Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực máy ép thủy lực

ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH:
ĐỀ BÀI: Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực máy ép thủy lực
với các thong số sau:
Lực ép: 70 tấn
Chu kì ép: 3 lần/phút.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 1
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP
Trên thế giới hiện nay có nhiều công ty chế tạo máy ép phục vụ
cho ngành công nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép dùng trong
sản xuất giày, máy ép dùng để nong lỗ trong sản xuất chi tiết máy,
máy ép dùng để đột, máy ép dùng để ép gạch, dùng để ép ván dăm….
Tuy nhiên tính đa dạng trong khâu thiết kế sản phẩm này chưa có, vì lí
do nhu cầu sử dụng mặt hàng này không nhiều. Nên đa số các công ty
chuyên sản xuất máy ép luôn sản xuất theo đơn đặt hàng của đối tác.
Điều này đã dẫn đến thực trạng nước ta chưa có công ty nào thiết kế
và chế tạo ra máy ép hoàn chỉnh. Do kinh nghiệm cũng như công
nghệ là chưa đủ, mà các công ty chủ yếu là phân phối lại sản phẩm
của các công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặt hàng tại Việt Nam rồi
đưa về các công ty chính để chế tạo.
Qua tìm hiểu các công ty chuyên sản xuất và chế tạo máy ép chủ
yếu tập trung ở những nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như
tại Mĩ có công ty DENISON được thành lập từ năm 1900, tại Ấn Độ
có công ty VELJAN, công ty YOKEN của Đài Loan chuyên cung cấp
các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức có tập đoàn REXROTH
chuyên về sản xuất chế tạo, sửa chữa và bảo dưỡng các loại máy ép
thủy lực cũng như cung cấp thiết bị phụ tùng cho các hệ thống thủy
lực khí nén. Tại Việt Nam có công ty Cổ phần Công nghệ Quỳnh,
công ty T.A.T tại Tp HCM, công ty Long Quân tại Hà Nội là các công
ty chuyên về phân phối, lấp đặt, thiết kế, tư vấn hệ thống thủy lực khí

nén hàng đầu tại Việt Nam.

SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 2
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
Dưới đây là một số loại máy ép thủy lực đang có trên thị trường Việt
Nam hình 1.1



a) b) c)



d) e) f)
Hình 1.1 – Một số máy ép thủy lực.
a) Máy ép thử mẫu bê tông.
b) Máy ép gia nhiệt sửa lốp xe máy theo công nghệ Nhật.
c) Máy ép để đóng gói bao bì nhựa.
d) Máy ép khung chữ H.
e) Máy ép ván dăm.
f) Máy ép thủy lực 1200 tấn.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 3
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
• Phân loại:
Hình1.2 – Phân loại các máy ép thủy lực theo chức năng công nghệ.
a- Để gia công kim loại; b- Để gia công vật liệu phi kim loại
Theo chức năng công nghệ các máy ép được chia ra làm máy ép để
cho kim loại (hình 1.3a) và cho vật liệu phi kim loại (hình 1.3b). Máy
ép để cho kim loại được chia làm 5 nhóm: Để rèn và dập, để ép chảy,
để dập tấm, để thực hiện các công việc lắp ráp và để xử lí các phế liệu

SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 4
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
kim loại. Do các máy ép có nhiều loại khác nhau nên người ta thường
dùng lực ép định mức P
H
là thông số phổ bién nhất.
Trong số các máy ép thuộc nhóm 1 có thể kể tên: Máy ép để rèn –
rèn tự do có dập trong khuôn, P
H
= 5÷20MN; Máy ép để dập – dập nóng
các chi tiết bằng magiê và hợp kim nhôm, P
H
= 10÷700MN; Máy ép đột
– để đột nóng các phôi bằng thép trong cối kín, P
H
= 1.5÷30MN; Máy
ép để chuốt kéo – chuốt kéo các phôi rèn qua các vòng, P
H
=
0.75÷15MN.
Trong số các máy ép của nhóm 2 có thể kể: Máy ép thanh - ống và
máy ép thanh - ống, dùng để ép kim loại màu và thép, P
H
=
0.4÷120MN.
Trong nhóm 3 có thể kể tên các loại: Máy ép để dập tấm kiểu tác
dụng đơn giản, P
H
= 0.5÷10MN; Máy ép vuốt để vuốt sâu các chi tiết
hình trụ, P

H
= 0.3÷4MN; Máy ép để gấp mép, tạo mặt bích, để uốn và
dập các vật liệu dạng tấm dày, P
H
= 3÷45MN; Máy ép để lốc, để uốn lốc
vật liệu dạng tấm dày và nóng, P
H
= 3÷200MN.
Trong nhóm 5 phải kể tên các loại máy ép đóng gói và đóng bánh,
được dùng để ép các phế liệu như phoi kim loại, P
H
= 1÷6MN. Các máy
ép thủy lực dùng cho các loại vật liệu phi kim loại gồm có máy ép cho
các loại bột, chất dẻo và để ép các tấm phoi gỗ, gỗ dán….
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 5
??
0.00 Bar
0.00 Bar
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY ÉP 70 TẤN:
Ta chọn thiết kế máy ép đa năng. Đây là lại máy ép được sử dụng
rộng rãi để thực hiện các công đoạn ép-lắp ráp, dập tấm, chuốt ép và
hàng loạt các công việc gia công khác. Máy có thể thực hiện một số
công việc như đột lỗ, tán ri vê. kiểu máy ép thủy lục kiểu chữ C. đây là
kiểu máy kết cấu đơn giản không gian làm việc lớn và phù hợp với lực
ép nhỏ hơn 100 tấn.
Sơ đồ thủy lực:
Hệ thống thủy lực cảu máy ép bao gồm:
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 6
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH

• Trạm nguồn: bao gồm:
+ bơm, là thiết bị để chuyển cơ năng sang thủy năng.
+ động cơ điện, là thiết bị chuyển năng lượng điện thành cơ năng,
+ thùng dầu, là thiết bị chứa lượng dầu cần thiết cho hệ thủy lực,
+ thước đo dầu, là thiết bị để xác định mức dầu trong thùng dầu,
+ nắp thùng dầu, để tránh bụi bẩn rơi vào thùng dầu.
+ lọc dầu, để tránh các cặn bẩn ảnh hưởng đến hệ thống thủy lực,
+ đế van: là thiết bị để tổ hợp các đường ống thủy lực và tạo đế lắp
các van.
+ đông hồ áp suất: để biết áp suất của hệ thống.
+ khóa lắp trước đồng hồ áp suất: để bảo vệ đồng hồ khi không dung
đến.
+ hệ thống van: để điều hành và đảm bảo hệ thống hoạt động.
Tóm lại: trạm nguồn là trạm chuyển hóa nắng lượng cơ thành thủy
năng cung cấp cho hệ thống.
• Van phân phối: ta sử dụng van 4/3 điều khiển điện để điều khiển cơ
cáu chấp hành.
• Cơ cấu chấp hành: xylanh có tác dụng chuyển thủy năng thành cơ
năng tạo lực ép cho máy ép.
• Van an toàn: ổn định áp suất hệ thống, nghĩa là nó bảo vệ hệ thống
luôn dưới áp suất nguy hiểm
• Van chống lún: giữ áp suất hệ thống khi có sự cố.
• Ngoài và còn có hệ thống đường ống và các thiết bị đường ống.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 7
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
PHẦN III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC.
3.1.Tính chọn Xylanh:
3.1.1.Thông số thiết kế:
• Chọ áp suất lầm việc của hệ thống là p= 270 bar.
• Lực ép đầu cần xy lanh F=70 tấn = 70.9,81 KN.

• Thời gian 1 hành trình 20s.
• Thời gian giữ ép 3s.
• Hành trình pít tong l= 300mm.
3.1.2.Tính toán các thong số:
Ta có:
2
.
4
4 4.70.9,81.1000
0.18
. 3,14.270.100000
D
F p
F
D m
p
π
π
=
⇒ = = =
Chọn theo tiêu chuẩn D=0,18 m=180mm.
• Tính đường kính cần pít tông:
Ta có:
d=(0,6-0,8) D =(0,6-0,8).180=108- 144 mm
chọn đường kính cần theo tiêu chuẩn:
d=125mm.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 8
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
3.1.3.Lưu lượng cần cấp cho xy lanh:
Gọi Vận tốc đi xuống của xy lanh là v

1

Vận tốc đi lên của xy lanh là v
2
Ta có:
1 2
20 3 17
l l
v v
+ = − =
s (1)
Ta lại có :
1
2
2
2 2
4
4
Q
v
D
Q
v
D d
π
π π
=
=
−
(2)

Từ (1)(2)
 Q=0,00084m
3
/s=50,4 (l/phút)
v
1
=0,033 m/s
v
2
=0,052 m/s
3.2.Tính toán đường ống:
Để tính toán đường kính đường ống ta thường căn cứ vào vận tốc của
dầu, nếu vận tốc lơn quá thì tổn thất sẽ lớn và nếu vận tốc nhỏ thì tổn
thất nhỏ nhưng chi phí cho đường ống lại lớn. thông thường ta chọn
vận tốc các đoạn đường ống như sau:
+Đường ống hút : 0,8-1,2 m/s
+Đường ống đẩy : 3 - 5 m/s
+Đường ống xả : 1 - 1,6m/s
Đường kính ống được tính như sau:
4Q
d
v
π
=
Q: lưu lượng dầu qua ống
v: vận tốc dầu trong ống.
3.2.1.Tính toán đường ống hút:
Đường kính ống hút là:
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 9
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH

4
b
h
h
Q
d
v
π
=
Q
b
: lưu lượng bơm.
Q
b
=1,1.Q=1,1.50,4=55,44 l/p
v
h
: vận tốc trong ống hút
v
h
=0,8-1,2 m/s

3
4 4.55,44.10
(0,03 0,04)
3,14.(0,8 1,2)
b
h
h
Q

d m
v
π
−
= = = ÷
÷
Vậy ta phải chọn đường ống hút có đường kính từ 3-4 cm.
3.2.2.Tính toán đường ống xả:
Đường ống xả là đường ống bắt đầu từ đế van đến bộ phận làm mát và
từ bộ phận làm mát về bể dầu.
Ta có: đường kính đường ống xả:
4
x
x
Q
d
v
π
=
Trong đó: Q : lưu lượng qua ống xả.
v
x
:vận tốc trong ống xả.
v
x
=1-1,6 m/s

3
4 4.50,4.10
(0,025 0,030)

3,14.(1 1,6)
x
x
Q
d m
v
π
−
= = = ÷
÷
Vậy ta phải chọn đường ống xả có đường kính từ 2,5-3 cm
3.2.3.Tính toán đường ống đẩy:
Đường ống đẩy chia làm 2 phần: một phần nối từ bơm đến đế van và
một phần nối từ đế van đến cơ cấu chấp hành(xylanh). Do vậy, ta chọn
đường ống nối từ bơm đến đế van là ống cứng và phần nối từ van đến
xylanh sẽ có một phần ống mền sau đó đên phần ống cứng.
Ta có đường kính ống đẩy:
4
d
d
Q
d
v
π
=
Trong đó: Q lưu lượng qua đường ống đẩy.
v
d
vận tốc trong đường ống đẩy.
v

d
=3-5 m/s.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 10
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH

3
4 4.50,4.10
(0,015 0,020)
3,14.(3 5)
d
d
Q
d m
v
π
−
= = = ÷
÷
Vậy: ta phải chọn đường ống đẩy có đường kính từ 14-20mm và chịu
được áp lực 270bar.
3.3.Tính toán bơm nguồn:
3.3.1.Tính toán các thông số cơ bản:
Ta có áp suất bơm:
p
b
=p
yc
+p
w.
p

yc
: áp suất cần cho xilanh hoạt động.
p
yc
=220bar.
p
w
: áp suất bị tổn thất.
Ta sẽ tiến hành xác định tổn thất áp suất của hệ thống:
Giả sử:
• Chiều dài ống hút L
1
=1m, vận tốc trong ống hút v
1
=1,2m/s,
đường kính ống hút d
h
=30mm.
• Chiều dài ống xả L
2
=1m, vận tốc ống xả v
2
= 1,6 m/s, đường kính
ống xả d
x
=25mm.
• Chiều dài ống đẩy 4m, vận tốc trong ống đẩy v
3
=3m/s, đường
kính ống đẩy d

d
=20mm.
Chọn dầu thủy lực vidamo ISO 32 TL, đây là dầu của công ty
VIDAMO là thành viên của tập đoàn dầu khí quốc gia việt nam
PETROVIETNAM. Dầu có các thông số kĩ thuật sau:
+ trọng lượng riêng:
γ
=8,6.10
3
N/m
3
.
+ độ nhớt động học ở 40
o
C là:
υ
=32.10
-6
m
2
/s.
Ta có:

w d c
p p p= +
với :p
d
: tổn thất áp suất dọc đường.
P
c

: tổn thất áp suất cục bộ.
•
2
.
2
d
l v
p
d g
λ γ
=
∑
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 11
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
Ta có:
1
6
1.0,03
Re 937 2320
32.10
h
h
v d
υ
−
= = = <
 Dòng chảy trong ống hút là dọng chảy tầng.

64 64
0,068

Re 937
h
h
λ
= = =
.

2
6
1,6.0,025
Re 1562 2320
32.10
x
x
v d
υ
−
= = = <
 Dòng chảy trong ống hút là dọng chảy tầng.

64 64
0,041
Re 1562
x
x
λ
= = =
.
3
6

3.0,020
Re 1875 2320
32.10
d
d
v d
υ
−
= = = <
 Dòng chảy trong ống hút là dọng chảy tầng.

64 64
0,034
Re 1875
d
d
λ
= = =
.

2 2 2 2
1 1 2 2 3 3
. . . .
2 2 2 2
d h x d
h x d
l v l v l v l v
p
d g d g d g d g
λ γ λ γ λ γ λ γ

= = + +
∑
2 2
3 3
2
3 5
1 1 1 1,6
(0.068. .8,6.10 0.041. .8,6.10
0,03 2.9,81 0,025 2.9,81
4 3
0.034 .8,6.10 ).10 0,5
0,02 2.9,81
bar
−
= + +
+ =
.
•
2
.
2
c c
v
p
g
ξ
=
Chọn tổn thất qua van phân phối là 2 bar.

SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 12

ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH

2 2 2
1 1,6 3
2 1,2. 1,2. 1,2. 2,7
2 2 2
c
p bar
g g g
= + + + =

w
0,5 2,7 3,2
d c
p p p bar= + = + =
 p
b
=p
yc
+p
w.
=270+3,2=273,2bar.
Chọn áp suất bơm nguốn là p
b
= 280bar.
Lưu lượng bơm:
1,1* 1,1*50,4 55,4 /
b yc
Q Q l p
= = =

Chọn Q
b
=56 l/p.
Vậy ta sẽ tiến hành thiết kế bơm với các thông số sau:
P
b
=280bar
Q
b
=56 l/p.
3.3.2.Tính toán thiết kế bơm nguồn:
Với áp suất 280bar và lưu lượng 56 l/p, ta sẽ chọn bơm bánh răng
ăn khớp ngoài là phù hợp nhất do:
+ áp suất bơm bánh răng <300bar.
+ lưu lượng thương nhỏ hơn 100l/p.
+kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp hơn các loại bơm khác.
Chọn động cơ điện có số vòng quay là 1450v/p.
 Lưu lượng riêng của bơm:
3
56.1000
38,6 / òng
1450 1450
Q
q cm v= = =
.
3.3.2.1. Tính bánh răng:
Ta có:
.2 . . .
.2 . . . .
Q

Q
q D m b
q m z m b
η π
η π
=
⇔ =
Chọn: z=12,
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 13
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH

6
b
m
=
η
Q
=0,9.

3
3,2
0,9.12.2.3,12.6
q
m mm
= =
 D=z.m=12.3,2=38 mm.
 D
a
=(z+2).m=14.3,2=45 mm.
 b=(6-10).3,2=30 mm.

 D
f
=(z-2,5).m=9,5.3,2=30 mm.
Yêu cầu kĩ thuật khi gia công bánh răng:
+độ không đồng tâm của các đường kính đỉnh răng: <0,02;
+độ dảo ccuar profil răng với mặt đầu : <0,05;
+độ không song song của các mặt đầu: <0,01;
+độ không vuông góc của các mặt đầu với trục: <0,01;
+ độ côn và độ ô van cảu các bánh răng: <0,01;
+độ bong của các bề mặt gia công:
7 8
∇ ÷∇
3.3.2.2. Tính vỏ bơm:
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 14
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
ß1
ß2
Ta có kích thước cuẩ vỏ bơm ở phần bao bánh rang được tính theo kích
thước của bánh răng.
• Chiều ngang của khoang hút và khoang đẩy là:
b+6=30+6=36 mm.
chọn
β
1
=80
o
,
β
2
=60

o
.
• Tính bề dày vỏ bơm:
Ta có ứng suất nén lên vỏ bơm là:
v a
d
v a
D D
p
D D
σ
+
=
−
Với: D
v
đường kính ngoài vỏ bơm.
D
a
đường kính trong vỏ bơm hay đường kính đỉnh răng.
P
d
áp suất đẩy.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 15
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
Chọn vật liệu chế tạo vỏ là thép đúc có [
σ
]=1100 kG/cm
2
Ta có :

[ ]
σ σ
<
 D
v
=77 mm.
• Yêu cầu khi gia công vỏ bơm:
+dung sai của các tâm lỗ trục không lớn hơn 0,01;
+độ không song song các tâm lỗ trục không lớn hơn 0,01;
+độ không vuông góc các mặt đầu trục không lớn hơn 0,01;
+bề mặt lỗ tiếp xúc với đỉnh răng không cho phép có độ lồi.
+độ bóng bề mặt tạo khe hẹp lằm kín :
7 8
∇ ÷∇
3.3.2.3.Tính trục bơm:
a.tính trục chủ động:
ta có: lực hướng kính do áp suất chất lỏng tác dụng lên trục là:

0,85 . . 1071,65
R
L p b D kN= ∆ =
Với:
p
∆
độ chênh áp suất giữa khoang hút và khoang đẩy.
b chiều dày bánh răng.
D đường kính vòng lăn bang răng.
Mô men xoắn tavs dụng lện trục chủ động :

2
ax
. .( ) 133
m
M p b Dm m Nm= + =
• Chọn kết cấu trục chủ động như hình vẽ:
Từ hình vẽ ta có:
F
1
=F
2
=L/2.
Ta có: momen uốn trên trục do lực hướng kính gây ra rất nhỏ so với
momen xoắn, do vậy ta bỏ qua momen uốn do lực L gây ra.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 16
30
30 30
60
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
 Đường kính sơ bộ trục được tính như sau:
3
0,2[ ]
sb
M
d
τ
=
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép CT5 có ứng suất xoắn cho phép
[
τ

]=25 MPa
 d
sb
=30 mm
 [
σ
] =58
3
28
0,1[ ]
tr
M
d mm
σ
= =
Do đường kính trục không nhỏ hơn đường kính vòng chân răng của
bánh răng nhiều nên ta chọn kết cấu bánh răng liền trục.
• Kích thước và kết cấu trục chủ động:
Lắp bạc
b.trục bị động:
chọn kích thước và kết cấu trục bị động theo trục chủ động để thuận
tiện cho việc lắp ráp và phụ kiện.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 17
25
28
45
28
30 30 30
30
30

45
28
30 30 30
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
3.4. Tính bể dầu:
3.4.1.chức năng, nhiệm vụ của bể dầu:
Trong hệ thống thủy lực, bể dầu có chức năng sau:
-Cung cấp dầu cho hệ thống hoạt động.
-Lắng đọng các cặn bẩn.
-Tỏa nhiệt cho hệ thống.
-Gá đặt trạm nguồn lên trên.
3.4.2.Tính bể dầu:
Chọn kích thước của bể dầu như sau:
Chiều ngang: a
Chiều dài :b=2a
Chiều cao h=a
Ta có: thể tích của bể dầu tính theo lưu lượng bơm:
V=3-5.Q=(3-5) 50,4=250 l.
 a=0,5m
 b=1 m
 h=0,5m.
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 18
ĐỒ ÁN MÁY THỂ TÍCH
Contents
SVTH:TRẦN ĐỨC HUY – mssv:20081164 Page 19