng có kích thước và trọng lượng nhỏ nhờ làm việc ở áp suất cao.


Dễ điều khiển các thao tác.



Dễ dàng thay đổi tốc độ làm việc một cách êm dịu.



Trong đề tài máy ép nhực, làm với với lực lớn, chuyển động chậm nên cơ cấu cơ

khí khơng cịn phụ hợp nữa mà thay vào đó là sử dụng HTTĐTL cho máy ép nhựa.

3


2. Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép nhựa
a) Các cụm làm việc của máy ép phun nhựa
Cụm nhựa hóa trong xi lanh nguyên liệu:


Phễu nạp liệu: Vật liệu nhựa dưới dạng viên được cho vào phễu nạp liệu, phễu

giữ các hạt nhựa này và dưới tác dụng của trọng lực các hạt nhựa được đưa váo bên trong

thùng chứa và được trục vít đưa đến khn.



Xy lanh chứa nguyên liệu:

+ Cấu tạo: Làm bằng thép đúc bề mặt trong được tơi và xi mạ nhẵn bóng để thuận lợi cho
việc thay đổi màu nguyên liệu không bám dính, giảm ma sát tránh tổn thất. Phía ngồi có
gắn các vòng điện trở để gia nhiệt. Xylanh khá dài vì phải có chỗ chứa keo phía trước để
phun ép.
+ Nhiệm vụ quan trọng: Tạo bề mặt truyền nhiệt.

4




Trục vít:

+ Cấu tạo: Được chế tạo bằng thép cứng để chống mịn, được xy mạ tránh bám dính và
giảm ma sát. Khe hở của vít thu hẹp dần để giảm thể tích nhờ đó áp suất kéo nén lên phía
trên cũng tăng theo. Phía trước của vít có cơ cấu van một chiều chỉ cho phép nguyên liệu
đi lên phía trên khi nạp liệu nhưng khi bơm sẽ đóng lại khơng cho nhựa đi về phía sau.
+ Trục vít quay để lấy nguyên liệu nhờ motor dầu ở phía sau xylanh thủy lực.
+ Trục vít chuyển động tịnh tiến nhờ xylanh thủy lực nằm phía sau trục vít.
+ Nhiệm vụ: Vừa làm nhiệm vụ nhựa hóa vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩy vào vùng tạo
hình của khn đúc, để thực hiện được nhiệm vụ này, bộ phận truyền động của bộ phận
trục vít phải tạo được chuyển động quay tròn và chuyển động tịnh tiến.

5



Bộ phận truyền động:

Trục vít hoạt động nhờ 2 bộ phận truyền động khác nhau:
+ Chuyển động tới lui nhờ vào xylanh thủy lực lắp sau xylanh nguyên liệu.
+ Chuyển động quay trịn có thể do động cơ điện truyền động thủy lực. Hiện nay người ta
dùng động cơ thủy lực, vì phạm vi điều chỉnh vận tốc rộng, mặt khác cơ cấu vận động
kiểu này đơn giản hơn.


Đầu phun: Là bộ phận nối tiếp giữa xylanh nguyên liệu, nó giữ nhiệm vụ dẫn

nguyên liệu từ xylanh nguyên liệu đến khn. Cấu tạo và hình dạnh của đầu phun có ảnh
hưởng rõ rệt đến áp suất nhiệt của nhựa, đồng thời nó cũng ảnh hưởng tới thời gian duy trì
áp suất, nghĩa là ảnh hưởng đến chu kì đúc. Cấu tạo của đầu phun phải đảm bảo 3 yêu cầu
sau:
+ Khơng có điểm dừng trên đầu ngun liệu.

6


+ Có khả năng ăn khớp với lỗ phun keo trên khuôn không cho nhựa lỏng trong xylanh
nguyên liệu chảy ra ngoài trong khi phun ép đúc sản phẩm.

7

Cụm đóng mở khn:
Bộ phận này rất đa dạng, gồm các loại thủy lực, cơ học, thủy lực kết hợp với cơ học, cơ
điện,.. Mỗi kiểu có những ưu nhực điểm riêng. Nhưng hiện nay người ta có khuynh
hướng sử dụng tổ hợp các xylanh thủy lực khác nhau và không dùng thủy lực cơ học. Dù
kiểu nào đi chăng nữa thì bộ phận này cũng phải đáp ứng 2 yêu cầu sau:
+ Kết cấu gọn nhẹ.
+ Đảm bảo độ cứng vững, chịu được lực lớn khi đóng khn.
Bộ phận kẹp khuôn bao gồm 2 khuôn: một khuôn cố định và một khuôn di động, 1 cơ cấu
dẫn động khuôn di động.
→ Ta chọn phương án dùng pistong thủy lực đặt ngang để kẹp khn: Vì so với những cơ
cấu khác thì cơ cấu kẹp khn bằng pistong thủy lực có những ưu điểm sau:
+ Phương truyền lực tốt.
+ Lực truyền động lớn.
+ Điều khiển được chính xác.
+ Có khả năng giữ tải tốt, tạo ra các lực khóa khn lớn.
Nguyên lý hoạt động của pistong thủy lực:


Lực từ pistong 1 được truyền qua cơ cấu phẳng tác động vào khuôn di động 6, làm

cho khuôn trượt trên thanh dẫn hướng 7 để thực hiện đóng mở khn.

8


Cụm đẩy sản phẩm:
Trong một bộ khuôn ép nhựa, việc đẩy sản phẩm là một trong những yếu tố quan
trọng nhất. Nếu thiết kế không phù hợp, sau khi ép được ra sản phẩm lại khôn tháo sản
phẩm ra được. Thơng thường có 2 phương án đẩy sản phẩm chủ yếu: đẩy bằng tấm đẩy và
phương pháp đẩy bằng chốt.

Trong 2 phương án trên, phương án đẩy bằng chốt đẩy thường được sử dụng nhiều
hơn vì nó áp dụng được cho nhiều loại hình thù của sản phẩm khác nhau. Khi một sản
phẩm khơng có nhiều khơng gian để đẩy thì dùng phương án đẩy bằng tấm đẩy.
Sản phẩm sau khi được hình thình trong khn sẽ được đẩy ra ngồi thơng qua cụm
đẩy sản phẩm này. Cụm này được điều khiển bằng 1 xylanh thủy lực gắn với cơ cấu
chuyển động tịnh tiến bên nằm ngang ngay trọng tâm tấm khn di động để đẩy sản phẩm
ra ngồi.

9


Ghi chú:
I. Cụm nhựa hóa gồm các thành phần:
1. Trục vít
2. Phễu cấp liệu.
3. Tấm gia nhiệt.
4. Vịi phun.
Chuyển động quay của cụm này gồm có cả chuyển động quay và tịnh tiến.
+ Trục vít chuyển động quay trịn theo 1 chiều đồng thời chuyển động tịnh tiến.
II. Cụm đóng mở khn:
Cụm này gồm có 1 khn cố định và 1 khuôn di động. Khuôn di động chuyển động tịnh
tiến nhờ cơ cấu kẹp khuôn.
III. Cụm đẩy sản phẩm:
Cụm này chuyển động tịnh tiến bằng chốt đẩy vào khoảng trống ngay giữa trọng tâm
khuôn di động để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.

10


b) Quá trình ép phun

Hạt nhựa, phế liệu cùng các phụ gia sau khi được phối trộn đều ở thiết bị thùng quay được
đưa vào phễu nạp liệu. Tại phễu nạp liệu, nguyên liệu được sấy để tách ẩm rồi xuống trục
vít.


Nhiệt độ sấy: 105oC



Thời gian sấy: 3h
Trong q trình nhựa hóa, dưới tác dụng nhiệt của điện trở và nhiệt nội ma sát, nhựa

chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái chảy nhớt. Trên trục vít được chia làm 3 vùng
chính:
+ Vùng nhập liệu: Ở gần phễu nạp liệu, tác dụng chuyển nguyên liệu về phía trước đồng
thời gia nhiệt cho hỗn hợp nguyên liệu.
+ Vùng nhựa hóa: Dùng để xác định chính xác khối lượng nguyên liệu cần chuyển vào
khn.
Trong các giai đoạn nhập liệu, nhựa hóa, định lượng, trục vít quay chuyển khối vật
liệu qua các giai đoạn trên. Sau khi lượng nhựa đã được định lượng đủ trên trục vít sẽ
chuyển sang q trình đúc sản phẩm. Trong q trình đúc sản phẩm trục vít chuyển động
tịnh tiến (dưới tác dụng của xylanh bơm thủy lực) chuyển khối vật liệu đã được định
lượng vào khuôn tạo hình. Qúa trình đúc sản phẩm bao gồm các giai đoạn sau:
+ Giai đoạn điền đầy.
+ Giai đoạn nén và duy trì lực nén.
Quá trình làm nguội được tiến hành song song trong quá trình định hình sản phẩm.
Khi thời gian làm nguội đã đủ, khuôn mở, lấy sản phẩm ra ngồi. Khn đóng để tiếp tục
chu kỳ tiếp theo.

11

3. Lựa chọn sơ đồ thủy lực
3.1. Các phần tử thủy lực
Trong một hệ thống thủy lực có thể chia thành các nhóm bộ phận sau:


Phần cấp nguồn: bơm, bộ lọc, …



Phần xử lý: van áp suất,..



Phần điều khiển: van đảo chiều,…



Phần chấp hành: xy lanh, động cơ dầu,…

Trong đó:
Phần cấp nguồn:


Bơm thủy lực: Là nguồn năng lượng mà chuyển các chất lỏng trong các máy xúc

tác để nâng, thấp, mở, đóng hoặc xoay các thành phần của bộ phận chấp hành, gồm có:
+ Bơm cánh gạt tác dụng đơn:
 Khái niệm:

Máy thủy lực cánh gạt là máy thủy lực roto có kết cấu đơn giản, làm việc ít ồn, có
khả năng điều chỉnh được lưu lượng. Loại máy này yêu cầu việc lọc chất lỏng khắt khe
khi làm việc. Phạm vi làm việc của bơm cánh gạt tác dụng đơn tương đối hẹp nhưng đối
với bơm tác dụng kép thì phạm vi làm việc được mở rộng nhiều. Máy thủy lực cánh gạt
được sử dụng nhiều trong hệ thống máy công cụ, khoan, doa, phay, tiện, mài.

 Cấu tạo:
12


Gồm có 1 vỏ hình trụ trong đó có rơto. Tâm của vỏ và rôto lệch nhau 1 khoảng là e.
Trên rơto có các bản phẳng. Khi rơto quay, các bản phẳng này trượt trong các rãnh và gạt
chất lỏng, nên gọi là cánh gạt. Phần không gian giới hạn bởi vỏ bơm và roto gọi là thể tích
làm việc
Với kết cấu bơm cánh gạt như trên, 1 vòng quay máy thể hiện 1 lần hút và 1 lần đẩy,
còn gọi là bơm tác dụng đơn. Bơm càng nhiều cánh gạt thì lưu lượng càng đều, thơng
thường có số cánh gạt từ 4-12 cánh.
 Nhược điểm:
Gây lên lực hướng kính lệch (từ khoang đẩy).
+ Bể dầu:
 Bể dầu có các nhiệm vụ chính sau:


Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình khép kín.



Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.



Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc.



Tách nước.

 Kết cấu của bể dầu:

13


Được chia làm 2 ngăn bởi 1 màng lọc (5). Khi mở động cơ (1), bơm dầu làm việc,
dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào 1
ngăn khác.
Dầu thường đổ vào bể qua 1 cửa (8) bố trí trên nắp bể lọc và ống xả (9) được đặt vào
gần sát bể chứa. Có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7).
Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống đảm bảo sạch. Sau một thời
gian làm việc định kỳ thì bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thay mới. Trên đường
ống cấp dầu ( sau khi qua bơm) người ta gắn vào 1 van tràn điều chỉnh áp suất dầu cung
cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu.
+ Bộ lọc:
Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên
ngoài vào, hoặc do bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn đó sẽ làm kẹt các khe hở, các
tiết diện chảy có kích thước nhỏ gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt động của
hệ thống. Do đó trong các hệ thống dầu éo đều dùng bộ lọc để ngăn ngừa chất bẩn thâm
nhập vào bên trong các cơ cấu.
Bộ lọc thường đặt ở đầu ống hút của bơm. Trường hợp dầu cần sạch hơn, đặt thêm
một bộ nữa ở đầu ra của bơm và một bộ ở hệ thống xả của hệ thống dầu ép. Tùy thuộc
vào kích thước chất bẩn có thể lọc được, bộ lọc dầu có thể được phân thành các loại sau:

+ Bộ lọc thơ: Có thể lọc được chất bẩn đến 0.1mm.
+ Bộ lọc trung bình: Có thể lọc được chất bẩn đến 0.01mm.
+ Bộ lọc tinh:Có thể lọc được chất bẩn đến 0.005mm.
+ Bộ lọc đặc biệt tinh:Có thể lọc được chất bẩn đến 0.001mm.

14


Các hệ thống dầu trong máy công cụ thường được dùng bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh.

Cách lắp bộ lọc trong hệ thống: Tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống
điều khiển mà ta có thể lắp bộ lọc dầu theo các vị trí khác nhau.
+ Lắp bộ lọc dầu ở đường hút. (hình a)
+ Lắp bộ lọc dầu ở đường nén. (hình b)
+ Lắp bộ lọc dầu ở đường xả. (hình c)

a)

b)

c)
15


Phần xử lý:
Dòng dầu thủy lực được bơm đưa lên các đường ống dẫn dầu đến bộ phận chấp
hành. Để kiểm soát vận tốc của các cơ cấu chấp hành ta dùng van tiết lưu.
Để ngăn ngừa quá tải ta dùng van tràn, van an toàn.
+ Đặc điểm các loại van:


Van áp suất: Dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm giá trị số

áp suất trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực. Van áp suất có thể chia thành các loại
sau:


Van tràn và van an tồn.



Van giảm áp.



Van cản.



Van đóng mở cho bình trích chứa thủy lực.

a) Van tràn và van an toàn:
Tác dụng: “Ngăn ngừa” áp suất vượt qua 1 giá trị đặt trước bởi người sử dụng nhằm
bảo vệ hệ thống hoặc cụm thiết bị không bị phá hỏng do áp suất ( vì vậy nó được gọi là
van an tồn).
Thơng thường van an tồn có 2 cửa dầu: 1 cửa nối với nguồn cấp / gây ra áp suất, 1
cửa kia nối về thùng chứa để xả bỏ dầu về lại bể dầu. Lưu ý là lưu lượng xả bỏ qua van an
tồn hầu như khơng phụ thuộc vào áp suất.
Van tràn làm việc thường xun cịn van an tồn làm việc khi quá tải.

16


b) Van 1 chiều:
Van này chỉ cho phép dòng lưu chất đi qua theo 1 chiều và cấm theo chiều ngược lại.

c)Van tiết lưu:
Thiết bị này được thiết kế để giảm diện dịng chảy của khí. Nó có thể điều chỉnh
được hoặc không điều chỉnh được.
Trong đề tài này ta chọn van tiết lưu có thể điều chỉnh lưu lượng.
Để điều chỉnh lưu lượng theo 1 chiều ta kết hợp 2 van trên ( van tiết lưu + van 1 chiều).

17