ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY TÓP ĐẦU ỐNG THUỶ LỰC GVHD:PGS.TS.Phạm Huy Hồng SVTH: Lê Thượng Trí MSSV: 20802331 Tp HCM, Tháng 12/2012 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực GVHD:PHẠM HUY HỒNG LỜI NĨI ĐẦU Nền công nghiệp giới phát triển, thay đổi ạt Trong đó, nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa Để tồn kịp theo phát triển giới, cần phải đổi tận dụng tất có Trong nghành Chế tạo tạo máy ngành then chốt đầu cơng khí hóa nước nhà Qua thời gian dài học tập, nghiên cứu lý thuyết thực tế với hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy Phạm Huy Hồng thầy giáo mơn Thiết Kế Máy thuộc khoa khí Em nhận nhiệm vụ “ Thiết kế Máy tóp đầu ống thuỷ lực” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Sau 14 tuần thực hướng dẫn thầy Phạm Huy Hoàng đến Luận Văn tốt nghiệp em hoàn thành Tuy nhiên thời gian thiết kế có hạn kinh nghiệm chưa có nhiều thân nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót.Kính Mong q thầy giáo bạn bè giúp đỡ đóng góp ý kiến để luận văn hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Huy Hoàng dành nhiều thời gian giúp đỡ, thầy cô giáo nhà trường dạy em năm năm học qua, anh chị kỹ sư trước bạn sinh viên khoa có nhiều ý kiến đóng góp để em hồn thành đề tài Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực Lê Thượng Trí SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực GVHD:PHẠM HUY HỒNG MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa Nhiệm vụ luận văn Lời nói đầu Mục lục CHƯƠNG TỔNG QUAN 2-4 4-16 1.1 Giới thiệu chung truyền động thuỷ lực 1.2 Giới thiệu ống thuỷ lực phân loại 1.3 Một số tiêu chuẩn ống thuỷ lực 1.4 Quy trình sản xuất ống thuỷ lực 1.5 Yêu cầu tính kỷ thuật ống thuỷ lực 8-9 9-10 1.6 Quá trình hình đầu ống thuỷ lực 10-13 1.7 Giới thiệu chung máy tóp ống thuỷ lực nước ta 13-15 1.8 Nhiệm vụ đề tài 15-16 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17-30 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung máy tóp đầu ống thuỷ lực 17-20 2.2 Phân tích nguyên lý lựa chọn phương án tao 20-30 chuyển động cho đầu ép CHƯƠNG THIẾT KẾ MÁY 3.1 Tính tốn thiết kế cho nhóm cấu đầu ép 31-50 đầu trượt, trung gian 3.2 Tính tốn thiết kế cho nhóm cấu đầu nối truyền 50-54 xylanh thuỷ lực SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC 55-63 4.1 Thiết kế mạch thuỷ lực 55-58 4.2 Tính tốn hệ thống thuỷ lực 58-63 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 5.1 Phương án điều khiển cho mạch thuỷ lực 64-65 5.2 Điều khiển q trình tóp đầu ống thuỷ lực 65-66 5.3 Lưu đồ giải thuật mạch điều khiển 66-68 Tài liệu tham khảo SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 69 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực GVHD:PHẠM HUY HỒNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỐNG THUỶ LỰC TÌM HIỂU YÊU CẦU KỶ THUẬT VÀ NGUYÊN TẮC TÓP ỐNG THUỶ LỰC THUỶ LỰC 1.1 Giới thiệu chung truyền động thuỷ lực : Trong phát triển ngành khí việt nam năm gần nói vai trò việc ứng dụng truyền động thuỷ lực vào máy khí ngày phát triển.Các truyền động thuỷ lực dần thay cho truyền động cổ điển truyền động bánh răng-thanh răng, truyền động xích…vv Sở dĩ với cơng suất máy,thiết bị sử dụng ngun lý truyền động thuỷ lực ln có kích thước nhỏ gọn so với máy ,thiết bị truyền động Một số ứng dụng thường gặp sống truyền động thuỷ lực: Hình 1.1 Cần cẩu sử dụng thuỷ lực để truyền động SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực Hình 1.2 Máy bơm bê tông sử dụng truyền động thuỷ lực 1.2 Giới thiệu ống thuỷ lực phân loại: 1.2.1 Định nghĩa: Ống dẫn thuỷ lực phần tử quan trọng mạch thuỷ lực Nó có chức dẫn dòng lưu chất đến nới khác mạch Nó đường dẫn dầu chính, đường dẫn dầu bể chứa ,đường dầu điều khiển….vv,Nhờ mà mạch thuỷ lực hoạt động bình thường SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực Hình 1.3 Một số loại ống thuỷ lực 1.2.2 Phân loại loại ống dẫn thuỷ lực: Ống dẫn thủy lực (ODTL) phân thành ODTL mềm ODTL cứng dựa cấu tạo ống dẫn Ống dẫn cứng: sản xuất từ thép, đồng, nhôm hợp kim nhôm Ống dẫn từ thép sử dụng cần phải chịu áp suất lớn ( B;A->T Khi dầu từ van phân phối cấp vào buồng sau Xylanh ( 2).Làm cho piston xylanh thực chuyển động tiến trước (làm mở cấu đầu ép) Cũng lúc ta có dầu từ buồng trước xylanh qua van chiều (9) để bể T Ngoài cửa bơm (2) trước vào van phân phối (7) ta có lắp đồng hồ đo áp (6) van an toàn (14) để biết áp suất dầu vận hành mạch tạo cho mạch sư an toàn áp suất mạch vượt giá trị cho phép.Lúc van (14) mở phần dầu xả bể-> trì áp suất mạch ln nhỏ giá trị cài đặt an toàn Bảng điều khiển: Nam Châm Nam châm A+ Nam châm A- Chức Tóp đầu ống x Lùi vị trí đầu x 4.2 Tính tốn hệ thống thuỷ lực: 4.2.1 Tính tốn tiết diện đường ống dẫn dầu: Theo tài liệu (3) đường kính ống tính theo ơng thức : d  10 2qv (mm) 3. v Trong : SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 58 GVHD:PHẠM HUY HỒNG  Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực qv _là lưu lượng qua ống dẫn(lít /phút)  v_vận tốc dầu đường ống(m/s)  d_ đường kính ống dẫn dầu(mm) Theo tài liệu [4] thì: Các đường ống hút:v=0,6-1,5m/s Ta chọn v=1(m/s) ta có: d1  10 2.35, 786  27,56(mm) 3.3,14.1 Ta chọn d1  28( mm) Các đường ống ép đường dầu bể :v=4-5m/s.ta chọn v=4(m.s).khi ta có: d  10 2.35, 786  13, 78(mm) 3.3,14.4 Ta chọn d2  14(mm) 4.2.2 Tính chọn bơm thuỷ lực : a) Tính tốn lưu lượng bơm: Ta có :  Vận tốc đầu trượt lúc ép :2mm/s  Vận tốc đầu trượt lúc chạy lùi :5mm/s  Vận tốc lùi cần xylanh lúc ép: 3,8 (mm/s)  Vận tốc tiến cần xylanh lúc chạy không:9,5(mm/s) Lưu lượng cần cấp cho xylanh lúc ép: SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 59 GVHD:PHẠM HUY HOÀNG Qép  V Avk  3,8.3,14( Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực 2002  902 )  95157,7(mm3 / s)  5,7095 (lít /phút) Lưu lượng cần cấp cho xylanh lúc chạy không là: Qck  vck Axy  9,5.3,14 2002  298300(mm3 / s)  17,898 (lít/ phút) Vậy lưu lượng cần cấp tối đa bơm là: Qmax  2.Qck  2.17,898  35,786 (lít/ phút) Tính tốn áp suất làm việc bơm: Áp suất làm việc xylanh:210 bar Khi ép ta có tổn hao sau: Tổn hao áp suất đường ống, để đơn giản ta lấy 0,05 P1  10,5 (bar) Tổn hao áp suất qua van phân phối : bar Tổn hao áp suất qua van tiết lưu :10 bar Tổn hao áp suất ảnh hưởng buồng sau xylanh lên buồng trước ép : 2(bar ).( D2 2002 )  2( bar )  2,5(bar ) D2  d (2002  902 ) Tổn hao áp suất qua co nối chữ T: SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 60 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực GVHD:PHẠM HUY HỒNG Hình 4.2 co nối chữ T Sử dụng trang web pressure drop để tính áp qua co chữ T với giá trị D1  14mm; D2  14mm ; nhiệt độ làm việc 300 C ; lưu lượng 35, 786 (lít /phút).Ta giá trị áp P  0, 08(bar ) Vậy áp suất làm viêc bơm là: Pmax  210  10,5   10  2,5  0,08  235,08(bar ) b) Chọn bơm thuỷ lực: Theo tài liệu [4] công suất bơm thuỷ lực tính sau: Wp  Qmax P 35,786.235,08   14,02(kW ) 600 600 Trong đó: W p _ Công suất bơm thuỷ lực Qmax _ lưu lượng lớn mà bơm cấp P _ áp suất làm việc củabơm Hiện thị trường có nhiều loại bơm: bơm bánh răng, bơm trục vis, bơm piston, bom cánh gạt…Mỗi loại bơm có ưu điểm riêng.Khi lựa chọn bơm có yêu cầu cho việc lựa chọn loại bơm thích hợp cho việc thiết kế áp suất tối đa, lưu lượng tối đa, phương thức điều khiển, tốc độ bơm, hiệu suất, giá thành…Căn vào hai yêu cầu công suất làm việc lưu lượng tối đa ta chọn loại bơm cho máy tóp đầu ống thuỷ lực bơm bánh ăn khớp ngoài:  Áp suất làm việc tối thiểu mà bơm cần cung cấp cho hệ thống 235,08 bar áp suất làm việc tối đa bơm bánh ăn khớp lên đến 300 bar  Lưu lượng tối đa hệ thống thuỷ lực thiết kế 25,786 lít/phút, lưu lượng tối đa bơm bánh ăn khớp ngồi đạt đến 760 lít/phút SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 61 GVHD:PHẠM HUY HOÀNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực  Ngồi kích thước bơm bánh nhỏ gọn.Kết cấu đơn giản  Được sử dụng rộng rãi thị trường nên giá thành khơng q đắt Hình 4.3 Cấu tạo bơm bánh ăn khớp Từ ta chọn mua bơm bánh ăn khớp hãng Eaton, có thơng số kỷ thuật sau:  Lưu lượng riêng : Dp  8.2cm3 / vòng  Tốc độ dẫn động tối đa cho bơm : np  3600(vòng / phút)  Áp suất làm việc tối đa :240 (bar)  Lưu lượng cấp bơm :35,88 (lít /phút)  Chiều quay bơm : chiều kim đồng hồ SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 62 GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực  Khối lượng :2,85(Kg) 4.2.3 Tính chọn động để dẫn động cho bơm: a) tính cơng suất động : Chọn hiệu suất bơm 0,95 Khi ta có cơng suất động dẫn động cho bơm là: Wdc  Wp 0,95  14,02  14,75(kW ) 0,95 b) Chọn động cơ: Ta có từ cơng suất động vừa tính ta chọn động xoay chiều pha hãng Leeson,có thơng số kỷ thuật sau:  Công suất tối đa động :15(kW)  Tốc độ trục động cơ: 3000 (vịng/ phút) SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 63 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực GVHD:PHẠM HUY HOÀNG CHƯƠNG V THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN 5.1 Phương án điều khiển cho mạch thuỷ lực: Ta chon phương án điểu khiển cho mạch thuỷ lực dùng Rơ le Rơ le loại khí cụ điện tự động dùng để khởi động thiết bị chỉnh q trình tác động vào cơng suất tương đối nhỏ Đặc điểm Rơ le :  Khi tác động lên đai lượng nhỏ (tín hiệu vào) , tín hiệu thay đổi nhảy cấp trì giá trị định  Cách ly hồn tồn mạch xử lý có điện áp thấp thiết bị điện có điện áp cao cơng suất tải lớn An tồn cho xử lý mạch điều khiển  Trở kháng: hai trạng thái On có trở kháng nhỏ, trạng thái Off có trở kháng lớn xem lý tưởng Ổn định vận hành cho thiết bị cố công suất nhỏ, điện áp nhỏ, tần số vận hành tùy ý  Phát tia lửa điện chuyển trạng thái: làm việc với thiết bị sử dụng công suất lớn, gây tia lửa điện thời gian chuyển từ trạng thái điều nguy hiểm mơi trường có khí dễ cháy nổ: Ga, xăng Rơ le thường bọc kín khơng hẳn an tồn Đây nhược điểm Rơ le bị mòn theo thời gian tiếp điểm tiếp xúc dần cho lần đón mở, cần bảo trì thay định kỳ  Rơ le có cuộn cảm nên điều khiển đóng mở phải sử dụng diode chống điện áp ngược tắt nguồn cấp cho cuộn cảm Đặc điểm thú vị cuộn cảm dòng điện cuộn cảm không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian, ngắt điện xuất tăng áp lớn ngược chiều với điện áp nguồn SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 64 GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực cấp, để phần tử điều khiển khơng bị đánh thủng điện áp ngược ta cần phải dùng diode để triệt tiêu điện áp ngược cuộn cảm  Điện áp làm viêc thích hợp Rơ le từ 5-24 V Không nên dùng Rơ le để điều khiển thiết bị điện chiều có điện áp 48V Vì đóng mở tiếp điểm phát hồ quang nguy hiểm làm cháy tiếp điểm, nguy hiểm gây chạm nổ nghiêm trọng Ưu nhược điểm Rơ le:  Ưu điểm : o Được sử dụng rộng rải xí nghiệp sản xuất với tính linh hoạt ổn định cao o Giá thành không đắt kết cấu đơn giản dễ chế tạo  Nhược điểm: o Do lúc sử dụng phải đóng mở Rơ le thường xuyên nên xảy tượng phóng điện tiếp điểm làm cho tiếp điểm mau mịn ,từ làm cho q trình đóng mở xác,bị trễ Vì cần phải có chế độ bảo dưỡng định kỳ Rơ le 5.2 Điều khiển q trình tóp đầu ống thuỷ lực : Như ta biết q trình tóp đầu ống thuỷ lực đầu trượt dẫn động cho đầu ép thực chuyển động tịnh tiến rãnh trượt Cụ thể trình gồm hai giai đoạn Giai đoạn chuyển động tịnh tiến hướng tâm đầu trượt chuyển động với vận tốc chậm (2 mm/s) Và giai đạon chuyển động tịnh tiến xa tâm để vị trí chuẩn bị với vận tốc nhanh (5mm/s) Cũng từ kiện tính tốn chương suốt trình làm việc hành trình chuyển động Xylanh tác động 19 mm Dó dể giới hạn hành trình ta cần sử dụng cơng tắc hành trình ứng với hai vị trí giới hạn :một lúc đầu trượt tịnh tiến vào tâm hai lúc đầu trượt tịnh tiến vị trí ban đầu SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 65 GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực Hai cơng tắc hành trình lắp theo phương chuyển động cần Xylanh tác động đặt cách khoảng 19 mm Khi tiếp điểm cơng tắc hành trình đóng mở lúc nam châm kích hoạt trạng thái làm việc tương ứng van phân phối đóng ngắt dịng điện SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 66 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực GVHD:PHẠM HUY HỒNG Hình 5.1 sơ đồ bố trí cơng tắc hành trình 5.3 Lưu đồ giải thuật mạch điều khiển: a) Lưu đồ giải thuật : Hình 5.2 Lưu đồ giải thuật SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 67 GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực b) Mạch điện điều khiển : Hình 5.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 68 GVHD:PHẠM HUY HỒNG Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực Tài liệu Tham khảo: [1] Lại Khắc Liễm,Cơ học máy, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 2008 [2] Nguyễn Văn Dán-Nguyễn Ngọc Hà-Đặng Vũ Ngoạn-Trương Văn ,Vật liệu kỷ thuật, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 2009 [3] Đỗ Kiến Quốc (chủ biên) – Nguyễn Thị Hiền Lương-Bùi Công Thành – Lê Hoàng Tuấn – Trần Tấn Quốc, Sức bền vật liệu, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 2004 [4]Michael J.Pinches-John G.Ashby,Power Hydraulics, Longman Higher Education September 1988 [5] Nguyễn hữu lộc, chi tiết máy, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 2010 [6] Nguyễn Ngọc Phương,Huỳnh Nguyễn Hoàng ,hệ thống điều khiển thuỷ lực,Nhà xuất giáo dục năm 2000 [7] Lê Khánh Điền ,Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 2007 [8]Nguyễn Ngọc Cẩn,Trang bị điện máy cắt kim loại, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.HCM 2001 SVTH:LÊ THƯỢNG TRÍ 69 ... thiệu máy tóp thuỷ lực nước ta: 1.7.1 Định nghĩa máy tóp ống thuỷ lực: Máy tóp đầu ống thuỷ lực nhánh rẽ máy ép thuỷ lực Nói cách khác loại máy ép chun dùng thiết kế nhằm mục đích ép (tóp) đầu ống. .. Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC 55-63 4.1 Thiết kế mạch thuỷ lực 55-58 4.2 Tính tốn hệ thống thuỷ lực 58-63 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU... Thiết kế máy tóp đầu ống thuỷ lực Đưa lên máy tiến hành tóp đầu ống đường kính đai sau ép hãng quy định catalog Hình 1.6 Quá trình hình thành đầu ống thuỷ lực Ngoài cần lưu ý trước tóp thuỷ lực