Thủy lực và khí nén: Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép phun nhựa 250 tấn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------oOo--------------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN
Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC
CHO MÁY ÉP NHỰA
Nhóm thực hiện:
Phạm Đăng Duy Vũ

1614174

Lê Quốc Đạt

1610636

Nguyễn Hữu Đạt

1610647

Nguyễn Tấn Đạt

1610654

Ôn Từ Quốc Đạt

1610669

Trần Thành Được

1610749

TPHCM, ngày 5 tháng 12 năm 2018


MỤC LỤC

2


A. Giới thiệu về máy ép nhựa
I. Cấu tạo chung
Khi làm việc với máy ép nhựa phun như: vận hành máy, bảo trì bảo dưỡng
máy và sửa chữa máy rất cần biết 05 hệ thống cơ bản của máy ép nhựa phun sau:

Hình 1. Sơ đồ cơ bản của hệ thống máy ép nhựa phun
1- Hệ thống kẹp
2- Hệ thống khuôn
3- Hệ thống phun
4- Hệ thống hỗ trợ ép phun
5- Hệ thống điều khiển.
1. Hệ thống phun (Injection unit)

Hình 2. Hệ thống phun máy ép nhựa

3

Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình
cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khuôn và định
hình sản phẩm. Hệ thống này có các bộ phận sau:
•
Phễu cấp nhựa (Hopper)
•
Khoang chứa nhựa (Barrel)
•
Các vòng gia nhiệt (Heater
band)
•
Trục vít (Screw)
•
Bộ hồi tự hở (non-return
Assembly)
•
Vòi phun (Nozzle)
a. Phếu cấp nhựa: chứa vật liệu nhựa dạng viên để cấp vào khoang trộn.
b. Khoang chứa nhựa: chứa nhựa được gia nhiệt nhờ các vòng cấp nhiệt
c. Các vòng gia nhiệt: giữ cho nhiệt độ trong khoang chứa nhựa luôn ở trạng
thái chảy dẻo. Trên một máy ép nhựa các vòng gia nhiệt được cài đặt với nhiệt
độ khác nhau để tạo ra các vùng nhiệt độ phù hợp cho quá trình ép phun.
−

Hình 3. Các vòng gia nhiệt máy ép nhựa phun
d. Trục vít: có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy vào
lòng khuôn. Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp nhựa, vùng nén và vùng
định lượng.

Hình 4. Cấu tạo trục vit máy ép nhựa phun

4


e. Bộ hồi tự hở hay van hồi tự mở: Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu
trục vít và seat. Chức năng tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn.

−

Hình 5. Bộ hồi tự hở
Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng vòi phun và
cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. còn khi trục vít di chuyển về
phía trước thì ngược lại

2. Hệ thống hỗ trợ ép phun có 04 hệ thống

-

Hình 6. Cấu tạo hệ thống hỗ trợ ép phun
Thân máy (Frame)
Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)
Hệ thống điện (ELectrical system)
Hệ thống làm nguội (Cooling system)

5


a. Thân máy là hệ thống liên kết và gữi các hệ thống và bộ phận máy lại với
nhau làm cho máy hoạt hoạt động ổn định và chắc chắn.
b. Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đóng và mở khuôn tạo ra và duy trì lực
kẹp làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui tạo lực cho chốt đẩy và sự trượt

của lõi mặt bên. Hệ thống này bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn và
thùng chứa dầu..v
c. Hệ thống điện: Cung cấp điện cho Motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt
cho khoang chứa nhựa thông qua các vòng nhiệt (heater band) đảm bảo toàn hệ
thống hoạt động ổn định thông qua hệ thống dây dẫn và tủ điều khiển (Electric
power cabinet).
d. Hệ thống làm nguội cung cấp nước hoặc dung dịch ethyleneglycol để làm
nguội khuôn, dầu thủy lực và ngăn không cho nhựa thô ở cuống phễu bị nóng
chảy, vì khi nhựa bị nóng chảy thì phần nhựa thô phía trên khó chạy vào khoang
chứa nhựa. Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90-120 độ F. bộ điều
khiển nhiệt nước (water temperature controller) cung cấp 1 lượng nhiệt, áp suất,
dòng chảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng trong khuôn.
B. Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy ép nhựa
1. Yêu cầu đầu bài:
a. Yêu cầu về sản phẩm:
Chọn loại nhựa ép là nhựa PP (Poly Propylene) với các đặc tính:
Nhiệt độ chảy nhựa: 200oC ÷ 250oC
Áp suất phun : 100 ÷ 180 MPa
Nhiệt độ khuôn: 50 – 60oC
b. Các thông số cơ bản của máy ép nhựa:

6


Áp suất làm việc của
hệ thống thủy lực
Bộ phận phun nhựa Đường kính vít tải
Hành trình vít tải
Thể tích bơm
Áp suất phun

Thời gian phun
Thời gian lùi trục vít
Thời gian làm nguội
Tốc độ dài của vít tải
Bộ phận kẹp khuôn

bar

mm
mm
cm3
MPa
giây
giây
giây
mm/
s
Tốc độ quay vít tải
rpm
Lực kẹp khuôn
tấn
Hành trình xy lanh kẹp mm
khuôn
Thời gian đóng khuôn
giây
Thời gian tháo khuôn và lấy giây
sản phẩm

2. Sơ đồ mạch thủy lực và quy trình hoạt động:
a. Sơ đồ mạch thủy lực:

7

140
52
240
510
180
2
4
4
120
170
250
600
3
3


Mạch thủy lực gồm 3 cơ cấu chấp hành:
- Motor thủy lực: kéo trục vít quay, cấp nhựa vào buồng.
- Xy lanh phun nhựa: đẩy nhựa nóng chảy trong buồng vào khuôn.
- Xy lanh đóng khuôn: đóng mở khuôn.
b. Sơ đồ mạch điều khiển:

8


Trong đó:
-

SB1, SB2: công tắc hành trình trên xy lanh phun nhựa.
SC1, SC2: công tắc hành trình trên xy lanh đóng khuôn.
A0: cuộn dây trên van điều khiển motor.
B1, B2: cuộn dây trên van điều khiển xy lanh phun nhựa.
C1, C2: cuộn dây trên van điều khiển xy lanh đóng khuôn.
T2, T3: eelay timer

c. Chu trình hoạt động của máy bao gồm 5 giai đoạn:
- Đóng khuôn: Xy lanh đóng khuôn tiến, ép 2 nửa khuôn chặt lại với nhau.
- Phun nhựa: Nhựa nóng chảy được xy lanh phun nhựa đẩy vào khuôn
thông qua lỗ phun.
- Giữ áp: Nhựa nóng chảy được điền đầy vào khuôn, xy lanh phun nhựa sẽ
giữ nguyên áp suất để ổn định nhựa, tránh nhựa tràn ngược hoặc bị
khuyết tật. Hệ thống giải nhiệt giải nhiệt để nhựa đông rắn
- Lùi trục vít: Xy lanh phun nhựa lùi, đồng thời motor quay kéo trục vít
quay để cấp nhựa vào buồng, chuẩn bị nhựa cho chu trình tiếp theo
- Tháo khuôn: Xy lanh đóng khuôn lùi, kéo theo nửa khuôn di động và sản
phẩm, tác động vào cơ cấu đẩy đẩy sản phẩm rơi ra ngoài

9


Phân bố thời gian trong chu trình ép nhựa

Hình 7. Sơ đồ đặc tính tải của xy lanh phun nhựa

10

Hình 8. Sơ đồ đặc tính tải của xy lanh kẹp khuôn
3. Tính chọn các thành phần của mạch thủy lực:
a. Xy lanh ép nhựa:
Chọn đường kính xy lanh theo công thức:

11


Chọn xy lanh CJT140 – LA 200 B – 240 B – A N D
- D = 200 mm
- d = 90 mm
- Hành trình = 240mm
- Áp suất làm việc 140 MPa
Lưu lượng cần thiết cho xy lanh khi ép nhựa:
Lưu lượng cần thiết cho xy lanh khi lùi trục vít:

12


b. Xy lanh ép khuôn:
Sử dụng hệ thống kìm kẹp tăng lực cho xylanh lên 12 lần.

Lực kẹp khuôn 250 tấn  Lực tác dụng vào piston = 20833 N
Đường kính xy lanh:
Đường kính trục xy lanh:
Chọn xy lanh Yuken CJT140 – LA 140 B – 600 B – A N D
-D = 140 mm
-d = 90 mm
-Hành trình = 600 mm
-Áp suất làm việc 140 MPa

c. Motor thủy lực:
Với số vòng quay cần thiết n = 170 vòng/phút, công suất vít tải 21 kW, ta
chọn động cơ Parker MR93
- Lưu lượng riêng
- Áp suất tối đa
- Số vòng quay tối đa trên trục động cơ
- Công suất tối đa 25 Kw
Công suất cần thiết 21 kw
==>
Tốc độ quay motor:
Dùng hộp giảm tốc tỷ số truyền 5,7
13


d. Chọn bơm:
Lưu lượng tối đa bơm cung cấp cho mạch


Chọn bơm cánh gạt Yuken PV2R4 -136-FRAA-30
-

Áp suất tối đa 175 bar
Công suất 55 kW với áp suất 140 bar

e. Chọn van:
Ta có: 2 van điều khiển 4/3, 1 van điều khiển 4/2, 1 van tiết lưu, 1 van tràn
Áp suất cho hệ thống thủy lực: 140 bar

14

*Van điều khiển xy lanh ép nhựa và xy lanh kẹp khuôn: Lưu lượng tối đa là
180 L/phút
Chọn van YUKEN DSHG – 04 – 3C2
- Lưu lượng tối đa: 300 L/phút
- Áp suất tối đa: 315 bar
* Van điều khiển motor: Lưu lượng tối đa là 90L/phút
Chọn van YUKEN DSHG – 03 – 3C2
- Lưu lượng tối đa : 160 L/phút
- Áp suất tối đa: 250 bar
*Van tiết lưu

Chọn van YUKEN SRCT – 10 – 5080
- Lưu lượng tối đa: 230 L/phút
- Áp suất tối đa: 250 bar
*Van tràn:

15


Chọn van YUKEN BT-06-32
- Lưu lượng tối đa: 200 L/phút
- Áp suất làm việc tối đa: 250 bar
f. Chọn động cơ điện, thùng dầu, dây dẫn dầu:
- Với công suất bơm 55kw, chọn động cơ điện 1 pha số vòng quay 1450
vòng/phút, công suất 55kW.
- Thể tích thùng dầu V = (3 – 5).Q
Chọn V = 600 lít
- Đường kính ống dẫn dầu: Với lưu lượng Q=180L/phút, vận tốc dầu trong
ống lấy v = 4m/s

Chọn đường kính ống 25mm.
Chọn ống 2 lớp SAE 100 R2AT, đường kính 1” (25.4mm), áp suất làm việc
165 bar, áp suất phá hủy 650 bar.
4. Bố trí các cơ cấu tác động:

-

(1): Motor thủy lực
(2): Hộp giảm tốc
16


-

(3): Xy lanh ép nhựa
(4): Vít tải nhựa
(5): Cụm khuôn
(6): Hệ thống kìm kẹp
(7): Xy lanh kẹp khuôn
(8): Động cơ điện
(9): Bơm

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] />[2] />[3] />[4] />
17