Đồ án THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ÉP THỦY LỰC 150 TẤN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
----------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ÉP THỦY LỰC 150 TẤN

Hà Nội.2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
----------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ÉP THỦY LỰC 150 TẤN

Giảng viên: T.S Nguyễn Hoàng Quân
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tăng Dũng
Mã sinh viên:14020073


I.

Giới thiệu, phân loại về máy ép thủy lực trên thế giới và ở
Việt Nam:
Giới thiệu máy ép

1.

2.

-

Máy ép thủy lực hay còn được gọi là máy thủy lực là một loại máy ép
thông dụng trong đó sử dụng xi lanh thủy lực để tạo ra một lực nén. Hiểu
một cách đơn giản hơn thì đây là loại máy ép sử dụng áp lực tác động lên
chất lỏng để nén ép hoặc đè bẹp một vật dụng hay chất liệu nào đó tùy
theo yêu cầu.

-

Hoạt động của loại máy này tương tự với hệ thống thủy lực của một đòn
bẩy cơ khí. Sức mạnh của máy thủy lực là rất lớn với khả năng ép được
các thanh thép nặng đến vài trăm tấn thành các hình dạng tùy ý trong thời
gian nhanh chóng.

-

Máy ép thuỷ lực được chế tạo theo định luật truyền áp suất trong chất
lỏng. Vào thế kỷ 17, nhà khoa học người Pháp là Pascan bằng thực
nghiệm phát hiện được rằng áp suất (tức là áp lực mà mỗi đơn vị diện
tích phải chịu) của ngoại lực tác động lên chất lỏng bị đóng kín được
truyền đi như nhau trong toàn bộ khối chất lỏng.

-

Thông thường kết cấu của một chiếc máy thủy lực thường bao gồm 3
phần chính, trong đó quan trọng nhất là hệ thống thủy lực nơi thực hiện
các hoạt động ép thủy lực.

-

Hệ thống điều khiển giúp người điều khiển thiết lập quá trình ép thủy lực
theo ý muốn, cuối cùng là phần thân khung máy với kết cấu chắc chắn
được sản xuất trên dây chuyền cơ khí công nghệ cao đảm bảo độ cứng
cần thiết trong quá trình ép thủy lực.

Phân loại máy ép


-

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy ép thủy
lực khác nhau được phân chia thành các dòng máy cụ thể.

-

Xét theo cách thức vận hành thì cơ bản có thể chia máy
thủy lực làm hai loại chính đó máy ép thủy lực hoạt động
bằng điện và máy ép thủy lực hoạt động bằng tay.

-

Xét về hình dáng máy và cấu tạo có máy ép thủy lực chữ
C, máy ép thủy lực chữ H,máy ép thủy lực 4 trụ hoặc máy
ép thủy lực 2 trụ.

-

Xét theo vật liệu ép, loại máy này có thể chia thành máy
ép thủy lực cho kim loại và máy ép thủy lực cho phi kim
loại. Các loại máy ép cho kim loại có thể kể đến như máy
ép dập tấm, máy ép phế liệu kim loại, máy ép chảy hoặc
máy ép đùn các sản phẩm dạng ống, thanh từ thép hoặc
hợp kim màu, máy rèn thủy lực tự do và dập thể tích, máy
rèn khuôn,...Trong khi đó máy thủy lực cho phi kim loại
chủ yếu là máy ép bùn, máy ép bột, máy ép chất dẻo,
máy ép giấy vụn, máy ép rác,…

-

Xét theo áp lực và công suất tạo ra thì được chia thành
các loại máy ép công suất nhỏ và công suất lớn như máy
ép 10 tấn, máy ép 100 tấn, máy ép 250 tấn hoặc có thể
lên tới trên 10.000 tấn. Thông thường các máy ép thông
dụng và phổ biến nhất trên thị trường hiện nay là máy ép
có công suất nhỏ thường dao động từ 10 tấn cho đến 100
tấn.




Một số hình ảnh máy ép trên thị trường


Hình 1: máy ép hình chữ H 50(tấn)

Hình 2: Máy ép cọc bê tông

Hình 3: Máy ép phế liệu vỏ lon bia


Hình 4: máy ép thủy lực chữ C


Thiết bị cho hệ thống

II.
1)

Bộ nguồn thủy lực
Bộ nguồn thủy lực hay còn gọi là trạm nguồn thủy lực là thiết bị cung cấp
dòng chảy áp suất cho động cơ thủy lực, xy lanh và các bộ phận thủy lực
khác. Một hệ thống thủy lực sử dụng chất lỏng kèm theo để chuyển năng
lượng từ nguồn này sang nguồn khác, và sau đó tạo ra chuyển động quay,
chuyển động tuyến tính hoặc lực. Bộ nguồn thủy lực áp dụng áp suất truyền
động động cơ, xy lanh, và các bộ phận bổ sung khác của hệ thống thủy lực.
 Cấu tạo bộ nguồn thủy lực:
-

Bộ ắcqui: Đây là các thùng chứa có thể được gắn vào bộ truyền động
thủy lực. Chúng thu thập nước từ cơ chế bơm và được dự định để xây
dựng và duy trì áp suất chất lỏng để bổ sung cho hệ thống bơm động cơ.

-

Máy bơm có động cơ: Một đơn vị bộ nguồn thủy lực có thể được trang
bị một máy bơm động cơ đơn, hoặc nhiều thiết bị mỗi thiết bị có van
tích riêng của chúng.

-

Thùng dầu(dầu, chất lỏng): Bình chứa dầu là một đơn vị lưu trữ được
thiết kế với khối lượng đủ để chất lỏng trong ống dẫn chảy vào. Tương
tự như vậy, chất dẫn truyền động đôi khi cũng cần tháo nước vào bể.

-

Bộ lọc: Một bộ lọc thường được lắp đặt dọc theo đầu bình chứa. Nó có
thể được sử dụng để lấp đầy hoặc để trống thùng bằng cách kích hoạt
một van đa hướng.

-

Quạt làm mát dầu và bộ trao đổi nhiệt: Là một phần của quá trình điều
chỉnh nhiệt độ, có thể lắp đặt một bộ làm mát không khí gần hoặc phía


sau bộ lọc để tránh nhiệt độ tăng lên trên các tham số hoạt động.

Hình 5: Bộ nguồn
2)

3)

Van phân phối:
-

Van phân phối là một phần tử thủy lực có tác dụng làm thay đổi hướng
của dòng chất lỏng, do đó nó có thể làm đảo chiều chuyển động của các
cơ cấu chấp hành mà nó điều khiển.

-

Trong hệ thống máy ép thiết kế, chỉ có một van phân phối loại 4/3 : có
nhiệm vụ điều khiển các xylanh.Dưới đây là cấu tạo của van phân phối
loại 4/3 điều khiển bằng điện.

Van an toàn
Van an toàn là một thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất trong mạch
thủy lực. Van an toàn thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào. Nhiệm
vụ chính của van an toàn là bảo vệ mạch thủy lực khỏi sự tăng áp vượt giá
trị định mức (giá trị định mực được cài đặt sẵn ). Trong quá trình làm việc


Van an toàn luôn ở trạng thái đóng.
Khi áp suất đầu vào của van vượt giá trị định mức Van an toàn mở ra cho
phép một phần chất lỏng chảy qua van về thùng
chứa.

Hình 7: Van an toàn

4)

Van tiết lưu

Van tiết lưu có công dụng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thủy lực
hoặc một bộ phận hệ thủy lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành:
động cơ thủy lực.


Phân loại van tiết lưu:
-

Phân loại theo chế độ chảy: van tiết lưu chảy tầng, van tiết lưu chảy rối.
Phân loại theo khả năng điều chỉnh: van tiết lưu điều chỉnh được và van tiết
lưu không điều chỉnh được.
Phân loại theo quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng qua van


Hình 8: Van tiết lưu

5)

Xilanh thủy lực
-

Là cơ cấu chấp hành của hệ thống nhận năng lượng của dòng chất lỏng
công tác, sau đó biến thế năng của dầu thành cơ năng thực hiện chuyển

-

động (tịnh tiến).
Piston trong xylanh thủy lực bắt đầu chuyển động khi lực bắt đầu tác động
lên một trong hai phía của piston.

Hình 10: Xilanh thủy lực
-

Vật liệu làm xilanh thủy lực: Loại kim loại dùng cho đầu xi lanh, đế và ổ đỡ
có thể tạo ra một sự khác biệt đáng kể. Loại vật liệu của cần pit tông có thể
rất quan trọng trong môi trường ẩm ướt hoặc độ ẩm cao (ví dụ thủy lực biển)
trong đó thép không gỉ có thể bền hơn so với thép cacbon mạ crom cứng
được chuẩn bị trong trường hợp tiêu chuẩn bằng thép mạ crôm sử dụng cho
hầu hết các cần pit-tông.

Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống máy ép thủy
lực:

III.



Các thông số yêu cầu của máy ép thủy lực cần thiết kế:
- Tải thiết kế yêu cầu: = 150 (tấn)
- Hành trình ép: L=600 (mm) = 0.6 (m)


Vận tốc ép: V=0.2 (m/s) . Ta có thể điều chỉnh bằng van điều tiết . Có thể sử

-

dụng bộ ổn tốc để thay cho van điều tiết để ổn định vận tốc ra vào của
piston.
Vận tốc lùi về: V= 0.3 (m/s) .

Ta chọn:
200 (bar).

-

0.014 (m/s)


Ta chọn:
- Tổn thất tại van phân phối: 2 ( bar ).
- Tổn thất tại van tiết lưu kèm van một chiều : 1 ( bar ).
- Tổn thất tại bộ lọc dầu: 3 ( bar ).
- Tổn thất trong đường dây: 7 (bar).

 Tính toán lựa chọn xilanh thủy lực:

Ta có:


-

Đường kính xilanh là D =300 (mm) .
Đường kính ngoài xilanh là: =320 (mm).
Với l = 600mm, l là lịch trình của piton thủy lực

Đường kính piston (0,6 -> 0,8 đường kính xilanh) d = D .0,7 200 (mm).


Ứng với sơ đồ ta có:



-

.

Tra bảng xilanh catalog ta lựa chọn xilanh:
D=280(mm)
d= 200(mm)
L=0.6(m)
Fmax= 150(tấn) = 15000KN
Fkéo về= 735KN



 Tính :

-

: Áp suất của bơm để thắng tải để máy làm việc.

-

: Áp suất của bơm để thắng tải từ bơm tới xilanh.

tổn thất van điều khiển + tổn thất van tiết lưu.
= 2 + 1 = 3 (bar).


: Áp suất của bơm để thắng tải từ xilanh về bể dầu.

-

= tổn thất bộ lọc + tổn thất trong đường dây
= 3 +7 = 10 (bar).
: Tổn thất khi bộ lọc tắc van 1 chiều mở.
= 5 (bar).
Vậy = 200 + 3 + 10 = 213 (bar).
= 1,1. = 1,1 . 213 234 (bar).
 Tính :

Ta có:
=>


0.086() = 86 (l/ph).

1,1.= 86.1,1= 94.5 (l/ph).
Chọn 100(l/ph).
 Công suất bơm

Công suất bơm. Có hiệu suất 80%
32(kw)
Vậy ta chọn bơm có:

100 (l/ph).

Máy bơm có công suất 32kw tới 35kw với lưu lượng 100 lit/ph

 Bể dầu, Tính toán kích thước bể dầu.
-

Để đảm bảo cho sự lưu thông của dầu tạo điều kiện làm nguội tốt hơn, bên
trong bể ngăn thành từng buồng có cửa lưu thông tương ứng ở phía dưới hai
vách ngăn ngang có cửa so le với nhau và có kích thước hợp lý. Hai vách

-

ngăn có chiều cao bằng chiều cao nhất trong bể dầu.
Ống hút của bơm và ống xả cần đặt ở vị trí đối nhau.
Đầu ống xả vát một góc 45 độ và quay vào mặt thành bể, ta có thể dùng lưới

-

để khử xoáy của dầu khi hồi về bể.
Đáy bể nên làm nghiêng một góc 3- 8 độ để thay dầu qua lỗ thoát dầu khi
cần thiết.


•

Tính toán: Ta chọn bể dầu có dạng hình hộp chữ nhật. Các kích thước

của bể dầu như sau :
- Chiều ngang bể dầu : a (m) ;
- Chiều dài bể
: b = 2. a(m) ;
- Chiều cao bể
: H = a (m); chiều cao của dầu trong bể 0,7 a (m)

- Chiều cao chân bể 0,2a (m)
Thể tích của dầu thường được tính theo công thức sau :
Ta chọn thể tích thùng dầu bằng 5 lần lưu lượng bơm trong 1 phút :
Vdầu = 5 x Qbơm = 5 x 100 = 500 ( lít )
Vdầu = 2a x 0,7a x a =1,6 = 500
Vậy: a = 68 cm
Vậy bể : cao 68cm; dài 136cm ; rộng 68cm; chân bể 13.5cm.

 Tính Toán Đường Ống Thủy Lực:

- Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác được vận chuyển từ bể dầu qua
bơm nguồn đến các van, cơ cấu chấp hành rồi hồi về bể nhờ hệ thống các
đường ống.


- Đường ống được dùng phổ biến trong các hệ thống thủy lực nói chung hiện
này là các loại ống cứng (ống thép đúc) và ống mềm (ống cao su có các lớp
thép) chịu áp.
- Để hệ thống làm việc ổn định và hiệu suất cao thì tổn thất năng lượng trong
hệ đường ống phải là nhỏ. Do vậy, phải giảm thiểu được độ dài của hệ thống
đường ống, đồng thời giảm thiểu các khúc quanh để giảm được năng lượng
-

tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ.
Thông thường, trong các hệ thống thủy lực nói chung thì vận tốc đường dầu

-

trên các đoạn đường đường ống trong hệ thống được chọn như sau :
Đường ống hút: 0,6 – 1 (m/s)

Đường ống xả: 1 -1,4 (m/s)
Đường ống đẩy: 3 – 6 (m/s)
Đường kính của ống xả tính theo công thức:

d=


Trong đó:
- Q : là lưu lượng qua tiết diện ống, cũng chính là lưu lượng cần thiết cung
-

cấp cho xylanh, (l/phút).
V: là vận tốc dòng dầu qua đường ống.

 Tính toán đường ống hút.
•

Khi v= 0,6 (m/s)
d= = 42.5(mm)

•

Khi v=1 (m/s)
d= 33(mm)


-

Do đường ống hút cấp dầu từ bể tới bơm và nằm trong thùng dầu, không
phải chịu áp cao, ta chọn ống hút có thể là ống bằng nhôm hoặc bằng

thép đúc có đường kính trong khoảng (33– 42.5 mm).

 Tính toán đường ống xả.
•

Khi v=1(m/s)
d= 33(mm)

•

Khi v= 1.4(m/s)
d= 28(mm)

-

Đường ống xả được bắt đầu từ đế van về bể, chọn ống xả làm bằng nhôm
hoặc bằng thép đúc có đường kính trong khoảng (28 – 33 mm).

 Tính toán đường ống đẩy.

Đường ống đẩy thường được chia làm 2 phần: phần một nằm từ bơm nguồn tới
van và phần này nằm toàn bộ trên bể dầu, thường chọn là thép đúc. Phần ống đẩy
còn lại nối từ van đến cơ cấu chấp hành ta chọn ống mềm.
•

Khi v= 3(m/s)
d= 19(mm)

•

Khi v=6(m/s)
d= 13.5(mm)

Vậy ta chọn ống mềm và ống cứng có đường kính trong khoảng (13.5– 19 mm) và
chịu được áp suất khoảng 200 tới 234 bar để làm ống đẩy cho hệ thống.


IV.

Sử dụng phần mềm Automation Studio 5.2
1) Khi không mở van điều khiển:
- Dầu chưa đi vào hệ thống xilanh mà máy bơm vẫn chạy, khi đó van an toàn
được mở giúp tạo thành vòng tuần hoàn. Van an toàn có thể điều chỉnh được


2) Khi mở van điều khiển:
- Quá trình ép bắt đầu, khi đó dầu sẽ đi đến xilanh theo tính toán hệ thống áp
suất để xilanh hoạt động như đầu bài yêu cầu là 243(Bar).


3) Khi kết thúc quá trình ép
-

Xilanh kết thúc hành trình, áp suất hệ thống tăng cao chạm mức của van an
toàn. Khi đó van an toàn mở giúp cho hệ thống ổn định và an toàn.


4) Quá trình xilanh đi về
-

Khi gạt van điều khiển về vị trí ngược lại, dầu sẽ được di chuyển đến bên kia
của xilanh giúp cho quá trình lùi về của xi lanh được thực hiện. Quá trình
này sẽ diễn ra nhanh hơn.


5) Khi điều chỉnh van an toàn


-

Khi điều chỉnh áp suất của van an toàn xuống nhỏ hơn so với áp suất hoạt
động của xilanh. Xilanh khi đó sẽ không chuyển động và lượng dầu khi đó
sẽ đi qua van an toàn về bể.

6) Khi điều chỉnh van tiết lưu
- Khi điều chỉnh van tiết lưu thì vận tốc đi ra của xilanh thay đổi.