Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63t,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THẾ ANH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY THỬ UỐN THỦY LỰC TẢI TRỌNG
63T, DÙNG CHO CÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH

Hà Nội - 2015


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... - 3 LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. - 4 PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................. - 3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY THỬ UỐN THỦY LỰC ........................................ - 7 1.1. Đặc điểm các phòng thí nghiệm xây dựng ở nƣớc ta ......................................... - 7 1.2. Một số loại máy thử uốn thủy lực trên thế giới và ở nƣớc ta ............................. - 9 1.3. Nguyên lý hoạt động và phân loại .................................................................... - 12 1.3.1 Nguyên lý hoạt động ....................................................................................... - 12 1.3.2 Phân loại ......................................................................................................... - 13 1.4. Yêu cầu thiết kế và tính năng của máy thử uốn ................................................ - 15 1.4.1.Yêu cầu về thiết kế ......................................................................................... - 15 1.4.2.Yêu cầu về tính năng của máy ........................................................................ - 15 1.5. Thí nghiệm đo ứng suất pháp của dầm chịu uốn với máy thử uốn ................... - 15 1.5.1.Mục đích thí nghiệm ....................................................................................... - 15 1.6. Lựa chọn mô hình máy thử uốn thủy lực .......................................................... - 18 Chƣơng 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY THỬ UỐN THỦY LỰC ............................ - 25 2.1. Yêu cầu kỹ thuật của máy thử uốn thủy lực ..................................................... - 25 2.2. Tính chọn áp suất làm việc của hệ thống .......................................................... - 25 2.3. Thiết kế lựa chọn sơ đồ nguyên lý mạch thủy lực ............................................ - 28 2.3.1. Chức năng các bộ phận của sơ đồ nguyên lý mạch thủy lực ......................... - 28 2.3.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lí mạch thủy lực của hệ thống .................................... - 29 2.3.3. Mạch đồng bộ vận tốc xylanh ........................................................................ - 36 2.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy ép thủy lực .................................................... - 39 2.5. Tính toán thiết kế các phần tử thủy lực ............................................................ - 41 2.5.1.Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết bộ phận ............................. - 41 1.Tính toán cụm piston-xy lanh thủy lực ................................................................. - 41 2. Lƣu lƣợng cần cấp cho xy lanh............................................................................ - 51 3. Tính toán đƣờng ống thủy lực: ............................................................................ - 52 4. Tính toán bơm nguồn ........................................................................................... - 55 5. Tính chọn động cơ điện ....................................................................................... - 64 -


6. Tính chọn van ...................................................................................................... - 64 7. Chọn rơle áp suất ................................................................................................. - 69 8. Chọn đồng hồ đo áp và khóa đồng hồ ................................................................. - 70 9. Chọn mắt thăm dầu và nắp đổ dầu....................................................................... - 70 10. Chọn bộ lọc ........................................................................................................ - 70 11. Chọn bộ làm mát ................................................................................................ - 73 12. Tính toán thiết kế bể dầu ................................................................................... - 74 Chƣơng 3: TÍNH KIỂM BỀN KẾT CẤU KHUNG MÁY THỬ UỐN......................... - 78 3.1. Chọn sơ đồ lực tác dụng lên khung máy dạng khung phẳng (hình 3.1) ........... - 78 3.2. Xác định ngoại lực tác dụng lên khung máy .................................................... - 78 3.3. Xác định nội lực trong khung máy ................................................................... - 79 3.4. Đặc trƣng hình học của các mặt cắt ngang nguy hiểm trên khung của máy .... - 81 3.5. Kiểm tra bền cho khung máy ............................................................................ - 82 Chƣơng 4: VẬN HÀNH, BẢO DƢỠNG VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ QUAN ................... - 85 TRỌNG CỦA MÁY THỬ UỐN THỦY LỰC .............................................................. - 85 4.1. Vận hành hệ thống: ........................................................................................... - 85 4.2. Bảo dƣỡng hệ thống .......................................................................................... - 87 4.3. Những vấn đề quan trọng của máy thử uốn thủy lực........................................ - 90 4.3.1. Dầu thủy lực và bảo quản .............................................................................. - 90 4.3.2. Sự rò rỉ và làm kín ......................................................................................... - 93 4.3.3. Khớp nối thủy lực........................................................................................... - 97 4.3.4. Biến dạng đàn hồi trong hệ thống của các máy ép thủy lực .......................... - 98 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ........................................................................... - 103 -


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện
Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn Công nghệ chế tạo máy Trƣờng Đại học
Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến GS.TS. Trần Văn Địch
là những ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

và thực hiện đề tài này.
Trong thời gian học tập, cũng nhƣ việc nghiên cứu luận văn đã đƣợc sự hƣớng dẫn
tận tình của các thầy cô giáo trong các Bộ môn của Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà
Nội. Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo đã tận tình giúp đỡ và
hƣớng dẫn.
Tuy nhiên dù đã có rất nhiều cố gắng nỗ lực của bản thân, song luận văn không thể
tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng
góp bổ ích từ các thầy cô giáo, cùng các bạn đồng nghiệp giúp cho luận văn đƣợc
hoàn chỉnh hơn nữa để hạn chế bớt thiếu sót.
Tác giả

Nguyễn Thế Anh


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
-------------------

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là: Nguyễn Thế Anh
Nơi công tác: Trƣờng cao đẳng xây dựng công trình đô thị.
Luận văn: Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng P = 63T, dùng
cho các phòng thí nghiệm xây dựng.
Chuyên ngành: Chế tạo máy
Tôi xin cam đoan, đây là luận văn của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày
trong luận văn là do tôi phát triển, và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kì một tài
liệu nào.
Tác giả

Nguyễn Thế Anh


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63 t, dung

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1: Một số loại máy thử uốn thủy lực trên thế giới và ở nước ta

11

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy ép thủy lực

12

Hình 1.3: Sơ đồ phân loại máy thử uốn.

13

Hình 1.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn

16

Hình 1.5: Hình ảnh bố trí thí nghiệm cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn

17

Hình 1.6: Biểu đồ mô men nội lực cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn

17

Hình 1.7: Máy ép có trụ định tâm

20

Hình 1.8: Máy ép không có trụ định tâm

22

Hình 2.1: Sơ đồ tính chọn áp suất làm việc của hệ thống

25

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lí mạch thủy lực cơ bản

29

Hình 2.3: Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng thể tích

31

Hình 2.4. Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng tiết lưu

31

Hình 2.5. Sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều

33

Hình 2.6. Sơ đồ mạch thủy lực cho máy thử uốn

34

Hình 2.7. Các xylanh được ghép song song sẽ không hoạt động đồng bộ.

35

Hình 2.8. Các xy lanh được ghép nối tiếp sẽ hoạt động đồng bộ

37

Hình 2.9. Giai đoạn 1 của máy ép.

38

Hình 2.10. Giai đoạn 2 của máy ép

39

Hình 2.11. Các thành phần cơ bản của xy lanh - piston.

40

Hình 2.12. Xy lanh - Piston tác động đơn

41

Hình 2.13. Xy lanh - Piston tác động kép

42

Hình 2.14. Xy lanh - Piston kiểu bậc

43

Hình 2.15. Xy lanh - Piston kiểu pluger

43

Hình 2.16. Các thành phần của xy lanh

44

Hình 2.17. Sơ đồ tính chọn đường kính xylanh - piston

48

Hình 2.18. Các thành phần cơ bản của một máy bơm

56

Hình 2.19. Các đồ thị lực ép(phần gạch là công suất bơm không sử dụng)

58

HVTH: Nguyễn Thế Anh

-1-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63 t, dung

Hình 2.20. Hình ảnh cho bơm nguồn

62

Hình 2.21. Hình ảnh cho động cơ điện

63

Hình 2.22. Van phân phối loại 4/3

66

Hình 2.23. Van phân phối loại DSG-3C3-03-AC220v/50Hz

66

Hình 2.24. Hình ảnh của van an toàn MRV-03-P-3

67

Hình 2.25. Hình ảnh của van MPCV- 03-W

68

Hình 2.26. Hình ảnh cho rơ le áp suất

69

Hình 2.27. Sơ đồ bố trí của bộ lọc.

72

Hình 2.28. Kết cấu của bộ làm mát bằng nước.

73

Hình 3.1. Sơ đồ lực tác dụng lên khung máy thử uốn

76

Hình 3.2. Biểu đồ nội lực Mx, Qy và Nz

78

Hình 3.3. Mặt cắt ngang tiết diện A-A

79

Hình 3.4. Mặt cắt ngang tiết diện B-B

80

Hình 4.1.Bảng độ nhớt yêu cầu sử dụng đối với các thiết bị của Vickers

89

Hình 4.2. Một số loại khớp nối

95

Hình 4.3. Sơ đồ tính toán máy ép

96

HVTH: Nguyễn Thế Anh

-2-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63 t, dung

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Trên thế giới hiện nay có nhiều công ty chế tạo máy ép phục vụ cho ngành
công nghiệp nặng và nhẹ khác nhau, dùng cho các loại mục đích khác nhau, nhƣ
máy ép 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 loại sản phẩm này chƣa có, vì lí do nhu cầu sử
dụng mặt hàng này không nhiều. Nên đa số các công ty chuyên sản xuất máy ép ở
cả trong và ngoài nƣớc phần lớn sản xuất theo đơn đặt hàng của đối tác.. Điều này
đã dẫn đến thực trạng nƣớc ta chƣa có tổ chức hoặc công ty nào thiết kế và chế tạo
ra máy ép hoàn chỉnh, chuyên nghiệp. Do kinh nghiệm cũng nhƣ công nghệ là

chƣa đủ, mà các công ty chủ yếu là phân phối lại sản phẩm của các công ty nƣớc
ngoài hoặc nhận đơn đặt hàng tại Việt Nam rồi đƣa về các công ty chính để chế
tạo..
Trong tình hình đó, thì đây là một thực trạng khó khăn đặt ra cho việc cung cấp
các loại máy ép thử uốn chuyên dùng cho các phòng thí nghiệm xây dựng ở Việt
Nam và là một bài toán đòi hỏi phải có cách giải quyết phù hợp. Hơn nữa, loại
máy ép dùng để thử uốn với đặc thù là cần gia tăng lực ép một cách tuyến tính từ
từ đòi hỏi thiết kế với những yêu cầu riêng về tính năng sử dụng cho thí nghiệm
thì lại càng chƣa có nơi nào tại Việt Nam thiết kế, chế tạo. Do đó việc nghiên cứu
thiết kế chế tạo máy thử uốn thủy lực chuyên dùng cho các phòng thí nghiệm xây
dựng là một yêu cầu cấp bách đặt ra cho các kỹ sƣ, cán bộ giảng dạy tại trƣờng
Cao đẳng xây dựng công trình đô thị. Đặc biệt là đối với loại máy ép thủy lực thử
uốn chuyên dùng cho các phòng thí nghiệm xây dựng để thử các loại tải trọng đa
dạng khác nhau tại các phòng thí nghiệm xây dựng trên cả nƣớc, là một nhu cầu
bức thiết cần phải có những nghiên cứu thiết kế phù hợp, đáp ứng nhu cầu phục vụ
thí nghiệm với các loại tải trọng đa dạng tại trƣờng đại học, cao đẳng..
HVTH: Nguyễn Thế Anh

-3-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63 t, dung

2. Mục đích và nội dung của đề tài:
2.1 Mục đích:
Với đề tài nghiêng cứu và thiết kế máy ép thủy lực có tải trọng P = 63 tấn để phục
vụ cho phòng thí nghiệm xây dựng tại trƣờng Cao đẳng xây dựng công trình đô
thị. Hiện nay, nhà trƣờng đang sử dụng máy ép đã lâu đời nên các loại máy ép đều

xuống cấp, vì vậy hoạt động tiến hành các thí nghiệm không đạt đƣợc yêu cầu về
độ chính xác và độ tin cậy cao, hơn nữa điều này còn ảnh hƣởng nguy hiểm đến
an toàn của những ngƣời vận hành, thao tác trong phòng thí nghiệm đó. Bên cạnh
vấn đề tài chính khó khăn, không gian sử dụng của phòng thí nghiệm khá nhỏ hẹp,
nên đã không đem lại cho nhà trƣờng một sự chọn lựa tùy ý trong việc mua các
loại máy ép thủy lực đang chào bán trên thị trƣờng. Vì vậy mục đích của đề tài
này là thiết kế máy ép thủy lực có tải trọng P = 63 tấn phục vụ cho công tác giảng
dạy và đào tạo tại các phòng thí nghiệm, là phù hợp với điều kiện hiện nay của nhà
trƣờng.
2.2 Nội dung:
Thiết kế máy ép thủy lực có tải trọng P = 63 tấn bao gồm các phần sau:
+ Nghiên cứu và lựa chọn sơ đồ mạch thủy lực.
+ Nghiên cứu và thiết kế sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực.
+ Nghiên cứu, thiết kế kết cấu phần khung cơ khí.
+ Bản vẽ lắp phần khung cơ khí máy ép thủy lực.
+ Tính chọn, thiết kế các phần tử thủy lực:
- Bộ phận tác động: Xy lanh – Piston.
- Hệ thống Van.
- Bơm.
- Đƣờng ống.
- Hệ thống làm mát dầu.
- Hệ thống lọc dầu.
- Thùng chứa dầu.
- Thân máy ép.
HVTH: Nguyễn Thế Anh

-4-

GVHD: TS. Trần Văn Địch

Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63 t, dung

3. Đối trƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn là các sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy thủy
ép thủy lực, chức năng, nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật của các phần tử
mạch thủy lực, nguyên lý ứng dụng trong thiết kế các loại máy ép thủy lực chuyên
dùng cho các thí nghiệm nén mẫu vật liệu trong phòng thí nghiệm xây dựng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu, thiết kế
Từ những phân tích trên đây về mục đích sử dụng, kết hợp với đặc thù của loại
máy thử uốn thủy lực dùng cho phòng thí nghiệm xây dựng. Đồng thời có thể đánh
giá tổng quan đƣợc những ƣu, nhƣợc điểm của các phƣơng án trong quá trình
nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, trong luận văn này đƣa ra phƣơng pháp
nghiên cứu “Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu” để có thể đánh giá đƣợc
từng phƣơng án và lựa chọn đƣợc phƣơng án tốt nhất.
5. Đóng góp của luận văn
Trong luận văn này, không có tham vọng giải quyết tất cả các vấn đề cần đặt ra
của lĩnh vực thiết kế máy ép thủy lực nói chung và máy ép thủy lực thử uốn
chuyên dùng cho các phòng thí nghiệm xây dựng nói riêng. Nhƣng bằng phƣơng
pháp phân tích và lựa chọn phƣơng án tối ƣu, nên đã đƣa ra đƣợc phƣơng án tối ƣu
cho việc lựa chọn đƣợc mô hình máy ép thủy lực không có trụ định tâm, thiết kế
loại máy ép này dùng cho phòng thí nghiệm xây dựng , là loại máy ép có công suất
nhỏ, gọn nhƣng lại có độ chính xác cao, lực ép ra tăng tuyến tính từ từ và có thể
điều khiển lực ép nhờ hệ thống điều khiển cơ cấu chấp hành bằng các loại van
thủy lực nhƣ van tiết lƣu, van phân phối, van an toàn, van một chiều, van chống
lún..
Ngoài ra, khi hoàn thành luận văn này, nó sẽ giải quết bài toán thiết kế máy ép
thủy lực thử uốn P = 63 tấn, cho phòng thí nghiệm xây dựng của trƣờng cao đẳng
xây dựng công trình đô thị phục vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy trong
nhà trƣờng.

HVTH: Nguyễn Thế Anh

-5-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực tải trọng 63 t, dung

6. Kết cấu của luận văn:
Luận văn này đƣợc chia làm năm phần chính, tƣơng ứng với năm chƣơng trong
luận văn. Bao gồm những phần cơ bản sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về máy thử uốn thủy lực
Chƣơng 2: Thiết kế kỹ thuật máy thử uốn thủy lực
Chƣơng 3: Tính toán kiểm bền khung máy thử uốn thủy lực
Chƣơng 4: Vận hành,bảo dưỡng và những vấn đề quan trọng của máy ép thủy lực.
Kết luận và đề xuất ý kiến

HVTH: Nguyễn Thế Anh

-6-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY THỬ UỐN THỦY LỰC
1.1. Đặc điểm các phòng thí nghiệm xây dựng ở nƣớc ta
Trong giai đoạn hội nhập kinh tế thế giới hiện nay, chất lƣợng của công tác thí
nghiệm, phân tích, chẩn đoán, đo lƣờng có ý nghĩa rất quan trọng đối với hoạt động

kiểm tra, kiểm soát, giám định chất lƣợng công trình, công tác nghiên cứu khoa học
và công nghệ, đặc biệt là các thí nghiệm phục vụ cho công tác giảng dạy và đào tạo
tại các trƣờng đại học, cao đẳng trong cả nƣớc.
Việt Nam hiện phụ thuộc khá nhiều vào nhập khẩu, do đó cũng phải đối mặt với
những thách thức ngày càng to lớn của quá trình toàn cầu hóa. Vấn đề quản lý và
nâng cao chất lƣợng đào tạo, nâng cao năng lực nghiên cứu tại các phòng thí
nghiệm trên cả nƣớc nói chung và các phòng thí nghiệm xây dựng nói riêng. Điều
nay đang đặt ra những yêu cầu bức thiết cho các trƣờng đại học, cao đẳng chuyên
nghành xây dựng phải khảo sát, đánh giá lại thực trạng các phòng thí nghiệm để có
thể có những quyết sách phù hợp trong tinh hình mới, đây cũng là những mối quan
tâm chính của các bộ nghành đối với các phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia
hiện nay.
* Trang thiết bị, kỹ thuật cho thí nghiệm vừa thiếu, lạc hậu, phần lớn là nhập ngoại:
Với đặc thù Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp, lạc hậu mới tiến hành công nghiệp
hóa và hội nhập với thế trong một thời gian chƣa lâu. Do đó, các thành tựu về chế
tạo thiết bị nghành xây dựng ở nƣớc ta mới phát triển trong một thời gian gần đây
và còn là một nghành công nghiệp non trẻ. Chính vì thế mà việc đáp ứng đƣợc
những yêu cầu về các loại thiết bị phục vụ giảng dạy và nghiên cứu tại các phòng
thí nghiệm xây dựng là một đòi hỏi cấp bách. Hiện nay, hầu hết các những công
nghệ và thiết bị thí nghiệm phục vụ cho phân tích, chẩn đoán, nghiên cứu công nghệ
kỹ thuật nghành xây dựng có trình độ, độ chính xác và tin cậy cao đều chƣa sản
xuất đƣợc trong nƣớc. Đa số các thiết bị này đều phải nhập khẩu. Những năm qua,
mặc dù có sự quan tâm đầu tƣ của nhà nƣớc đối với công tác phân tích, đo lƣờng,

HVTH: Nguyễn Thế Anh

-7-

GVHD: TS. Trần Văn Địch

Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
nhƣng các công nghệ, thiết bị sử dụng trong lĩnh vực này vẫn còn lạc hậu, không
đồng bộ, độ chính xác chƣa cao.
* Các phòng thí nghiệm xây dựng cần trang thiết bị đắt tiền, nhưng đều phục vụ
cho các nghiên cứu cơ bản:
Theo đó, nhằm tăng cƣờng một bƣớc cơ bản cơ sở vật chất kỹ thuật cho KHCN,
nâng cao chất lƣợng nghiên cứu, đào tạo và đƣa nhanh các thành tựu khoa học, tiến
bộ kỹ thuật vào sản xuất, góp phần thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại
hóa và xây dựng đất nƣớc. Thủ tƣớng Chính phủ đã ra quyết định xây dựng 17
phòng thí nghiệm trọng điểm tại Việt Nam.
Hiện nay, 16/17 phòng thí nghiệm trọng điểm đã hoàn thành và đi vào hoạt động,
bao gồm: 5 phòng thí nghiệm thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học, 2 phòng thí
nghiệm lĩnh vực công nghệ thông tin, 3 phòng thí nghiệm lĩnh vực công nghệ vật
liệu, 2 phòng thí nghiệm cơ khí tự động hóa, 1 phòng thí nghiệm hóa dầu, 1 phòng
thí nghiệm năng lƣợng và 2 phòng thí nghiệm xây dựng cơ sở hạ tầng.
Số vốn đầu tƣ xây dựng 17 phòng thí nghiệm trọng điểm tại Việt Nam là 966,745 tỷ
VNĐ, mỗi phòng tƣơng ứng với số tiền đầu tƣ là 60 tỷ đồng. Các phòng thí nghiệm
hiện nay đã thu hút 726 nhà khoa học trong nƣớc đến nghiên cứu và làm việc. Đây
là những khoản đầu tƣ rất tốn kém so với một nền kinh tế non trẻ, vừa mới phát
triển nhƣ Việt Nam. Do đó, cần phát huy tối đa năng lực nghiên cứu, thiết kế của
các chuyên gia, nhà khoa học trong nƣớc để phần nào có thể tạo ra những trang thiết
bị phù hợp với đặc điểm riêng của từng phòng thí nghiệm, phòng thí nghiệm đặc thù
riêng của từng tổ chức, cơ quan, nhằm mang lại khả năng tiết kiệm tối đa cho đất
nƣớc mà vẫn phát huy đƣợc tốt nhất vai trò của từng phòng thí nghiệm trong công
tác giáo dục đào tạo, cũng nhƣ công tác nghiên cứu ra những tri thức mới.
* Thứ ba, nhân lực hoạt động khoa học yếu kém, tổ chức bộ máy chưa thống nhất:
Một trong những đặc điểm nổi trội của các phòng thí nghiệm xây dựng tại Việt Nam
là nguồn nhân lực khoa học công nghệ làm việc tại các phòng thí nghiệm này chƣa
đƣợc quan tâm đúng mức, cơ chế "mở" chƣa đƣợc phát huy tối đa. Bên cạnh yếu tố

về trang thiết bị vừa yếu và vừa thiếu, thì đây là một trong những rào cản khó khăn
HVTH: Nguyễn Thế Anh

-8-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
nhất cho việc phát huy tối đa năng lực nghiên cứu và đào tạo của các phòng thí
nghiệm tại các trƣờng cao đẳng và đại học trên cả nƣớc nói chung và của trƣờng
Cao đẳng xây dựng công trình đô thị nói riêng. Để có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu này
thì cần phải có một chính sách đãi ngộ nhân tài thật hấp dẫn, để có thể mang lại
những kết quả nghiên cứu có giá trị cao, có tính ứng dụng lớn phục vụ cho công
cuộc phát triển kinh tế, đồng thời, phát huy tối đa vai trò vừa là nơi tạo ra tri thức
mới, vừa là nơi đào tạo và phổ biến các tri thức khoa học trong công tác giáo dục.
Cuối cùng, vai trò của các bộ ngành có liên quan trong việc chỉ đạo, định hƣớng
hoạt động, đôn đốc, kiểm tra, đánh giá còn nhiều hạn chế.
Để khắc phục những hạn chế này, cần tạo cơ hội cho các tổ chức KHCN Việt Nam,
các doanh nghiệp, các tổ chức dịch vụ phân tích, kiểm định chất lƣợng, các hiệp
hội, ngành nghề có điều kiện tiếp xúc, tìm hiểu thông tin về những công nghệ và
thiết bị tiên tiến, hiện đại trên thế giới.
Bên cạnh đó, cần tạo môi trƣờng giao lƣu, trao đổi, hợp tác quốc tế với những đối
tác nƣớc ngoài, nâng cao trình độ kỹ thuật và công nghệ phân tích, chẩn đoán nhằm
tạo ra các sản phẩm có chất lƣợng cao, đáp ứng yêu cầu của sản xuất, kinh doanh,
xuất khẩu, nghiên cứu khoa học và bảo vệ sức khỏe con ngƣời.
1.2. Một số loại máy thử uốn thủy lực trên thế giới và ở nƣớc ta
Qua tìm hiểu các công ty chuyên sản xuất và chế tạo máy ép chủ yếu tập trung ở
những nƣớc có nền công nghiệp phát triển mạnh nhƣ tại Mĩ có công ty DENISON
đƣợc 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 dƣỡng các loại máy
ép thủy lực cũng nhƣ cung cấp thiết bị phụ tùng cho các hệ thống thủy lực khí nén.
Tại Việt Nam có công ty TNHH máy ép thủy lực Tuyết Nga. Công ty cổ phần phát
triển công nghệ HITECH VIỆT NAM. 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, tƣ vấn hệ
thống thủy lực khí nén hàng đầu tại Việt Nam. Nhìn chung, các công ty sản xuất
HVTH: Nguyễn Thế Anh

-9-

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
máy ép thủy lực ở Việt Nam là những công ty nhỏ, thiết kế và sản xuất các loại máy
ép cỡ nhỏ và phần lớn là phân phối lại các sản phẩm của các hãng lớn trên thế giới.
Dƣới đây là một số hình ảnh về các loại máy ép thủy lực có ở Việt Nam:

a.

b.

c.

HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 10 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch

Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn

d.

e.

f.

g.

h.

i.

Hình 1.1. Một số loại máy thử uốn thủy lực trên thế giới và ở nước ta
HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 11 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
a.Máy thử uốn mẫu bê tông bốn điểm cơ nhỏ
b& c.Máy thử uốn mẫu bê tông cốt thép dạng dầm cỡ lớn
d.Máy thử uốn mẫu bê tông cốt thép xy lanh dẫn hướng
e.Máy thử uốn mẫu bê tông cốt thép không có trụ định tâm
f.Máy thử ép mẫu dạng ván dăm

g.Máy thử ép mẫu bê tông cốt thép dạng trụ tròn cỡ nhỏ
h.Máy ép gạch thủy lực chịu lửa
i.Máy ép khung chữ H.
1.3. Nguyên lý hoạt động và phân loại
1.3.1 Nguyên lý hoạt động
Máy uốn thủy lực là máy hoạt động hầu nhƣ theo tác dụng tĩnh. Nguyên lý làm việc
của máy uốn thủy lực dựa trên cơ sở của định luật Pascal. Ở dạng chung nhất thì
máy uốn có 2 khoang: xy lanh có piston và các đƣờng ống nối. Nếu nhƣ đặt một
lực P1 vào piston 1, thì nó sẽ tạo ra áp suất p =P1/f1. Theo định luật Pascal thì áp
suất p đƣợc truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hƣớng tác
dụng vuông góc với mặt đáy của piston , nó sẽ tạo ra lực và lực này gây áp suất tác
dụng lên mẫu thí nghiệm. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đƣợc thể thể hiện
nhƣ (hình 1.2) dƣới đây.
P2 = p x f2 = P 1 x f 2 / f 1
Trên cơ sở định luật Pascal ta có: Diện tích f2 lớn hơn diện tích f1 bao nhiêu lần thì
lực P2 sẽ lớn hơn lực P1 bấy nhiêu lần.

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy ép thủy lực
HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 12 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
1.3.2 Phân loại
Theo chức năng công nghệ các máy ép đƣợc chia ra làm máy ép để cho kim loại và
cho vật liệu phi kim loại. Máy ép để cho kim loại đƣợc 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 kim loại. Sơ đồ phân loại đƣợc thể hiện nhƣ (hình 1.3) dƣới đây.

Hình 1.3. Sơ đồ phân loại máy thử uốn.
- Máy rèn và dập thê tích gồm có: Rèn, Máy cắt phôi, Bẻ nguội, Dập, Cắt bavia,
Dập nổi- Dập tinh, Đột, Chuốt.
- Máy ép chảy gồm có: Thanh ống, Thanh định hình, Ép chảy nguội.
- Máy dập tấm gồm có: Máy cắt vật liệu tấm, Dập tấm tác dụng đơn, kép, Dập bằng
cao su, Uốn và gấp mép, Kéo và dập dãn, Dập tấm dày, Uốn và gấp mép tấm dày.
- May nắn sửa và lắp ráp: Nắn sửa và tinh chỉnh, Ép lắp ráp, Chồn…
HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 13 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
- Máy xử lý phế liêu kim loại: Đóng bánh, Đóng gói, Ép bột kim loại.
Do các máy ép có nhiều loại khác nhau nên ngƣời ta thƣờng dùng lực ép định
mức PH là thông số phổ bién nhất. Thông số chính của máy ép thủy lực là lực ép
định mức PH – đó là tích của áp suất chất lỏng trong xy lanh với diện tích có ích của
các piston công tác của máy ép. Phụ thuộc vào các chức năng công nghệ mà các
máy ép khác nhau kết cấu của các chi tiết chính, về cách phân bố và số lƣợng của
chúng, cũng nhƣ về trị số của các thông cơ bản PH, Z, H, AxB (Z - là chiều cao
hở của không gian dập; H – hành trình toàn bộ của đầu ép; AxB – kích thƣớc của
bàn máy).
Trong số các máy ép thuộc nhóm 1 có thể kể tên: Máy ép để rèn – rèn tự do có dập
trong khuôn, PH = 5÷20MN; Máy ép để dập – dập nóng các chi tiết bằng
magiê và hợp kim nhôm, PH = 10÷700MN; Máy ép đột – để đột nóng các phôi bằng
thép trong cối kín, PH = 1.5÷30MN; Máy ép để chuốt kéo – chuốt kéo các phôi rèn

qua các vòng, PH = 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, PH = 0.4÷120MN.
Trong nhóm 3 có thể kể tên các loại: Máy ép để dập tấm kiểu tác dụng đơn giản,
PH = 0.5÷10MN; Máy ép vuốt để vuốt sâu các chi tiết hình trụ, PH =
0.3÷4MN; Máy ép để gấp mép, tạo mặt bích, để uốn và dập các vật liệu dạng tấm
dày, PH = 3÷45MN; Máy ép để lốc, để uốn lốc vật liệu dạng tấm dày và nóng, PH =
3÷200MN.
Trong nhóm 5 phải kể tên các loại máy ép đóng gói và đóng bánh, đƣợc dùng để ép
các phế liệu nhƣ phoi kim loại, PH = 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….
Tính năng công nghệ của máy ép thủy lực sẽ quyết định kết cấu của thân máy (kiểu
cột, kiểu 2 trụ, kiểu chuyên dụng…), quyết định kiểu và số xy lanh (kiểu plunger,
kiểu piston nhiều bật, kiểu piston…).
HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 14 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
1.4. Yêu cầu thiết kế và tính năng của máy thử uốn
1.4.1.Yêu cầu về thiết kế
Tất cả máy móc khi thiết kế chế tạo đều có yêu cầu kỹ thuật để quá trình hoạt
động đạt hiệu quả cao. Dƣới đây là yêu cầu kỹ thuật của máy ép thủy lực:
+ Yêu cầu hàng đầu là máy phải đủ độ cứng vững trong khi làm việc.
+ Máy sử dụng phải an toàn, chịu đƣợc điều kiện khí hậu nóng ở Việt Nam, vì
nhiệt độ cao làm nhiệt độ của chất lỏng tăng nhanh ảnh hƣởng đến áp suất làm việc.
+ Áp suất phải ổn định khi làm việc.

+ Khi có sự cố xảy ra phải dừng máy ngay lúc đó.
1.4.2.Yêu cầu về tính năng của máy
- Kích thƣớc của máy ép phải vừa đủ gọn mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của hệ thống,
làm việc an toàn, chịu đƣợc lực ép lớn trong quá trình thử các mẫu bê tông khác
nhau.
- Khả năng bảo trì, tính đổi lẫn của từng bộ phận trong máy, hệ số an toàn, chỉ số
khả năng sẵn sàng.
- Mặt khác, bộ khung của máy phải tạo ta không gian làm việc nhiều hơn, thuận
lợi cho việc thử uốn với nhiều loại mẫu bê tông với kích thƣớc khác nhau..
- Cần phải có khả năng thay thế đƣợc dầu ép, điều này sẽ giúp cho máy hoạt động
dễ dàng hơn.
- Ta có thể gắn đầu định hình và hệ thống điều khiển có thể tạo ra khả năng thực
hiện gia tăng lực ép mẫu một cách từ từ.
1.5. Thí nghiệm đo ứng suất pháp của dầm chịu uốn với máy thử uốn
1.5.1.Mục đích thí nghiệm
1.Nghiên cứu sự phân bố ứng suất pháp trên mặt cắt của dầm chịu uốn thuần túy.
2.Nghiệm lại công thức tính ứng suất pháp tại một điểm bất kỳ của dầm chịu uốn
thuần túy:

z = E.

Trong đó:
HVTH: Nguyễn Thế Anh

(1.1)

- 15 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch

Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
E: Mô đun đàn hồi của vật liệu (N/cm2)

: Biến dạng của vật liệu.
Ở trong công thức (1.1) trên đây, ta thấy rằng với mỗi loại vật liệu cụ thể thì hệ số
mô đun đàn hồi là hằng số, dựa vào việc tra bảng thì hoàn toàn có thể xác định đƣợc
hệ số này. Do vậy, muốn tìm đƣợc ứng suất ta cần xác định đƣợc biến dạng .
Trong thí nghiệm ta sẽ dùng tenxơ mét để đo biến dạng  cho mẫu thí nghiệm của
dầm chịu uốn.
1.5.2.Bố trí thí nghiệm
Sơ đồ thí nghiệm sẽ đƣợc bố trí theo hình vẽ dƣới đây: Dầm bê tông cốt thép đƣợc
đặt trên hai gối tựa A và D, tại hai điểm B và C ta đặt lực ép piston của máy thử uốn
thủy lực. Khi thí nghiệm, ta cho máy thủy lực thử gia tăng cƣờng độ lực ép một
cách từ từ thông qua cụm xy lanh – piston lên mẫu thí nghiệm, lực ép sẽ đƣợc tăng
lên cho đến khi mẫu bê tông bị phá hủy hoàn toàn. Ten sơ mét đƣợc gắn trên mẫu
dầm thí nghiệm bê tông cốt thép và đƣợc kết nối với bộ cảm biến, có nhiệm vụ để
đo độ biến dạng của mẫu dầm bê tông cốt thép. Trong quá trình gia tăng cƣờng độ
lực ép, khi dầm biến dạng đến đâu, ten sơ mét sẽ đo đến đó và truyền tín hiệu về
máy tính để xử lý, cho đến khi dầm bị phá hủy hoàn toàn. Sơ đồ thí nghiệm cho
mẫu thử uốn là dầm bê tông cốt thép đƣợc bố trí nhƣ hình vẽ (Hình 1.4) dƣới đây
dƣới đây.

Hình 1.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn

HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 16 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch

Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn

Hình 1.5. Hình ảnh bố trí thí nghiệm cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn
1.5.3.So sánh kết quả thí nghiệm với tính toán lý thuyết
Từ thí nghiệm ta tìm đƣợc biến dạng dài của dầm bê tông cốt thép, qua công thức
(1.1) ta sẽ tính đƣợc ứng suất bằng thực nghiệm với máy thử uốn thủy lực.Dựa vào
biểu đồ (hình 2.3) dƣới đây ta sẽ tính đƣợc mô men uốn cho một điểm M bất kỳ,
cách trục trung hòa một khoảng là y. Đồng thời ta dùng công thức (1.2) dƣới đây để
tính theo lý thuyết và so sánh kết quả giữa tính toán lý thuyết và thựcnghiệm.

 = (Mx/Jx).y

(1.2)

Hình 1.6. Biểu đồ mô men nội lực cho dầm bê tông cốt thép chịu uốn
HVTH: Nguyễn Thế Anh
- 17 GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
1.6. Lựa chọn mô hình máy thử uốn thủy lực
16.1. Đánh giá khả năng ứng dụng máy thử uốn thủy lực tại trường Cao đẳng xây
dựng công trình đô thị
Với yêu cầu nâng cao chất lƣợng giảng dạy bằng việc đầu tƣ trang thiết bị cho
phòng thí nghiệm, để tạo ra năng lực cạnh tranh trong khối các trƣờng cao đẳng đại
học thuộc lĩnh vực xây dựng, mọi tổ chức đào tạo muốn tồn tại đều phải luôn luôn
đổi mới về phƣơng pháp giảng dạy, nâng cao trang thiết bị, công nghệ trong quá
trình giảng dạy, đặc biệt là các loại máy móc phục vụ cho các phòng thí nghiệm,

điều đó đã dẫn đến cần có sự đầu tƣ trang thiết bị máy móc hiện đại để phục vụ tốt
hơn cho yêu cầu nâng cao chất lƣợng giảng dạy trong nhà trƣờng.
Tuy nhiên không phải bất cứ trƣờng cao đẳng, đại học nào đều có thể thay đổi trang
thiết bị phòng thí nghiệm một cách dễ dàng đƣợc mà còn phụ thuộc vào tiềm
năng kinh tế và chiến lƣợc phát triển cụ thể của từng trƣờng. Trƣờng Cao đẳng
xây dựng công trình đô thị là trƣờng thuộc Bộ Xây Dựng, do vậy có sự phụ thuộc
rất nhiều vào đối tƣợng thiết kế đó là máy móc, thiết bị, phục vụ cho công tác
giảng dạy của nhà trƣờng, là nơi cần phải có những thiết bị với tính năng thiết kế
chính xác và tối ƣu để có thể làm chuẩn thiết bị mô phạm cho nhiều thế hệ sinh viên
sau này, và nó đƣợc thiết kế để phục vụ cho công tác giảng dạy chứ không phải là
phục vụ cho các mục đích kinh tế hay thƣơng mại nhƣ của doanh nghiệp sản xuất
kinh doanh. Chính điều này đã ảnh hƣởng lớn đến tiềm lực kinh tế của nhà trƣờng ,
nghĩa là cần có sự phân luồng về đối tƣợng thiết kế, chế tạo.
Các loại thí nghiệm thử uốn trong nhà trƣờng thƣờng là các loại thí nghiệm rất đa
dạng khác nhau, nhƣ thử bền và đo mức độ biến dạng, dịch chuyển của các mẫu thí
nghiệm nhƣ mẫu bê tông cốt thép, các loại thanh thép dùng làm dầm thép chịu tải
trọng uốn ngang phẳng, thử bền các loại vật liệu mới. Do đó hầu nhƣ t ấ t c ả các
thí nghiệm sức bền trong bất kỳ một mẫu thí nghiệm nào đều cần sử dụng máy ép,
từ khâu tạo tải trọng nhỏ cho tới một thí nghiệm vào loại phức tạp với tải trọng lớn
thì đều cần tới máy ép thủy lực nhờ vào ƣu điểm nổi trội của nó so với các loại máy
ép khác.
HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 18 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
Một cách tổng quan, khả năng ứng dụng máy ép thủy lực tại trƣờng Cao đẳng xây

dựng công trình đô thị là rất lớn, khối lƣợng các thí nghiệm có liên quan đến máy
ép thủy lực chiếm một khối lƣợng đáng kể trong các thí nghiệm phục vụ cho công
tác của giảng dạy của nhà trƣờng. H àng năm nhà trƣờng có 10 tháng liên tục các
phòng thí nghiệm phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên các khóa. Đây là một tần
suất hoạt động khá cao của các phòng thí nghiệm trong nhà trƣờng cần sử dụng máy
ép thủy lực.
Vì vậy đối với trƣờng Cao đẳng xây dựng công trình đô thị, thì máy ép đóng vai trò
rất quan trọng trong công tác thí nghiệm tại các phòng thí nghiệm xây dựng.
Từ những phân tích trên đây về mục đích sử dụng và đặc thù của loại máy ép thủy
lực dùng cho phòng thí nghiệm xây dựng. Đồng thời có thể đánh giá tổng quan
đƣợc những ƣu, nhƣợc điểm của các phƣơng án trong quá trình nghiên cứu thiết kế
máy ép thủy lực, trong luận văn này đƣa ra phƣơng pháp nghiên cứu “Phân tích và
lựa chọn phương án tối ưu”.
1.6.2. Đưa ra các phương án
Các phƣơng án thiết kế đƣợc đƣa ra đều dựa trên những tiêu chí sau: giá thành, kích
thƣớc của máy ép, độ tin cậy của hệ thống, khả năng bảo trì, tính đổi lẫn của từng
bộ phận trong máy, hệ số an toàn, chỉ số khả năng sẵn sàng… Dƣới đây là 2 phƣơng
án thiết kế.
1.6.3. Phương án thiết kế 1
Phƣơng án thiết kế này chính là thiết kế máy ép thủy lực có 4 trụ hoặc 2 trụ để định
tâm một số máy đƣợc liệt kê ở dƣới đây ( hình 1.7).

HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 19 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch


Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn

a.

b.

c.

d.

Hình 1.7 - Máy ép có trụ định tâm.
a. Máy ép thủy lực một trụ định tâm
b. Máy ép thủy lực bốn trụ định tâm
c. Máy ép thủy lực dập tấm kiểu bốn cột
d. Máy ép thủy lực hai trụ định tâm

HVTH: Nguyễn Thế Anh

- 20 -

GVHD: TS. Trần Văn Địch