Bài giảng Thiết kế kỹ thuật máy ép

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế kỹ thuật máy ép

1. THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY ÉP 3.1 Yêu cầu kỹ thuật: Tất cả máy móc khi thiết kế chế tạo đều có yêu cầu kỹ thuật để quá trình hoạt động đạt hiệu quả cao. Dưới 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 được điều kiện khí hậu nóng ở Việt Nam, vì nhiệt độ cao làm nhiệt độ của chất lỏng tăng nhanh ảnh hưởng 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. Đường kính lỗ đột lớn nhất : 24mm Độ dày đột lớn nhất : 16mm Độ sâu họng : 110mm Lực đột : 60 tấn Dùng kết hợp với bơm thủy lực MP2 ( 2hp) Áp lực cao (Kgf/cm2) : 720 Áp lực thấp (Kgf/cm2) : 70 Điện áp: 380V, 3 pha Công suất động cơ : 2 HP Thể tích bồn thủy lực : 10 lít Trọng lượng : 55 kg
2. Xác định lực cắt hình và đột lổ P= k*L*S*Tc = kg trong đó: - k=1.1 -1.3 : là hệ số tính đến không đồng đều và chiều dày tính chất vật liệu, mép cắt bị mòn, chế tạo và lắp ghép khuôn không chính xác. - L= chu vi vòng dập cắt hay đột lổ. - S= chiều dày vật liệu - Tc= ứng lực cắt của vật liệu, tùy theo vật liệu mềm hay cứng, dập nóng hay dập nguội. Lực dập (tấn) = Chu vi hình cần cắt đứt (mm) x Chiều dày vật liệu (mm) x Độ bền kéo của vật liệu (kG/mm2) / 1000 Muốn tính chính xác, bạn phải biết rõ độ bền kéo của vật liệu cần dập. Với các loại thép tấm thông thường cho sản phẩm dập, nếu không rõ "nguồn gốc xuất xứ", bạn có thể lấy gần đúng độ bền kéo là: Ts (Tensile Strength) = 50 kG/mm2 (bạn treo vật 50kG lên dây thép có tiết diện 1mm2 thì nó đứt) Thay vào công thức trên, có thể rút ra công thức thực hành để tính nhanh chóng lực dập ngay tại hiện trường: Lực dập (tấn) = Chu vi hình cần cắt đứt (mm) x Chiều dày vật liệu (mm) / 20 Lực đột lỗ = 24 x 3,14 x 16 / 20 = 60,3 tấn. 3.2 Thiết kế sơ đồ mạch thủy lực: Ở đây ta sử dụng hệ thống thủy lực kí hiệu A.N.S.I Từ phương án thiết kế 2 được chọn ta đưa ra sơ đồ mạch thủy lực như sau:(hình 3.1)
3. Hình 3.1 - Sơ đồ mạch thủy lực 3.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực: Đối với máy ép thủy lực thẳng đứng ta chia ra thành 2 giai đoạn: Hình3.2a. – Giai đoạn 1 của máy ép.
4. Hình3.2b. – Giai đoạn 2 của máy ép. 3.4 Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết. 3.4.1 Bộ phận tác động: Cylinder – Piston. Trong phần này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về bộ phận tác động chuyển động tịnh tiến, đó là: cylinder – piston, động cơ tịnh tiến, động cơ tuyến tính 3.4.1.1 Nhiệm vụ của cylinder – piston: Biến đổi năng lượng áp suất của chất lỏng thành cơ năng. Có 3 dạng bộ phận tác động:  Bộ phận tác động chuyển động tịnh tiến – cylinder thủy lực.  Bộ phận tác động chuyển động quay - Động cơ thủy lực.  Bộ phận tác động bán quay (giới hạn góc quay). 3.4.1.2 Các thành phần cơ bản của cylinder-piston: ( hình 3.3) Cylinder có hình trụ tròn, là bộ phận cố định, bên trong cylinder có bộ phận chuyển động tới lui theo chu kì gọi là piston. Piston thường được nối với thanh truyền. Trong hệ thống thủy lực, thanh truyền được nối với piston để truyền động năng từ piston lên tải, cũng có trường hợp không dùng thanh truyền piston tác động trực tiếp lên tải, lúc này piston thường được gọi tên là thanh đẩy hay trụ
5. đẩy. Phía cylinder có thanh truyền nhô ra gọi là ’’đầu thanh’’ và phía không có thanh truyền gọi là ’’đầu nắp’’. Hình3.3 – Các thành phần cơ bản của cylinder - piston. 3.4.2.4 Tính chọn cylinder-piston: Cylinder-Piston tác động kép:
6. Các piston của cylinder công tác được làm đặc hoặc rỗng. Piston truyền lực tới đầu ép và chịu nén. Kiểu liên kết giữa piston với đầu ép có thể là kiểu liên kết cứng (đuôi piston ngậm chặt đầu vào đầu ép). Khi piston liên kết cứng thì piston sẽ chịu tải bởi tác dụng của mômen do máy ép chịu tải lệch. Điều này có thể dẫn đến sự mài mòn nhanh ống dẫn hướng và làm hỏng đệm kín. Liên kết cứng được sử dụng trong máy ép một cylinder và dùng cho piston giữa của máy ép ba cylinder. Các cylinder thường được chế tạo theo kiểu rèn từ thép Cacbon 45 hoặc 60, bề mặt của chúng được tôi và đánh bóng cẩn thận (độ nhám bề mặt không quá 0.63 và độ chính xác tương đương cấp 2 khi lắp vào ống dẫn hướng). Các piston được liên kết cứng với dầu ép, thường được chế tạo từ thép hợp kim crôm – môlipden, độ cứng bề mặt công tác của piston bằng 48÷60HRC. * Tính toán các thông số kỹ thuật của cụm cylinder – piston: Gọi Dc - là đường kính trong của cylinder, mm. Dr - là đường kính của trục piston, mm. A - là diện tích mặt trong cylinder, diện tích đĩa piston, mm2. p - là áp suất của hệ thống thủy lực, N/m2. F - là tải trọng làm việc, N. Theo như yêu cầu thiết kế, thì tải trọng định mức là 60tấn. Như vậy: F = 60 x 103 x 9.81 = 588600 (N). Ở đây ta chọn áp suất của hệ thống p=250 (bar). Cylinder làm từ thép đúc có [σ] = 80÷100 MPa. Kiểm tra lại theo công thức (3.4.2f), ta có áp suất tối ưu của hệ thống:  100.106   2 pOT = ≈ 28900000 (N/m ) = 289 (bar). 2 3 2 3 Như vậy pOT > p. Nên ta chấp nhận áp suất của hệ thống p = 250 bar. Từ áp suất hệ thống ta suy ra các thông số của cylinder – piston theo mối quan hệ kỹ thuật:
7. F 588600 A 0.0235 m 2 p 250 10 5 4 A 4 0.0235 D 0.173 m c 3.14 Như vậy theo bảng 4.1(trg140-Tài liệu I), ta chọn Dc=200(mm). Và đường kính thanh truyền Dr=125(mm). * Chiều dài thanh truyền piston L, mm.(hình 3.9) Để đảm bảo sức bền của thanh truyền piston khi làm việc, chiều dài L p của trục piston phải thõa mãn công thức sức bền vật liệu sau: 2 EJ K L2 Với K – tải trọng tới hạn, kg; E – môđun đàn hồi, E=2.1x106 kg/cm2 (đối với thép); . J – mômen quán tính đối với tâm thanh truyền, d 4 J (cm4) 64 Như vậy ta thay các số liệu vào, ta được L: 2 EJ 3.143 2.1 108 164 L 10534 (mm). K 60 103 64 Để đảm bảo độ bền trục piston ta chọn Lp= 1150(mm). Đối với cylinder, áp dụng công thức (3.4.2g), ta có: P 686700 r 1.5 H = ≈1 .0.124(m).5 H min   100.106
8. a) b) Hình 3.9 – Bản vẽ chế tạo cụm cylinder-Piston. a) Kết cấu của cylinder. b) Kết cấu của piston. 3.4.2 Hệ thống van: 3.4.2.1 Nhiệm vụ của van thủy lực : Van thủy lực có nhiệm vụ điều khiển dòng thủy lực, tín hiệu điều khiển và bộ phận tác động thủy lực. Van thủy lực thường được sử dụng điều khiển tốc độ dòng, điều khiển hướng và điều khiển áp suất thủy lực. Tuy nhiên một số van có đa chức năng, có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ điều khiển. Tín hiệu điều khiển van có thể là tín hiệu cơ khí, tín hiệu bằng tay, thủy lực, khí nén hoặc điện. Tác động của van điều khiển có thể là tín hiệu số (digital) hay tín hiệu tương tự (analogue). Thông thường van có những chức năng sau:
9. Van tràn được sử dụng để giữ áp suất của mạch thủy lực. Van trục ống 4 cổng có thể sử dụng để thay đổi trực tiếp chiều quay của mô tơ thủy lực. Van điều khiển lưu lượng sử dụng để thay đổi tốc độ của bộ tác động. Trong thực tế thì 2, 3 hoặc nhiều van được nối với nhau thành 1 van ghép có nhiều chức năng. 3.4.2.2 Phân loại van thủy lực : Các van được đánh giá bằng kích thước, khả năng chịu áp lực và mức độ giảm áp. Có rất nhiều kiểu thiết kế van thủy nhưng nhìn chung lại thì có một số van chính sau đây.  Van tràn áp: loại này sử dụng trên một số nơi trong máy thủy lực, trên đường về của mạch để duy trì áp suất trong thắng thủy lực, trên đường ống dẫn . Trên cylinder thủy lực để khỏi quá tải, đường ống thủy lực không bị nứt vỡ . Trong các thùng chứa để duy trì một áp suất ngăn không cho nước đọng lại và ô nhiễm.  Van giảm áp: loại van này sử dụng để giới hạn áp suất không vượt quá mức yêu cầu của mạch. Đây là loại van thường mở, áp suất vào sẽ cân bằng với lực lò xo, khi áp suất tăng lên thì thắng lực lò xò và dòng lưu chất sẽ chảy qua van về thùng chứa nên áp suất giảm.  Van tuần tự: van này được sử dụng để truyền dòng thủy lực đến hệ thống thứ cấp, chỉ sau khi có hoạt động xảy ra trong hệ thống sơ cấp. Đây là loại van thường đóng, và chỉ mở dòng thủy lực ra đến hệ thống thứ cấp, khi hệ thống sơ cấp đạt đến ngưỡng áp suất thiết đặt trước. Áp suất của hệ thống sơ cấp sẽ được duy trì lại sau khi van thực hiện hoạt động ‘’thứ tự’’.  Van 1 chiều: loại van đơn giản nhất, đây là loại van hoạt động chỉ có 1 chiều đi không có chiều ngược lại, nó cho phép tích trữ để nạp hoặc duy trì áp lực khi máy không hoạt động.  Van 1 chiều có đường điều khiển: đây là van 1 chiều thường đóng nhưng có thể điều khiển bằng tín hiệu từ bên ngoài. Ví dụ như tải trọng không thể giữ được bởi áp suất của van 1 chiều. Thông thường, áp suất bên ngoài vào đường ống khác được kết nối với mô tơ hay cylinder.
10.  Van treo tải: thực chất van treo tải là 1 dạng đặc biệt của van 1 chiều có đường điều khiển. Nhưng ngược lại với van 1 chiều là có thể mở hoặc đóng, van treo tải chỉ 1 phần nhỏ của van điều khiển lưu lượng có đường điều khiển.  Van ngắt: loại van này được thiết kế như một thiết bị từ động bịt kín các đường dẫn thủy lực nếu như áp suất thủy lực quá cao hoặc quá thấp hơn áp suất đã định.  Các loại van phụ trợ: các hệ thống thủy lực phức tạp thường hay sử dụng nhứng khối van phụ trợ để thực hiện nhứng chức năng phức tạp không thể thấy được như bộ tích trữ thủy lực, quạt làm mát. Các van này thường được thiết kế phù hợp cho những máy riêng biệt. 3.4.2.3 Chọn van thủy lực : Theo sơ đồ mạch thủy lực ở phần trên, ta chọn 3 loại van: Van tràn áp. Van 1 chiều. Van Solenoid. Sau đây là phần tính toán 3 loại van được nêu ở trên. 3.4.2.3.a. Van 1 chiều: (hình 3.10a) Van 1 chiều bao gồm 1 thân van có cổng vào và cổng ra, 1 lò xo, và 1 viên bi. Hình 3.10a – Sơ đồ kết cấu van một chiều. 3.4.3.2.b. Van tràn: (hình 3.10b) Van tràn có 1 lò xo, 1 vít điều chỉnh, 2 cổng P và T. Cổng T là nơi chất lỏng sẽ về thùng dầu khi van mở. Đây là van thường đóng, van mở khi áp lực chất lỏng trên đường ống thắng được lực lò xo, đẩy thanh chặn qua trái làm chất lỏng sẽ
11. thông với cổng T mà về thùng chứa, áp lực trong mạch sẽ giảm đén khi nào cân bằng với lực lò xo. Hình 3.10b – Sơ đồ kết cấu van tràn. 3.4.2.3.c. Van solenoid: (hình 3.10c) Van solenoid có 4 cổng. Cổng P nối với thùng chứa, cổng T để đưa chất lỏng về, cổng A và B là 2 cổng nới với đường ống chính. Van solenoid hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng từ. Khi cuộn dây có điện sẽ biến lõi sắt thành nam châm và đồng thời hút ống cuộn về phía lõi sắt làm cho ống cuộn chuyển động. Quá trình này sẽ làm đóng mở các cổng van và van solenoid hoạt động. Khi mất điện thì dưới tác dụng của lực lò xo thì ống cuộn sẽ trở về vị trí cân bằng ban đầu. Hình 3.10c – Sơ đồ kết cấu van Solenoid. 3.4.3 Bơm thủy lực:
12. 3.4.3.1 Nhiệm vụ của bơm thủy lực: Đẩy dầu thủy lực vào hệ thống và tạo nên dòng lưu động. Có thể nói bơm đã chuyển cơ năng thành năng lượng áp suất trong lưu chất, sau đó năng lượng áp suất lại chuyển thành cơ năng trên bộ phận tác động. Các thành phần cơ bản của bơm thủy lực gồm: (hình 3.11) Hình 3.11 – Các thành phần cơ bản của một máy bơm  Một cửa nạp để đưa dầu từ bình chứa hoặc từ nguồn chứa vào bơm.  Một cửa thoát dầu nối với đường ống áp lực.  Buồng bơm để tải dầu từ cửa nạp đến của thoát.  Các cơ cấu khác đảm bảo hoạt động của bơm. Các dạng bơm thủy lực sử dụng phổ biến + Bơm bánh răng: đơn giản, rẻ tiền, bền, hiệu suất cao, thích hợp cho hệ thống có áp suất dưới 300 bar (3x107N/mm2). + Bơm cánh quạt: đơn giản, rẻ tiền, độ tin cậy cao. Loại này dùng tốt với hệ thống có lưu lượng cao nhưng áp suất thấp tại đầu ra. + Bơm piston hướng trục: loại bơm này dùng thay đổi lưu lượng dòng ra để điều khiển áp suất trong lưu chất. + Bơm piston hướng kính: loại bơm này dùng với hệ thống đòi hỏi áp suất lưu chất cao nhưng lưu lượng nhỏ.
13. Bơm piston đắt hơn bơm cánh quạt và bơm bánh răng, nhưng tuổi thọ của bơm cao khi hoạt động ở áp suất lớn, sử dụng với nhiều loại chất lỏng khác nhau. 3.4.3.2 Sử dụng công suất của bơm và động cơ máy ép thủy lực Công của máy ép thủy lực được xác định bởi thời gian t c thực hiện hành trình công tác, khi sự biến dạng dẻo kim loại được tiến hành. Giả thiết rằng hệ thống dẫn động không có tổn hao năng lượng. Ta đưa vào các ký hiệu sau đây: P – lực của máy ép tại thời điểm cho trước của hành trình piston; p – áp suất chất lỏng trong cylinder máy ép; S – hành trình của piston; Pdn – lực ép danh nghĩa của máy ép; Sc – hành trình công tác. Nếu như bỏ qua các tổn hao trong hệ thống thủy lực, thì đối với bộ dẫn động của bơm không có bình tích áp, không có bánh đà trên trục dẫn động bơm, ở thời điểm bất kỳ của hành trình công tác ta có đẳng thức: Np = Nb = Nđc (3.4.1) trong đó: Np – công suất của máy ép ở hành trình công tác; Nb – công suất của bơm; Nđc – công suất của động cơ điện. Khi máy ép làm việc có những thời điểm mà Np đạt giá trị cực đại. Từ biểu thức (3.4.1) suy ra là công suất của bơm cũng phải là cực đại. Nghĩa là bơm phải được tính theo công suất cực đại ở máy ép và được xác định bằng lực lớn nhất và tốc độ cho trước của chuyển động cặp bánh răng. Bởi vì thời gian hành trình công tác trở nên nhỏ nhất khi sử dụng công suất toàn bộ của bơm, vậy để nhận được t c nhỏ nhất thì bơm phải làm việc với công suất định mức trong suốt toàn bộ hành trình công tác: KpQ = Nb (3.4.2) trong đó: K – hệ số phụ thuộc vào thứ nguyên của Q, p và N;
14. p – áp suất của bơm; Q – lưu lượng của bơm. Người ta gọi bơm là bơm lý tưởng nếu như nó đảm bảo được điều kiện (3.4.2) trong suốt quá trình công tác và có hệ số có ích bằng 1. Ở các điều kiện thực tế thì các bơm của máy éo thủy lực không làm việc với công suất không đổi, đặc biệt là ở lúc bắt đầu của hành trình công tác và đối với nhiều quá trình công nghệ không cần có áp suất cao mà chỉ cần có năng suất cao. Đồ thị lực ép đối với sơ đồ đơn giản nhất của máy ép một cylinder dẫn động không có bình tích áp từ bơm có lưu lượng không đổi được trình bày trên hình 3.12a a) b) c) Hình 3.12 – Các đồ thị lực ép ( phần được gạch là công suất bơm không sử dụng). a) Đồ thị lực ép của máy ép một cylinder không có bình tích áp. b) Đồ thị lực ép để dẫn động từ bơm lý tưởng. c) Đồ thị lực ép khi bơm kiểu piston có trục khuỷu làm việc với 3 mức áp suất và lưu lượng cấp cho máy ép một cylinder. Phần diện tích được gạch 0ab tỉ lệ với công không được bơm sử dụng và đặc trưng cho việc sử dụng công suất của bơm.
15. Trị số của tung độ p’ đối với điểm a sẽ tương ứng với áp suất mà bơm không sử dụng ở thời điểm đó và tỉ lệ với phần công suất không sử dụng của bơm, bởi vì: N’ = p’Q; còn Q=const. Ở kết cấu đơn giản nhất thì bộ dẫn động của bơm không có bình tích áp thường được sử dụng một phần nhỏ công suất định mức. Đồ thị lực để dẫn động từ bơm lý tưởng được trình bày ở hình 3.12b. Ở đây công suất của bơm được sử dụng hết. Mức độ hoàn thiện của các dẫn động thực tế cần được đánh giá bằng cách so sánh với dẫn động từ bơm lý tưởng, làm việc với công suất không đổi. Trên hình 3.12c trình bày đồ thị lực ép khi bơm kiểu piston có trục khuỷu làm việc với ba mức áp suất và lưu lượng cấp cho máy ép một cylinder: paQa = pbQb = pcQc = NH Các điểm a, b, c của đồ thị là các điểm công suất không đổi. pc > pb > pa; Qc < Qb < Qa Phần công mà bơm không dùng được giảm đi. Thời gian hành trình công tác, công suất của bơm và động cơ có thể giảm so với các thông số này trong trường hợp dẫn động từ bơm lưu lượng không đổi. Việc đưa sự làm việc của bộ dẫn động tới gần hơn với sự làm việc của bơm lý tưởng trong thời gian tc thực tế bằng các phương pháp sau: Sử dụng các bơm có điều chỉnh kiểu bậc thang lưu lượng theo áp suất; sử dụng các bơm có các đặc tính khác nhau; sử dụng một loạt các bơm giống nhau, sử dụng các bơm có thay đổi tự động công suất; sử dụng ở máy ép nhiều cylinder mà chúng làm việc với các áp suất khác nhau và cả bằng các phương pháp kể trên. Khi không có bình tích áp thì việc đưa sự dẫn động tới gần với sự làm việc của động cơ lý tưởng có thể đạt được bằng các phương pháp kể trên để giảm công suất của bơm. Thường thì thời gian dành cho các công đoạn phụ lại nhiều hơn thời gian của hành trình công tác của máy ép. Bộ dẫn động sẽ bắt buộc phải làm việc không tải trong thời gian dài.
16. Công suất của động cơ điện khi bơm chạy không tải thường vào khoảng 10÷15% công suất cực đại. Vì vậy ở những chỗ mà các yếu tố công nghệ cho phép, thì hợp lý hơn cả là giảm một phần tốc độ của hành trình công tác. Trong trường hợp này, thời gian toàn bộ của chu trình có thể thay đổi không đáng kể do việc giảm thời gian cho hành trình tiếp cận, hành trình khứ hồi và chuyển chế độ. Các quá trình công nghệ riêng thí dụ như đột sẽ yêu cầu lúc thì tốc độ cao, lúc thì tốc độ thấp của hành trình công tác. Điều này liên quan tới các tính chất công nghệ của vật liệu phôi. Trong trường hợp này có thể có được công suất của bơm và động cơ điện một cách tối ưu hơn bằng cách ngắt một số bơm cùng động cơ. Khi chọn công suất của động cơ điện cho máy ép thủy lực, người ta thường phân biệt hai chế độ làm việc của nó: Chế độ làm việc lâu dài và chế độ làm việc ngắn – lặp lại. Theo chế độ làm việc lâu dài người ta thường chọn động cơ điện cho dẫn động kiểu bơm có bình tích áp và người ta thường chọn động cơ điện theo chế độ làm việc ngắn – lặp lại cho dẫn động kiểu bơm không có bình tích áp. Thường thì có thể chọn công suất định mức của động cơ điện bằng một nửa công suất của bơm. Việc giảm tiếp theo công suất của động cơ điện ở dẫn động không có bình tích áp có thể đảm bảo bằng cách đặt một bánh đà trên trục nối bơm và động cơ điện. Ở dẫn động có bánh đà, việc thay đổi số vòng quay của bánh đà và sự nhả năng lượng của nó phụ thuộc vào đặc tính cơ học của động cơ điện. Trong trường hợp này biểu thức (3.4.1) sẽ có dạng: Np = Nb ≥ Nđc Yếu tố giới hạn ở đây là công suất của bơm – công suất động cơ có thể giảm 2-3 lần và hơn nữa phụ thuộc vào đặc tính tải P = f(S). Trong một số trường hợp, việc sử dụng triệt để hơn công suất của động cơ điện và bơm có thể đạt được bằng cách liên kết nhiều máy ép có cùng lực ép vào một máy ép lớn. 3.4.3.3 Tính chọn bơm thủy lực:
17. Xuất phát từ các thông số như: +Áp suất hoạt động lớn nhất. +Dạng điều khiển. +Tốc độ hoạt động của bơm. +Dạng chất lỏng sử dụng. +Giá thành. +Bảo dưỡng. Ở đây ta chọn loại bơm bánh răng vì kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ và áp suất cung cấp lại lớn nhưng lưu lượng nhỏ. Bảo dưỡng lại dễ dàng và điều khiển đơn giản . Từ bảng 2.2 (trang 31, tài liệu1), ta chọn áp suất bơm p=250 (bar) Gọi F là tải trọng làm việc: F= 70(tấn) = 70x103x9.81= 686700(N). Dc là đường kính của piston(mm). Từ công thức F = p x A (A là diện tích đáy piston[m2]) F 686700 A 0.0274 (m 2 ) p 250 10 5 4 A 4 0.0274 D 0.186 (m) c 3.14 Tra bảng 4.1 (trg 140-TL 1), ta chọn Dc=200(mm). Gọi Q là lưu lượng do bơm cung cấp,(lít/s). V là vận tốc dòng chảy,(m/s). Vì bơm hoạt động với áp suất lớn nên lấy v=0.02 (m/s). 3.14 0.22 Q = v x A = 0.02 0.000628 (m3/s) = 0.628(l/s) = 37.68(l/ph) 4 So sánh với bảng 5.11(trg 216-TL1), ta thấy thỏa mãn về cách chọn. Như vậy công suất của bơm P(kW), nếu như ta lấy hiệu suất bơm =0.85
18. Q p 37.68 10 3 250 105 P 18.47 (kW)  60 0.85 60 1000 Ta sẽ chọn động cơ điện có công suất 20(kW). 3.4.4 Hệ thống đường ống: Ống dẫn được dùng trong hệ thủy lực phải được chế tạo chính xác, liền nhau không được hàn nối. Ống có kích cỡ theo tiêu chuẩn phù hợp với một giới hạn áp suất chịu đựng khác nhau và đường kính tiêu chuẩn của ống có thể lên đến 100mm. Nhiệm vụ chính của đường ống là nối giữa các bộ phận để dẫn lưu chất trong hệ thống. Các đường ống thường được phân theo chức năng của chúng gồm: + Đường ống làm việc: đường ống nạp, đường ống áp lực, hồi tiếp. + Đường ống không làm việc: đường ống xả, đường ống tín hiệu. Hiện nay có 3 loại ống dùng trong thủy lực: ống tube, ống pipe và ống mềm. Ống tube: ống tube được sử dụng trong hệ thống thủy lực yêu cầu các đường ống dẫn có đường kính không lớn hơn 1 inch(25.4mm) và áp suất không vượt quá 400bar. Ống tube được làm loe ra và được lắp với các khớp nối nén ép có ren. Có 2 loại ống tube: + Loại không có ghép mối: được sản xuất bằng cách kéo nguội hoặc dùng các phôi ép nong từ thép lặng mềm. + Loại ghép mối: được hàn giáp mí chế tạo từ thép lá được cán nguội, sau đó được tạo thành ống, hàn và kéo. Loại không ghép mối được chế tạo có kích cỡ lớn hơn loại ống tube hàn điện. Trong thực tế thì ống tube sử dụng thõa đáng hơn, bởi vìchúng rất dễ uốn, yêu cầu ít chi tiết hơn và khớp nối cũng ít hơn. Ống pipe: được làm ren với các khớp nối có ren trong có thể được sử dụng với đường kính lên đến 32mm và áp suất cỡ 70bar. Trong trường hợp hệ thống thủy lực đường kính có áp suất vượt quá 70 bar và đường kính lớn hơn 32mm thì ống sẽ sử dụng mặt bích, hàn lại và các khớp nối cũng liên kết bằng hàn. Kích cỡ của ống định rõ bằng đường kính danh nghĩa bên trong, đường ren ống pipe là đồng nhất ở tất cả các kích cỡ, không kể đến độ dày thành ống.
19. Ống pipe được sử dụng trong các hệ thống thủy lực có kích thước lớn, ở những nơi cần lưu lượng dòng chảy lớn, và đặt biệt thích hợp cho những đường ống thẳng, cố định và dài. Ống pipe được làm ren côn trên đường kính ngoài để lắp vào lỗ côn hoặc khớp nối. Tuy nhiên, nó không thể uốn được , thay vào đó khớp nới sẽ được sử dụng tai mọi vị trí cần liên kết. Chính điều này đã làm cho tăng giá thành hệ thống và tạo điều kiện cho sự rò rỉ. Ống mềm: các loại ống mềm được sử dụng ở những nơi đường ống thủy lực được nối với những thiết bị di chuyển với nhau. Ống mềm được chế tạo thành 3 lớp. Vật liệu lớp trong cùng bằng cao su tổng hợp, chất liệu cao su được xác định bằng loại dầu thủy lực sử dụng trong hệ thống. Các lớp ở giữa là các lớp tăng cường độ bền cho ống, có thể bằng sợi vải hoặc cao su đối với những ống chịu áp suất thấp, hoặc loại dây bện lưới tay thế cho sợi vải đối với những ống chịu áp suất cao hơn. Ống mềm được sử dụng rất phổ biến bởi vì nó làm đơn giản hóa hệ thống ống dẫn trong hệ thống thủy lực. Khi thiết đặt một cách đúng đắn, sẽ tạo điều kiện cho giảm bớt sự va đập, các ống mềm được thiết đặt tự do, tránh sự uốn cong của các khớp nối giữa các đầu liên kết. Tính chọn kích thước ống làm việc Áp suất hệ thống thủy lực sẽ xác định độ dày thành ống của các loại ống khác nhau. Áp suất, đường kính và độ dày của thành ống được trình bày trong bảng I , [Trang 157 – Tài liệu 3]. 3.4.5 Hệ thống làm mát: Nếu nhiệt độ tăng cao, khả năng bôi trơn sẽ giảm, đồng thời khả năng ôxy hóa dầu cũng tăng, dẫn đến sự ăn mòn các bộ phận và hình thành các cặn lắng trong hệ thống. Các dầu thủy lực hiện nay có thể vận hành ở 82 0C, trong khi vài năm trước đây nhiệt độ giới hạn chỉ tới 49 0C vì vậy cần phải duy trì nhiệt độ dầu ở mức qui định. Chúng ta đều biết rằng thiết kế hình dạng và kích thước bình chứa dầu thuận tiện việc làm mát không phải lúc nào cũng áp dụng được trong thực tế vì những ràng buộc không gian lắp đặt, nên phải tiến hành biện pháp làm mát dầu khác. Phân loại hệ thống làm mát: có 2 loại hệ thống lám mát
20. Hệ thống làm mát bằng không khí: hệ thống này chính là những cánh tản nhiệt gắn theo chiều dài của đường ống để tạo ra sự truyền tốt nhất. Nhiệt của dầu trong các ống dẫn sẽ truyền ra không khí nhanh hơn nhờ những cánh tản nhiệt này. Bộ tản nhiệt có thể còn được gắn phía dưới đáy bình chứa. Hệ thống làm mát bằng nước (hình 3.13): hệ thống này thường có khả năng làm mát cao hơn bộ làm mát bằng không khí. Trong thiết bị này, dầu sẽ đi qua đường ống xung quanh có nước tuần hoàn. Nhiệt trong dầu sẽ truyền qua nước nên nhiệt độ sẽ giảm nhanh chóng. Hình 3.13 – Kết cấu của bộ làm mát bằng nước. 3.4.6 Hệ thống lọc dầu: 3.4.6.1 Nhiệm vụ của hệ thống lọc: (hình 3.14). Hệ thống lọc có chức năng lọc các chất bẩn dầu. Có nhiều loại và kích cỡ bộ lọc khác nhau. Bộ
21. phận lọc chủ yếu trong hệ thống lọc là phần tử lọc, khi dầu đi qua các chất bẩn sẽ bị giữ lại. Ngoài ra còn có một van nối tắt, khi van này mở thì dầu đi qua trực tiếp, không lọc được. Hình 14 – Kết cấu của bộ phận lọc. 3.4.6.2 Cấu trúc của hệ thống lọc: 3.4.6.2.a Vật liệu lọc Có 3 loại vật liệu lọc thường dùng, đó là màng kim loại, chất dễ thấm và chất hấp thụ. + Màng kim loại: dù được dệt dày nhưng chúng cũng chỉ lọc được những hạt kim loại tương đối thô, không hòa tan. + Chất dễ thấm: sử dụng bông vải, bột gỗ, sợi hoặc giấy đã qua xử lý. Loại này lọc được những chất bẩn nhỏ hơn và một số có khả năng tách được nước và chất bẩn hòa tan trong nước. + Chất hấp thụ: dùng chất hấp thụ như than hoạt tính. Loại này không dùng trong hệ thống thủy lực vì ngoài việc hấp thụ chất bẩn có trong dầu, còn hấp thụ luôn cả chất phụ gia trộn trong dầu để chống lại sự mài mòn. 3.4.6.2.b Các loại phần tử lọc: Có 3 phần tử lọc cơ bản: kiểu bề mặt, kiểu cạnh và kiểu chiều sâu. + Phần tử lọc trong: thuộc kiểu bề mặt, được làm bằng vải dày hoặc giấy đã qua xử lý. Dầu sẽ chảy qua các lỗ nhỏ của phần tử lọc còn chất bẩn sẽ bị giữ lại. + Phần tử lọc kiểu cạnh: dầu sẽ chảy qua khoảng trống giữa giấy hoặc các đĩa kim loại. Mức độ lọc được xác định bằng khe hở giữa các đĩa. + Phần tử lọc kiểu chiều sâu: gồm các bông vải hoặc nỉ dày. 3.4.6.2.c Vị trí của hệ thống lọc:
22. Có thể chia ra làm 2 mức độ lọc là: + Lọc tinh: lọc tinh thường đặt trên đường ống dầu trở về (hình 3.15 ). Tại đây bộ lọc sẽ giữ lại các chất bẩn và các sản phẩm của quá trình mài mòn trong dầu trước khi dầu trở lại thùng chứa. Chú ý khi dầu đi qua bộ lọc thì áp suất dầu sẽ bị suy Hình 3.15 – Sơ đồ bố trí của bộ lọc. giảm. Sự suy giảm áp suất ở bộ lọc tinh sẽ lớn hơn lọc thô, vì vậy khi thiết kế nên để ý điều này. + Lọc thô: được đặt trên đường ống nạp dầu vào máy bơm. Không nên dùng lọc tinh ở đây vì có thể gây ra tình trạng ‘’thiếu dầu’’ của máy bơm. Khi dầu đi qua bộ lọc thô thì áp suất suy giảm không đáng kể. 3.4.7 Thùng chứa dầu: Thùng chứa dầu có 2 chức năng: lưu trữ và điều hòa dầu trong hệ thống. Các bộ lọc có nhiệm vụ tách chất bẩn trong dầu để khỏi gây nghẹt dẫn đến sự phá hủy hệ thống. Việc thiết kế thùng chứa dầu dễ dàng nếu như ta không bị ràng buộc về giới hạn không gian, về trọng lượng và ta có thể chọn vị trí lắp đặt theo ý muốn. Thùng chứa dầu thủy lực có cấu tạo hợp lý, ngoài việc cung cấp đủ dầu cho bơm còn phải có các khả năng sau: ♦ Tỏa nhiệt tốt. ♦ Tách được không khí ra khỏi dầu. ♦ Nhận biết được sự ô nhiễm trong dầu. Một số vấn đề liên quan đến việc thiết kế bình chứa dầu: 3.4.7.1 Hình dạng: Về hình dạng, bình chứa cao và hẹp tốt hơn là nông và rộng. Cùng dung tích nhưng bình cao và hẹp sẽ có mực dầu cao hơn bình nông và rộng. Để tránh sự xoáy lốc của dầu ta nên để mức dầu trong bình cao hơn cửa ống nạp của bơm,
23. nếu có sự xoáy lốc của dầu ở trong đường ống nạp thì sẽ có không khí đi vào hệ thống. Điều này sẽ dẫn đến khả năng truyền công suất sẽ giảm vì không khí bị nén, và hơn nữa không khí sẽ làm giảm khả năng bôi trơn của dầu. 3.4.7.2 Kích thước: Thùng chứa dầu có kích thước lớn sẽ có khả năng làm mát dầu cao do diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí lớn nên việc tản nhiệt dễ dàng hơn. Thùng chứa lớn thì sự tuần hoàn dầu cũng ít hơn nên các chất bẩn dễ lắng đọng. Kích thước của thùng chứa dầu cũng phải đủ để chứa dầu khi tất cả các piston trở về vị trí ban đầu và khoảng trống đủ cho sự dãn nở của dầu khi tăng nhiệt độ. + Đối với các máy móc tĩnh thường hay áp dụng qui tắc dung tích thùng chứa phải bằng 2 hoặc 3 lần lưu lượng dầu được bơm sẽ bơm ra trong 1 phút. + Đối với các máy móc động như hệ thống thủy lực trên ôtô thì qui tắc trên ít khi sử dụng mà dung tích của thùng chứa được chọn theo kinh nghiệm. 3.4.7.3 Vị trí: Thùng chứa đặt lên phía trên bơm chiếm tỉ lệ khá cao trong các hệ thống thủy lực. Với cách lắp đặt này thì cửa nạp của bơm luôn đầy dầu làm khả năng có khoảng trống trong bơm. Khi có khoảng trống trong bơm thì khả năng ăn mòn kim loại sẽ xảy ra. Dầu trong ống nạp cũng có thể gây ra sự xoáy lốc dầu ở cửa nạp. 3.4.7.4 Tấm ngăn: Trong thùng chứa có bố trí một số tấm ngăn. Chiều cao tấm ngăn khoảng bằng 2/3 mực dầu. Các tấm ngăn có 2 tác dụng: ♦ Ngăn không cho dầu trên đường ống không trở về đi ngay vào bơm. Có tấm ngăn thì dầu trở về sẽ tản ra phía vách thùng chứa, nhiệt độ sẽ giảm thấp trước khi hòa vào lượng dầu có sẵn trong thùng. ♦ Tránh sự tung tóe dầu bên trong thùng chứa khi hệ thống đang hoạt động 3.4.7.5 Nắp thùng dầu: Nắp thùng chứa thường có lỗ thông hơi, trên nắp có bộ lọc để ngăn không cho bụi lọt vào cùng không khí. Một số thùng chứa không dùng lỗ thông hơi mà thay thế là van điều khiển. Van sẽ tự động đưa không khí lọc vào thùng chứa nhưng không cho không khí đi ra ngoài cho đến khi áp suất trong thùng đạt đến giá trị xác định trước.
24. Hình 3.16 – Kết cấu của thùng dầu 3.4.8 Thiết kế thân máy: Trên hình (3.17) trình bày sơ đồ phân loại thân máy ép thủy lực. Tiêu chuẩn đầu tiên được dùng để phân loại là hướng chuyển động của dụng cụ công tác: kiểu nằm ngang, kiểu thẳng đứng hoặc kiểu hỗn hợp (dụng cụ công tác dịch chuyển theo phương nằm ngang và phương thẳng đứng, theo phương thẳng đứng và phương nghiêng ). Các máy ép kiểu đứng còn phân loại tiếp, theo hướng tác động của lực công tác (hướng lên trên hoặc xuống dưới), loại máy ép có dẫn động trên hoặc dẫn động dưới. Hình 3.17 – Sơ đồ phân loại thân máy ép thủy lực. Người ta cũng phân biệt các loại khung: một trụ, hai trụ, kiểu cột (hai cột, ba cột, bốn cột và nhiều cột), kiểu kết cấu đặc biệt.
25. Mỗi thân máy ép có thể lại là kiểu hàn liền hoặc kiểu lắp ghép, kiểu được đúc (thép 35П) hoặc được hàn (thép CT3). Các thân máy ép cỡ lớn có khi làm bằng bê tông cốt thép. Để gia công các chi tiết có kích thước lớn, người ta sử dụng các thân máy kiểu tổ hợp từ nhiều các thân máy một trụ, hai trụ, hoặc từ nhiều thân ghép nối với nhau. Phụ thuộc vào chức năng công nghệ của máy ép và số lượng các chi tiết phải gia công mà kết cấu thân máy có thể thay đổi. Việc tính toán các thân kiểu cột có đặc điểm riêng. Tính toán các thân kiểu đứng của máy ép cũng như việc tính toán của thân kiểu hai trụ (chiều cao của thân được lấy bằng độ dài của cột giữa các mặt phẳng trong của xà ngang). Đối với máy ép kiểu đứng, nếu ta tính thân theo tải nằm ngang sẽ không hợp lý vì các cột có độ cứng vững nhỏ so với độ cững vững của xà ngang. Thường thì các cột chịu tác động của tải nằm ngang, được xem như là dầm, mà các đầu mút được cố định chặt ở các xà ngang cố định. Đồng thời giả sử có tải đều tác dụng lên các cột (có thể có sự không đều của tải ở thời điểm ban đầu, nhưng sau đó sẽ được san bằng đều, vì có sự phân bố lại tải). Ứng suất ở các cột là: N M x  max   F Wu Trong đó: σ max - ứng suất lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm; [σ] - ứng suất cho phép của tiết diện; N - lực nén thanh chịu tác dụng; F - diện tích tiết diện nguy hiểm; Mu - mômem uốn theo phương x của thanh; Wu - môduyn chống uốn của tiết diện. Như vậy ở đây ta cần phải đi giải bài toán sức bền để kiểm tra độ bền của thân máy ép. Ta xem
26. thân máy ép như một thanh thẳng chịu uốn và nén đồng thời. Dưới đây là các biểu đồ xây dựng từ giả thiết: Đơn giản hóa kết cấu thân máy, ta được biểu đồ sau: (hình 2.18) Hình 2.18 – Sơ đồ đơn giản hóa kết cấu thân máy ép * Biểu đồ nội lực trên thân máy: a) b) Hình 2.19 – Biểu đồ nội lực của thân máy ép. a) Biểu đồ lực dọc Nz (N). b) Biểu đồ lực cắt Q (N).
27. a) b) Hình 2.20 – Biểu đồ nội lực của thân máy ép. a) Biểu đồ mômen uốn Mu (Nm). b) Biểu đồ ứng suất σ (N/m2). Ta đã xác định được ứng suất lớn nhất của thanh là tại ngàm. Đem so sánh với ứng suất cho phép của vật liệu là thép CT3: 2 σmax = 120,172500 < [σ] =160 (MN/m ). Như vậy kết cấu của khung đủ bền.
28. NHỮNG VẤN ĐỀ QUAN TRỌNG ĐỐI VỚI MÁY ÉP 5.1 Dầu thủy lực và bảo quản. 5.1.1 Dầu thủy lực: Dầu trong hệ thống thủy lực là môi trường truyền công suất. Dầu thủy lực cũng là một chất bôi trơn và làm nguội cho hệ thống. Việc chọn loại dầu thích hợp là yêu cầu quan trọng đối với sự làm việc thỏa đáng và tuổi thọ của hệ thống thủy lực. Hai yếu tố quan trọng để chọn dầu thủy lực: ● Chất phụ gia chống mài mòn : loại dầu thủy lực được chọn phải chứa các chất phụ gia cần thiết để bảo đảm đặc tính chống mài mòn cao. ● Độ nhớt : loại dầu được chọn phải có độ nhớt thích hợp để duy trì màng bôi trơn đầy đủ ở khoảng nhiệt độ làm việc của hệ thống. Những loại dầu thủy lực phù hợp ● Dầu hộp trục khuỷu : phân loại theo tính năng, kí hiệu bằng các chữ cái SC, SD hoặc SE của SAE J180. ● Dầu thủy lực chống mài mòn : không có kí hiệu phổ biến chung cho loại dầu thủy lực này. Tuy nhiên các nhà cung cấp dầu thủy lực chính đều sản xuất và cung cấp loại dầu có chất lượng chống mài mòn này. ● Những loại dầu qui định khác của sản phẩm dầu mỏ, thích hợp đối với các hệ thống thủy lực, nếu chúng đáp ứng được những tính chất sau: a) Có đúng chủng loại và hàm lượng các chất phụ gia chống mài mòn dựa trên những loại dầu hộp trục khuỷu đã kí hiệu ở trên, hoặc đã qua một thử nghiệm trên bơm thủy lực tương tự loại dầu chống ăn mòn. b) Đáp ứng với các đề nghị về độ nhớt trình bày trong bảng dưới đây. c) Có tính ổn định hóa học đầy đủ, đối với quá trình hoạt động của hệ thống thủy lực. Bảng dươi đây trình bày độ nhớt yêu cầu để sử dụng đối với các thiết bị của Vickers trong những hệ thống thủy lực cơ giới và công nghiệp.
29. Phạm vi nhiệt độ hoạt động ở Kí hiệu độ nhớt theo SAE 0 0 hệ thống (t min - t max) 5W -100 F đến 1300 F (-230C đến 540C) 5W – 20 5W-30 -00 F đến 1800F (-180C đến 830C) 10W -00 F đến 2100F (-180C đến 990C) 10W – 30 -500 F đến 2100F (100C đến 990C) 20 - 20W *Nhiệt độ vận hành Nhiệt độ thể hiện ở bảng trên là nhiệt độ nguội lúc bắt đầu làm việc đến nhiệt độ tối đa khi vận hành. Những qui định khởi động thích hợp được tuân thủ để bảo đảm sự bôi trơn đầy đủ trong suốt quá trình ‘’hâm nóng’’ hệ thống trước khi chính thức hoạt động. 5.1.2 Bảo quản dầu thủy lực: Chúng ta phải luôn luôn tuân thủ các yêu cầu bảo đảm cho hệ thống sạch sẽ: + Phải làm vệ sinh lau rửa toàn bộ hệ thống để loại bỏ các chất sơn, những mảnh kim loại, các xỉ hàn . + Súc rửa, thay bộ lọc mỗi khi thay dầu để ngăn cản sự thâm nhập của chất nhiễm bẩn vào trong hệ thống. + Phải tiến hành cung cấp sự lọc sạch dầu liên tục để loại bỏ cặn bẩn và các tạp chất do sự mài mòn và ăn mòn tạo ra trong quá trình làm việc của hệ thống. + Tạo ra sự bảo vệ liên tục cho hệ thống tránh sự ô nhiễm của không khí vào hệ thống, bằng cách làm kín hệ thống và lọc sạch không khí. + Trong quá trình sử dụng chú ý đổ đúng mức dầu và bảo dưỡng các lọc dầu, lỗ thông hơi, bình chứa
30. + Sự thông khí phải thực hiện hết sức cẩn thận bằng việc thiết kế bình chứa và hệ thống một cách hợp lý đúng đắn, để bảo đảm sự thông khí của dầu thủy lực được giữ ở mức tối thiểu. 5.2 Sự rò rỉ và làm kín. 5.2.1 Sự rò rỉ: Chúng ta đã biết khi bơm truyền động cho một động cơ thủy lực có dung tích bằng nhau, động cơ thủy lực đó sẽ quay với tốc độ như tốc độ của bơm. Đương nhiên ở đây chúng ta giả thiết toàn bộ lượng dầu thủy lực đi vào bơm sẽ được phân phối đến động cơ thủy lực và tác động làm cho động cơ quay. Nhưng chúng ta biết rằng, không thể đạt được 100% hiệu quả thể tích làm việc trong hệ thống, bởi vì một lượng dầu thủy lực bị rò rỉ trong hệ thống. Một số lượng dầu được định kế hoạch hoặc thiết kế để bù cho rò rỉ, một số rò rỉ khác có thể ngoài dự định. Bất kì sự rò rỉ nào được dự tính trước hoặc là không dự tính đều làm giảm hiệu quả làm việc, gây ra tổn thất công suất. Sự rò rỉ là vấn đề chúng ta phải chấp nhận trong những hệ thống thủy lực . Đây là cái chúng ta phải trả cho những lợi ích khi có những phương pháp truyền động công suất khác nhau. * Sự rò rỉ bên trong Sự rò rỉ bên trong phải được thiết kế ở các thiết bị thủy lực để cung cấp sự bôi trơn cho các lõi van, các trục, piston, ổ bi, các cơ cấu của bơm và những bộ phận di chuyển khác của thống thủy lực. Ngoài ra, ở một số thiết bị điều khiển bù của động cơ thủy lực và bơm, một số van thủy lực, các đường ống dẫn rò rỉ được thiết kế để cung cấp sự điều khiển chính xác, tránh các piston và lõi van làm việc bị ‘’giật cục’’ hoặc dao động. Dầu thủy lực không bị mất đi ở những đường rò rỉ bên trong, luôn luôn có đường về thùng chứa thông qua ống dẫn trở về hoặc đi qua những rãnh xả đặt biệt được thiết kế trong hệ thống. Tuy nhiên, sự rò rỉ bên trong quá nhiều chắc chắn sẽ làm cho cơ cấu dẫn động làm việc chậm lại. Sự tổn thất công suất đi kèm theo nhiệt sinh ra tại các đường rò rỉ. Trong một số trường hợp, sự rò rỉ qua mức ở van có thể làm cho cylinder bị trôi dạt hoặc thậm chí gây ra sự lọt dầu thủy lực vào khi van đang ở vị trí trung hòa. Trong trường hợp van kiểm soát lưu lượng hoặc kiểm soát áp suất, sự rò rỉ thường làm giảm tác động điều khiển, hoặc có thể bị mất điều khiển.
31. Sự mài mòn thông thường sẽ làm tăng dòng rò rỉ bên trong do tạo ra đường dẫn dòng chảy lớn hơn. Dầu thủy lực có độ nhớt thấp sẽ rò rỉ nhiều hơn loại dầu nặng có độ nhớt cao. Do đó độ nhớt và chỉ số độ nhớt là sự cân nhắc quan trọng trong việc tạo ra hoặc ngăn cản sự rò rỉ bên trong. Sự rò rỉ bên trong cũng sẽ tăng lên theo áp suất, cũng như áp suất cao sẽ tạo dòng chảy lớn hơn qua ống định cỡ. Vận hành ở áp suất cao hơn áp suất qui định sẽ làm tăng thêm sự nguy hiểm do sự tạo ra nhiệt và rò rỉ qua mức ở bên trong, điều này sẽ gây ra tác động có hại cho hệ thống. Đệm kín bên trong bị vỡ rách có thể mở ra một đường dẫn dòng rò rỉ lớn làm đổi hướng toàn bộ sự phân phối của bơm. Khi điều này xãy ra, mọi thiết bị đều ngừng hoạt động ngoại trừ dòng thủy lực rò rỉ và nhiệt tạo ra ở đường ống dẫn đó. *Sự rò rỉ bên ngoài Đến thời điểm này chưa có ai tìm thấy bất kì sự hữu dụng nào đối với sự rò rỉ bên ngoài. Sự rò rỉ bên ngoài kết hợp với những tác hại của rò rỉ ben trong tạo ra các điều kiện làm việc không phù hợp. Nó tạo ra sự cố về việc giữ vệ sinh của phân xưỡng, nhà máy, sự rò rỉ bên ngoài có thể gây ra nguy hiểm, gây tốn kém. Nói ngắn gọn đây là điều không ai muốn xảy ra. Sự thiết đặt không chính xác và kỹ thuật bảo dưỡng kém là những nguyên nhân đầu tiên gây ra rỏ rỉ bên ngoài. Các mối nối có thể rò rỉ vì chúng không gá lắp chính xác với nhau, hoặc do va đập và rung động ở đường ống làm chúng rung lắc và bị lỏng cac mối nối. Để ngăn chặn điều này, chúng ta có thể sử dụng những giá đỡ đường ống thích hợp. Bản thân các thiết bị thủy lực ít khi bị rò rỉ nếu chúng được lắp ráp và thiết đặt một cách chính xác. Tuy nhiên, nếu có sự hư hỏng ở đường ống xả, áp suất tăng qua mức, hoặc có sự nhiễm bẩn có thể làm cho các đệm kín bị rách vỡ, bị thổi lủng và gây ra sự rò rỉ bên ngoài của thiết bị thủy lực. 5.2.2 Sự làm kín: Sự làm kín, theo quan niệm rộng nhất là tất cả những công việc chúng ta thực hiện để giữ dầu thủy lực nguyên trong các đượng ống dẫn của nó, duy trì áp suất
32. dòng chảy và giữ các vật liệu lạ hoặc bụi bẩn không cho xâm nhập vào hệ thống thủy lực. Khi chúng ta muốn ngăn cản hoàn toàn sự rò rỉ, cần sử dụng phương pháp làm kín tuyệt đối. Còn phương pháp làm kín không tuyệt đối là kiểu làm kín cho phép một ít sự rò rỉ để bôi trơn. Trong hầu hết các thiết bị thủy lực của chúng ta, sự làm kín không tuyệt đối thường được thực hiện bằng cách lắp ráp các chi tiết gần sát với nhau. Lực của màng dầu mỏng mà chi tiết trượt lên sẽ làm tạo ra sự đệm kín hiệu quả đối với loại đệm kín tuyệt đối, chúng ta phải cung cấp loại vật liệu hoặc bộ phận làm kín thật sự. Những thiết bị, vật liệu ứng dụng làm kín thường được phân thành 2 loại, đệm kín tĩnh và đệm kín động, tùy theo các thiết bị được làm kín di chuyển tương đối với chi tiết khác. *Các loại đệm kín tĩnh Đệm kín tĩnh thường được đặt giữa các bộ phận không di chuyển tương đối với nhau. Những loại đệm kín và găng làm kín là những loại đệm kín tĩnh, chúng thường được sử dụng để làm kín các mối liên kết giữa các chi tiết. Các loại đệm kín ở ren ống pipe, các vòng đệm kín sử dụng với khớp nối ống tube, các đệm kín ở đầu nắp chụp van và nhiều loại đệm kín khác gắn trên các bộ phận không chuyển động được phân loại là những đệm kín tĩnh. *Các loại đệm kín động Loại đệm kín động được ứng dụng ở những nơi có sự chuyển động tịnh tiến, hoặc chuyển động quay giữa 2 chi tiết được làm kín với nhau. Ví dụ, đệm kín giữa piston và ống lót trong cylinder thủy lực và đệm kín trên trục truyền động ở bơm hay động cơ thủy lực. Các loại đệm kín động rất nhiều loại và rất khác nhau, yêu cầu phải có một kiến thức chuyên sâu về những loại đệm này. *Những loại vật liệu làm kín Những loại vật liệu làm kín đầu tiên đối với các thiết bị thủy lực chủ yếu là da thuộc, lie và các loại sợi tẩm. Điều này có thể làm ngạc nhiên chúng ta, vì hiện nay chỉ trông thấy những thiết bị đệm kín được trưng bày là những loại vòng đệm chữ O, vòng đệm chữ T và các loại đệm kín gờ. Những loại đệm kín này chỉ được
33. chế tạo nhờ sự phát triển của cao su nhân tạo hay cao su tổng hợp trong thời gian Chiến tranh Thế giới II. Loại cao su thiên nhiên không thích hợp với các sản phẩm dầu mỏ, do bị dãn nở và phồng rộp trong môi trường dầu mỏ. Cao su tổng hợp hoặc elastomer là loại vật liệu có nhiều chức năng hợp thành chúng thích hợp với điều kiện, trạng thái cần làm kín. Hầu hết những loại vật liệu làm kín chúng ta đang xem xét trong hệ thống thủy lực hiện nay đều được chế tạo bằng một trong những loại vật liệu tổng hợp này: Nitril (buna N), Silicon, Neoprene, Teflon, Butyl. 5.2.3 Ngăn ngừa rò rỉ: Có 3 yếu tố chung tham dự vào quá trình ngăn ngừa sự rò rỉ. Kết cấu làm giảm đến mức tối thiểu sự rò rỉ, kiểm soát các điều kiện vận hành và lắp đặt chính xác. *Dạng cấu tạo chống rò rỉ Việc sử dụng ren thẳng, mặt bích và gắn tấm đệm kín góp phần làm giảm rất nhiều sự rò rỉ bên ngoài đặt biệt là với các đệm chế tạo sau này. Hiện nay, hầu hết các mối nối liên kết sử dụng vòng đệm kín chữ O, loại này ít có xu hướng rò rỉ hơn là loại tấm đệm hoặc là các ren ống được làm côn. Những loại van được gắn ở phía lưng cũng được làm kín bằng vòng đệm chữ O hơn là các tấm đệm. Các ống pipe nối vào các tấm phẳng mặt bích là cố định, việc sử dụng băng teflon sẽ làm giúp cho mối liên kết chắc chắn hơn, tránh được sự rò rỉ. Khi lắp ráp thêm bộ phân phối chúng ta sẽ giảm được nhiều hơn khả năng rò rỉ. Bộ phân phối là một khối phẳng được gắn trong thiết bị thủy lực, khối này có các đường dẫn nối liền với nhau giữa các van, do đó sẽ loại bỏ được nhiều đường ống dẫn. Nếu có chỗ để gắn một bộ phân phối van trên thiết bị máy, những mạch thủy lực phức tạp được đơn giản hóa, với ít đường nối ở bên ngoài hơn, chỉ cần đường ống áp suất trở về và các đường ống đến cơ cấu tác động. *Các điều kiện vận hành Kiểm soát được các điều kiện vận hành là điều rất quan trọng đối với tuổi thọ của đệm kín. Một đệm kín ở trục hoặc đệm kín của thanh đẩy piston tiếp xúc với môi trường không khí sẽ làm cho tuổi thọ bị rút ngắn một cách đáng kể nếu môi trường hơi ẩm, muối, bụi bẩn hoặc các chất ô nhiễm làm mài mòn đệm kín. Nếu không thể bảo vệ được đệm kín khỏi môi trường làm việc không thỏa đáng, thì đó là điều đáng ngại cho các thiết bị.
34. 5.3 Khớp nối thủy lực. Khớp nối được chế tạo từ gang dẻo hoặc thép rèn, không được phép dùng gang xám. Chúng có thể được làm ren hoặc là gắn mặt bích để sử dụng với đường ống dẫn, chúng cũng có thể gắn bích hoặc dùng mối ghép loại ép căng để sử dụng với loại ống tube. Những loai khớp nối sử dụng sức ép có thể được làm loe miệng hoặc là loại cặp chặn vào. Do các mối nối của ống dẫn làm bằng ren, nên chúng dễ bị rò rỉ, vì thế nên tránh dùng các khớp nối, nếu có thể trên hầu hết các thiết bị hiện đại. Tuy nhiên, nếu phải sử dụng khớp nối ren với đường ống, các đường ren phải được cắt ren với ống, các đường ren phải được lắp ráp với hỗn hợp bảo vệ để làm kín mối nối và bảo vệ các đường ren không bị gỉ sét. Các khớp nối mặt bích có thể được làm ren hoặc là hàn với các đầu ống. Các mặt bích lắp ráp thường sử dụng loại đệm kín bằng loại vật liệu mềm hơn để đảm bảo mối liên kết kín khít, không bị rò rỉ. Dưới đây là hình ảnh của một số khớp nối sử dụng trong máy ép thủy lực được thiết kế. a) b) c) Hình 5.1 – Một số loại khớp nối 5.4 Biến dạng đàn hồi trong hệ thống của các máy ép thủy lực: Khi máy ép thực hiện các nguyên công công nghệ thì trong máy có tích tụ một lượng năng lượng biến dạng đàn hồi trong các chi tiết kim loại và chất lỏng.
35. Trong một số trường hợp, năng lượng tích tụ trong hệ thống của máy ép thủy lực (năng lượng này sẽ mất đi sau khi máy thực hiện hành trình công tác) sẽ gần bằng hoặc là lớn hơn so với công có ích mà máy ép thực hiện. Ta cần xác định thể tích chất lỏng, trị số của hành trình của piston và lượng năng lượng tích tụ (làm biến dạng các chi tiết kim loại và chất lỏng). Trên hình trình bày sơ đồ tính toán của máy ép. Độ cứng của xà ngang trên và dưới được lấy bằng lớn vô cùng. Bỏ qua gia tốc tương đối trong các hướng vuông góc với hướng tác động của các lực mà các lực này không có ý nghĩa thực tế, ta nhận được: - Lượng thay đổi thực tế cylinder do có sự tăng đường kính trong của nó dưới tác dụng của áp suất chất lỏng:  c V t D 2 L 1 2E  D  vì  t ; D t D ; t E D E D nên V D L 1 2 Hình 5.2 – Sơ đồ tính toán máy ép - Sự tăng thể tích cylinder do bị kéo dài theo chiều trục của nó: pF 2 L V 2 . E Fc  L pF vì  E L EFc pF Suy ra L .L EFc - Thể tích phụ thêm của chất lỏng trong cylinder bù cho lượng ép của cán hoặc piston: 2 pF L V3 . E Fc Trong đó: ΔD – lượng thay đổi (gia số) đường kính cylinder;
36. ΔL – gia số chiều dài cylinder; c  t – ứng suất tiếp tuyến trên thành bên trong của cylinder; E – môđun đàn hồi của thép; D – đường kính trong của cylinder; L – chiều dài cylinder công tác; p – áp suất cao của chất lỏng công tác; F – diện tích bên trong của cylinder công tác; Lπ – chiều dài của cán piston hoặc piston; Fcπ – diện tích tiết diện của cán hoặc piston - Lượng biến đổi tổng cộng của thể tích các đường ống và cylinder, do có sự tăng đường kính trong của chúng, được xác định theo biểu thức: 2 V  cV  TV 4 E t c t T T trong đó:  t - là ứng suất tiếp tuyến trong đường ống dẫn; Vc và VT là thể tích bên trong của các cylinder và đường ống (với chiều dài Lm). - Thể tích phụ thêm của chất lỏng trong cylinder bù do lượng dãn dài của các cột: 2 pF Lk V5 . E Fk trong đó: Lk và Fk - là chiều dài và diện tích các cột. -Thể tích bù cho sự nén của chất lỏng trong đường ống và trong cylinder: p V6 VT V0 Vx V p El trong đó: El – môđun đàn hồi của chất lỏng (trong các điều kiện thực tế thì trong cylinder không phải là chất lỏng nguyên chất, mà là hỗn hợp của chất lỏng và hơi khí, môđun đàn hồi của hỗn hợp này nhỏ hơn nhiều so với El); V0 – thể tích có hại của cylinder có nghĩa là thể tích chất lỏng công tác trong cylinder khi xà ngang di động ở vị trí tận cùng;
37. Vx và Vp – là thể tích gây ra bởi hành trình không tải và hành trình công tác của piston. Thể tích của chất lỏng công tác cần thiết để bù cho lượng biến dạng của các phần kim loại và chất lỏng: 2 2 T c pF L Lk L p Vb  t VT  t Vn ( ) VT V0 Vx V p E E Fc Fk Fc. El Chiều dài hành trình của piston cần thiết để bù cho sự thay đổi thể tích gây ra bởi sự biến dạng của các phần kim loại và chất lỏng: V L b b F Thế năng tích tụ trong hệ thống thủy lực: pH Lb u ; pH – lực ép định mức của máy ép 2