Hệ thống máy ép thủy lực. Cấu tạo, chức năng và cách thiết kế hệ thống máy ép thủy lực.

Trên thế giới ngày nay có nhiều công ty chế tạo máy ép thủy lực để phục vụ ngành công nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép thủy lực 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, ép ván dăm, ép mũ…

Sau đây chúng tôi sẽ giải thích và đi xâu về vấn đề kỹ thuật của hệ thống máy ép thủy lực. Hướng dẫn các bạn có thể tính toán một cách hợp lý về công suất cũng như cách thiết kế một hệ thống thủy lực phù hợp với nhu cầu của các bạn thông qua thiết kế mẫu một hệ thống máy ép thủy lực công suất 300 tấn lực ép.

Máy ép thủy lực hoạt động trên cơ sở lý thuyết là định luật Pascal:

“ Áp suất tĩnh tại mọi điểm trong lòng chất lỏng là như nhau ”

Chúng tôi sẽ giới thiệu và hướng dẫn mẫu các bạn tính toán một hệ thống thủy lực có sức ép 300 tấn như sau:

1. Phân tích hoạt động của máy

+ Hoạt động của máy gồm ba quá trình:

• Quá trình xi lanh chuyển động xuống để ép sản phẩm
• Quá trình xi lanh giữ ép sản phẩm
• Quá trình xi lanh chuyển động lên để lấy sản phẩm ra

+ Khi máy làm việc, ở quá trình ép khuôn ép sẽ được lắp một nửa trên cần piston và một nửa ở bàn ép. xi lanh chuyển động xuống dưới ép phôi trong hai nửa khuôn và tạo thành sản phẩm, quá trình ép kết thúc sau 30(s). Sau đó là quá trình xi lanh giữ ép khuôn sản phẩm trong 10(s). Cuối cùng là quá trình lấy sản phẩm ra ngoaì, xi lanh chuyển động lên và sản phẩm được lấy ra, thời gian của quá trình này là 20(s).

2. Mạch thủy lực của máy

+ Cấu tạo của mạch thủy lực:

• Bể dầu
• Bơm thủy lực
• Van an toàn
• Lọc dầu có làm mát và đi kèm là một van một chiều
• Van phân phối 4/3 điều khiển điện lò xo
• Bộ tăng áp dẫn động bằng thủy lực
• Van tiết lưu một chiều
• Van một chiều có điều khiển
• Xi lanh thủy lực của máy ép

+ Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 300T:

Đóng công tắc của động cơ điện, bơm nguồn hoạt động. Năng lượng dưới dạng P và Q được bơm nguồn tạo ra thông qua van một chiều dẫn tới van phân phối 4/3. Ở hành trình ép, van phân phối 4/3 sẽ điều khiển dầu cấp cho bộ tăng áp, dầu áp suất cao sẽ được dẫn tới bộ tăng áp thủy lực 6. Tại đây, dầu sẽ được tăng áp từ 150(bar) đến áp suất P = 300(bar) trước khi đi vào buồng trên của xi lanh công tác làm xi lanh chuyển động xuống dưới để thực hiện hành trình ép. Đồng tời với quá trình này là van một chiều có điều khiển sẽ nhận tín hiện dầu điều khiển và mở để dầu ở khoang dưới của xi lanh sẽ được xả qua van tiết lưu một chiều 7. Van tiết lưu một chiều 7 sẽ điều khiển lưu lượng của dòng dầu xả về bể qua đó điều khiển vận tốc của xi lanh.  Khi kết thúc hành trình ép 30(s), dầu cao áp vẫn được cung cấp tới buồng trên của xi lanh để thực hiện hành trình giữ ép trong vòng 10(s). Kết thúc quá trình giữ ép, van phân phối 4/3 sẽ cấp dầu áp suất cao 150(bar) được nạp vào khoang dưới của xi lanh làm cho xy lanh chuyển động lên. Các quá trình này thực liên tục và tuần hoàn. Van an toàn 3 để đảm bảo áp suất của hệ thống ở một giá trị định trước, giảm tải cho hệ thống khi hệ thống bị quá tải. Bộ lọc dầu có làm mát có nhiệm vụ lọc sạch dầu hồi về bể và giảm nhiệt cho dầu. Đi kèm với nó là van một chiều có nhiệm vụ xả khi bộ lọc có dấu hiệu bị tắc. Áp suất đặt của van một chiều này là 3(bar). Van một chiều sau bơm để khi bảo dưỡng bơm sẽ thuận tiện hơn.

3. Tính toán hệ thống thủy lực của máy ép thủy lực 300T

+ Tính toán các thông số hình học:

Đường kính trong xi lanh:

[latexpage]\[F = P.{A_1} = \frac{{\pi .{D^2}}}{4}.P\]

Trong đó :    – F : là lực tạo ra ở đầu cần piston (N)

                      – P : là áp suất làm việc của xi lanh (bar)

                      – D : là đường kính trong của xi lanh (m)

                      – A₁ : là diện tích tác dụng (m²)

Vậy đường kính của xi lanh là:

[latexpage]\[D = 2.\sqrt {\frac{F}{{\pi .P}}} = 2.\sqrt {\frac{{{{3.10}^6}}}{{\pi {{.300.10}^5}}}} = 0,356(m)\]

Ta chọn đường kính trong xylanh là : D = 350 (mm) ; đường kính ngoài xylanh là : D_ng = 370 (mm).

Đường kính cần piston :

D_c = (0,6/0,8).D = (0,6/0,8).350 = (210/280) (mm)

Vậy chọn đường kính cần piston là: 250 (mm).

+ Tính toán các thông số động học:

Lưu lượng cấp cho xylanh:

[latexpage]$Q = F \times V$

Trong đó :    – Q : là lưu lượng cấp cho xylanh (m³/s)

– F : là diện tích tác dụng của xylanh (m²)

– v : là vận tốc cần piston (m/s)

Tốc độ cần piston trong hành trình tiến là:

[latexpage]${v_1} = \frac{s}{{{t_1}}} = \frac{{0,5}}{{30}} = \frac{1}{{60}}(m/s)$

Lưu lượng cấp cho xylanh trong hành trình ép là:

[latexpage]${Q_1} = {F_1} \times {v_1} = \frac{{\pi \times {D^2}}}{4} \times {v_1}$

[latexpage]${Q_1} = \frac{{3,14 \times 0,{{35}^2}}}{4} \times \frac{1}{{16}} = 1,6 \times {10^{ – 3}}({m^3}/s)$

Tốc độ cần piston trong hành trình lùi về là:

[latexpage]\[{v_2} = \frac{s}{{{t_2}}} = \frac{{0.5}}{{20}} = 0,025(m/s)\]

Lưu lượng cấp cho xylanh trong hành trình lùi về là:

[latexpage]\[{Q_2} = {F_2} \times {v_2} = \frac{{\pi \times ({D^2} – {d^2})}}{4} \times {v_2}\]

Nhận thấy Q₁ > Q₂ , do đó lưu lượng bơm nguồn chọn theo Q_1.

Chọn dầu làm việc cho hệ thống

+ Dầu thủy lực đóng vai trò quan trọng giúp cho hệ thống thủy lực làm việc an toàn và chính xác. Bên cạnh là tác nhân truyền tải áp lực và truyền chuyển động, nó còn giúp bôi trơn các chi tiết chuyển động, chống lại lực ma sát, nó cũng làm kín các bề mặt tiếp xúc, truyền thải nhiệt và ngăn ngừa sự mài mòn.

+ Thông thường, dầu thủy lực được lựa chọn trên hai yếu tố chính: Thời tiết nơi thiết bị sử dụng và các yêu cầu của bộ phận thủy lực sử dụng trong hệ thống truyền động thủy lực. Có rất nhiều yêu cầu chất lượng khác nhau đối với dầu thủy lực nhưng điều quan trọng nhất trong số đó là độ nhớt của dầu không thay đổi nhiều với sự thay đổi của nhiệt độ.

+ Nếu độ nhớt của dầu lựa chọn quá cao:

• Ma sát trượt tăng lên, phát sinh ra nhiệt và tổn thất năng lượng lớn.
• Tổn thất trong mạch dầu tăng lên và tổn thất áp suất cũng tăng lên.

+ Nếu độ nhớt của dầu lựa chọn quá nhỏ:

• Rò rỉ trong bơm sẽ tăng lên, hiệu suất thể tích không đạt được và do đó áp suất làm việc yêu cầu không đáp ứng được.
• Do có sự rò rỉ bên trong của các van điều khiển, xylanh sẽ bị thu lại dưới tác dụng của phản lực, còn motor không thể sản ra đủ mô–men yêu cầu trên trục quay.

+ Để đáp ứng các nhu cầu trên ta chọn dầu thủy lực: AW68

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 dẫn thủy lực.

+ Đường ống thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau:

• Đảm bảo độ bền cần thiết
• Đảm bảo hao phí áp suất thấp nhất
• Đảm bảo không rò rỉ
• Đảm bảo không chứa và tạo bong bóng khí, nước.

+ Vì áp suất làm việc của hệ thống cao và môi trường hoạt động của máy ép nên ta chọn ống dẫn cứng được sản xuất từ thép.

+ Chia đường ống thủy lực của máy ép là 3 đoạn:

• Đường ống hút : là đoạn từ bể dầu đến bơm nguồn. Vận tốc hút v₁ = (0,8/1,2) (m/s).
• Đường ống đẩy ,nén: là đoạn từ bơm nguồn đến các van, bộ tăng áp và xylanh ép. Vận tốc đẩy, nén v₂ = (3/5) (m/s).
• Đường ống xả: là đường ống hồi về bể dầu. Vận tốc xả v₃ = (1/1,6) (m/s).

+ Đường kính trong đường ống được tính theo công thức:

[latexpage]\[\sqrt {\frac{{4 \times Q}}{{\pi \times v}}} \]

Trong đó:

• d: là đường kính trong của ống (m)
• Q: là lưu lượng chảy qua ống (m³/s)
• v: là vận tốc của dầu qua ống (m/s)

+ Bề dày ống được tính theo công thức:

[latexpage]\[\delta = \frac{{{P_{\max }} \times d}}{{2 \times {\sigma _c}}} \times n\]

Trong đó:

[latexpage]\[\delta \]

Là bề dày ống (m)

P_max

Là áp suất lớn nhất của dầu qua ống(N/m²)

d

Là đường kính trong của ống (m)

[latexpage]\[{{\sigma _c}}\]

Là ứng suất tới hạn của vật liệu làm ống

\[{\sigma _v} = (0,3 \div 0,35) \times {\sigma _b}\]

Chọn vật liệu làm ống là thép có:

\[\begin{array}{l}
{\sigma _b} = 380Mpa \Rightarrow {\sigma _v} = (0,3 \div 0,35) \times 380 = (114 \div 133)Mpa \Rightarrow {\sigma _v} = 125Mpa\\

\end{array}\]

+ Tính toán đường ống hút:

Đường kính trong đường ống hút là:

(Đang cập nhật)