ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
MÁY ÉP VỎ LON NHÔM THÀNH KIỆN CẤP LIỆU TỰ ĐỘNG
NĂNG SUẤT 20 KIỆN/GIỜ
(STUDY AND CALCULATION FOR THE DESIGN OF A BAILING MACHINE WITH AN AUTOMATIC FEEDER, PRODUCING 20 BALES PER HOUR)
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.. ii
MỤC LỤC.. iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.. v
DANH SÁCH HÌNHẢNH.. vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU.. ix
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁI CHẾ NHÔM VÀ MÁY ÉP VỎ LON.. 1
1.1 Giới thiệu ngành tái chế nhôm.. 1
1.2 Một số loại máy ép đóng kiện vỏ lon. 3
1.3 Kết luận. 7
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP. 8
2.1. Phân tích đặc điểm phôi và sản phẩm.. 8
2.2 Phân tích và đề xuất các phương án thiết kế. 10
2.3 So sánh, đánh giá các phương án thiết kế. 13
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CÔNG TÁC.. 14
3.1 Tính lực ép theo các phương. 14
3.2 Thiết kế các khuôn ép. 16
3.3 Thiết kế cơ cấu lấy sản phẩm.. 19
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC.. 27
4.1 Thiết kế mạch thủy lực. 27
4.2 Tính chọn xylanh thủy lực. 29
4.3 Tính toán kích thước ống dẫn dầu. 37
4.4 Chọn các van thủy lực. 44
4.5 Tính chọn bơm thủy lực và động cơ kéo bơm.. 48
4.7 Tính toán dung tích bể chứa dầu. 52
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ KẾT CẤU THÂN MÁY VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ.. 54
5.1 Tính toán các chi tiết giá đỡ xylanh nắp. 54
5.2 Thiết kế kết cấu thân máy. 61
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP LIỆU.. 66
6.1 Tính toán thiết kế băng tải vận chuyển vật liệu. 66
6.2 Tính toán máy tách vật liệu kích thước nhỏ. 81
CHƯƠNG 7. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG THỦY LỰC.. 90
7.1. Yêu cầu mạch điều khiển. 90
7.2 Thiết kế mạch. 91
7.3 Hướng dẫn vận hành và bảo trì hệ thống thủy lực. 95
PHỤ LỤC.. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 103
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài “Nghiên cứu tính toán thiết kế máy ép vỏ lon nhôm thành kiện cấp liệu tự động, năng suất 20 kiện/ giờ” bao gồm các nội dung chính sau:
1. Tìm hiểu tổng quan về máy sẽ thiết kế về chức năng, kết cấu chung, truyền động công suất dựa trên các loại máy tương tự đã có trên thị trường. Tìm hiểu các quy trình tái chế vỏ lon, phân loại và lọc sạch tạp chất trước khi ép thành kiện và vận chuyển.
2. Đưa ra các phương án thiết kế máy ép, đánh giá các yêu cầu và chọn phương án hiệu quả nhất, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Kết quả của bước này là đưa ra được sơ đồ nguyên lí ứng với hệ thống đã chọn.
3. Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí máy ép và hệ thống cấp liệu bao gồm: cơ cấu chấp hành, hệ thống truyền động, thân máy và các kết cấu phụ khác,...Từ các tính toán ta được ra được các bản vẽ lắp chung của hệ thống và từng máy, cụm máy trong hệ thống.
4. Thiết kế mạch thủy lực điều khiển các cơ cấp chấp hành, tính toán chọn các phần tử trong mạch như van, bơm, ống dẫn dầu và tính toán sơ bộ thể tích trạm nguồn.
5. Thiết kế hệ mạch PLC để điều khiển các cơ cấp chấp hành và cơ cấu cấp liệu hoạt động theo tuần tự mong muốn của quy trình ép vỏ lon.
6. Đưa ra một số hướng dẫn về vận hành, bảo trì hệ thống.
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Quy trình tái chế vỏ lon nhôm.. 2
Hình 1.2 Kiện sản phẩm sau khi ép. 3
Hình 1.3 Mô tả hoạt động chung của máy ép kiện. 4
Hình 1.4 Dòng máy ép RVB của ROTEC.. 5
Hình 1.5 Máy ép kiện ngang buộc dây tự động của ROTEC.. 6
Hình 1.6 Máy ép kiện nằm ngang 2E9TMH của Sumac. 6
Hình 2.1 Các kích thước của vỏ lon nhôm.. 8
Hình 2.2 Quy cách kiện sau khi ép. 9
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí phương án 1. 10
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí phương án 2. 11
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lí phương án 3. 12
Hình 3.1 Kết cấu sơ bộ nắp buồng ép. 16
Hình 3.2 Các kích thước chính của nắp ổ. 18
Hình 3.3 Kết cấu khuôn ép dọc. 18
Hình 3.4 Kết cấu khuôn ép ngang. 19
Hình 3.5 Chi tiết đòn bẫy sản phẩm.. 19
Hình 3.6 Sơ đồ tính toán vòng kẹp đòn bẫy. 20
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lí cơ cấu lấy sản phẩm.. 21
Hình 3.8 Sơ đồ tính toán cơ cấu đẩy sản phẩm.. 21
Hình 3.9Sơ đồ tính toán lực cụm lật22
Hình 3.10 Sơ đồ tính toán lực khâu AB (cụm truyền lực)22
Hình 3.11 Sơ đồ tính toán lực khâu BC (cụm truyền lực)22
Hình 3.12 Sơ đồ lực tác dụng lên trục truyền. 23
Hình 3.13 Biểu đồ momen trục đỡ. 24
Hình 3.14 Gối đỡ UCP209 của hãng SKF. 26
Hình 4.1 Mạch thủy lực máy ép vỏ lon nhôm.. 28
Hình 4.2 Đặc tính lưu lượng – áp suất của mạch cố định công suất có bù áp. 28
Hình 4.3 Sơ đồ lực tính toán xylanh nắp buồng ép. 29
Hình 4.4 Sơ đồ biến dạng uốn dọc cần piston xylanh nắp. 30
Hình 4.5 Sơ đồ tính toán xylanh ép dọc. 31
Hình 4.6 Sơ đồ biến dạng uốn dọc cần piston ép dọc. 32
Hình 4.7 Sơ đồ tính toán xylanh ép ngang. 33
Hình 4.8 Sơ đồ tính đường kính cần piston cơ cấu đẩy sản phẩm.. 35
Hình 4.9 Van giới hạn áp suất BT-03-32 của hãng Yuken. 44
Hình 4.10 Van giới hạn áp suất CG-03-B-10 của hãng EATON.. 45
Hình 4.11 Van phân phối S-DSG-01-3C2-D24-70 của hãng Yuken. 46
Hình 4.12 Dòng van B của Bosch Rexoth. 46
Hình 4.13 Van tiết lưu SRCT-06-50 của hãng Yuken. 47
Hình 4.14 Van cân bằng MHA-01-H-30 của hãng Yuken. 47
Hình 4.15 Van hãm 1CE90 của hãng EATON.. 48
Hình 4.16 Bơm A56-E-R09-21M-K-32 của hãng Yuken. 50
Hình 4.17 Bơm bánh răng 26004. 51
Hình 4.18 Các thành phần chính của trạm nguồn thủy lực. 52
Hình 5.1 Kết cấu bệ đỡ thân xylanh. 54
Hình 5.2 Các kích thước chính của nắp ổ. 55
Hình 5.3 Sơ đồ lực tác dụng lên mối ghép. 56
Hình 5.4 Sơ đồ tính toán bulong ghép giá đỡ. 58
Hình 5.5 Sơ đồ lực tác dụng lên mối hàn. 60
Hình 5.6 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung máy. 61
Hình 5.7 Sơ đồ lực và biểu đồ momen cho kết cấu chịu uốn. 62
Hình 5.8 Mối ghép giữa tấm ốp và khung máy. 63
Hình 5.9 Sơ đồ tính mối ghép hàn. 64
Hình 6.1 Sơ đồ dẫn động băng tải vận chuyển. 66
Hình 6.2 Kích thước và bố trí các con lăn tạo lòng máng. 68
Hình 6.3 Biểu đồ lực căng băng. 70
Hình 6.4 Động cơ giảm tốc F3S30N025. 73
Hình 6.5 Băng tải tách từ tính dòng SPM của hãng Kanetec. 77
Hình 6.6 Kết cấu khung đỡ băng tải78
Hình 6.7 Sơ đồ tính toán khung băng tải78
Hình 6.8 Sơ đồ tính phản lực tại các liên kết79
Hình 6.9 Sơ đồ dẫn động máy phân tách vật liệu. 81
Hình 6.10 Sơ đồ lực tác dụng lên trục. 86
Hình 6.11 Biểu đồ momen uốn và momen xoắn trên trục. 87
Hình 6.12 Kết cấu trục bánh gạt88
Hình 7.1 Sơ đồ trạng thái các xylanh thủy lực. 90
Hình 7.2 Lưu đồ Grafcet điều khiển các xylanh. 92
Hình 7.3 Địa chỉ và sơ đồ đấu dây ngõ vào của PLC.. 92
Hình 7.4 Địa chỉ và sơ đồ đấu dây ngõ ra của PLC.. 93
Hình 7.5 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ băng tải93
Hình 7.6 Sơ đồ mạch logic PLC.. 94
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật các dòng sản phẩn RVB.. 5
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật dòng máy ép RHB của ROTEC.. 6
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy ép 2E9TMH.. 7
Bảng 3.1 Lực ép và hành trình ép. 15
Bảng 3.2 Thông số nắp ổ. 18
Bảng 4.1 Thời gian vận hành trên lí thuyết của các xylanh. 27
Bảng 4.2 Lưu lượng cấp cho các xylanh. 43
Bảng 4.3 Khoảng kích thước các ống dẫn dầu cho xylanh. 44
Bảng 4.4 Khoảng kích thước các ống hút cho bơm.. 44
Bảng 4.5 Độ mất áp lớn nhất của hệ thống. 49
Bảng 6.1 Hệ số ma sát của một số cặp vật liệu [14]67
Bảng 6.2 Thông số băng vật liệu dệt của Heesung. 71
Bảng 6.3 Thông số Động cơ giảm tốc F3S30N025. 73
Bảng 6.4 Thông số băng tải tách vật liệu từ tính. 77
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁI CHẾ NHÔM VÀ MÁY ÉP VỎ LON
1.1 Giới thiệu ngành tái chế nhôm
1.1.1 Tầm quan trọng của ngành tái chế nhôm
Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ ba, chỉ xếp sau Oxy và Silic và chiếm khoảng 8% trọng lượng Trái Đất. Trong đời sống nhôm thường được gọi là hợp kim nhôm. Nhôm không nhiễm từ và có tính dẫn nhiệt cao. Thêm vào đó, nó cũng có khả năng chống ăn mòn. Vật liệu này có thể dễ dàng gia công, hàn, hợp kim, đúc, uốn cong và côn. Do đó, nhôm được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các vật dụng gia dụng; ô tô, máy bay, đóng tàu, đóng hộp; và các sản phẩm điện tử. Đặc biệt, nó không bị xuống cấp khi sử dụng lại.
Phế liệu nhôm khi thải ra môi trường không qua xử lý sẽ làm ô nhiễm đất, nước làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người và các loài sinh vật. Vì vậy thu gom và tái chế chúng sẽ góp phần hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường, bảo vệ cuộc sống của chính chúng ta.
So với việc tinh luyện nhôm mới từ quặng bô-xít thì việc tái chế chỉ có 5% lượng CO2 thải ra môi trường xuyên suốt quá trình đó. Bên cạnh đó, sản xuất nhôm sử dụng nhiều điện năng và cần vốn đầu tư lớn. Trung bình chi phí đầu nhà máy điện phân nhôm cần tốn đến 4500 – 5000 USD/ tấn công suất. Trong khi đó, điện năng cần trong quá trình điện phân tiêu hao đến khoảng 13.000 – 14.000 USD/kWh/tấn công suất. Do vậy, không thể phủ nhận lợi ích về mặt tài nguyên và môi trường từ việc sử dụng nhôm phế liệu. Ngoài ra, khi sử dụng nhôm tái chế sẽ góp phần hạn chế việc các mỏ khai thác khoáng sản. Từ đó, giúp tiết kiệm tài nguyên tự nhiên, giảm thiểu sự tàn phá môi trường đất.
Hiện nay, chúng ta chưa có con số chính thức về vấn đề thu mua phế liệu nhôm và tái chế ở Việt Nam. Tuy nhiên, theo đánh giá sơ bộ từ các làng nghề có tới 96% lượng phế liệu kim loại được tái chế. Nó đem đến tổng số là hơn 700.000 tấn sản phẩm hàng năm.
1.1.2 Quy trình tái chế vỏ lon nhôm
Người ta ước tính rằng khoảng 180 tỷ lon nhôm được sử dụng mỗi năm trên khắp thế giới. Với lượng nhôm được sử dụng nhiều như vậy, điều quan trọng là tất cả nhôm phải được tái chế để sử dụng trong tương lai. Quá trình tái chế không chuyển hóa các nguyên tố, nhôm có thể được tái chế vô hạn định và được sử dụng để sản xuất bất kỳ sản phẩm nào với chất lượng mà không hề thua kém nhôm mới.
Quy trình tái chế vỏ lon nhôm:
Bước 1: Nhôm phế liệu được thu thập từ những cơ sở thu mua phế liệu về nhà máy tái chế phế liệu nhôm.
Bước 2: Sau khi nhập hàng phế liệu nhôm về xong tất cả các loại nhôm phế liệu sẽ được đem đi phân loại theo và được cắt thành những mảnh nhỏ có kích thước khác nhau để có thể giảm bớt thể tích và dễ dàng cho việc phân loại tái chế.
Bước 3: Tiến hành làm sạch những mảnh nhôm phế liệu này có thể bằng phương pháp hóa học hoặc cơ học.
Bước 4: Các khối nhôm sau khi được phân loại và làm sạch, sẽ được cho vào lò nung với nhiệt độ khoảng 750 độ C để nấu thành nhôm nóng chảy.
Bước 5: Tiến hành loại bỏ đi cặn bã và tạp chất. Sau đó cho nhôm chảy vào khuôn để tạo ra sản phẩm mới theo nhu cầu sử dụng.
Hình 1.1 Quy trình tái chế vỏ lon nhôm
1.1.3 Đặc điểm và ý nghĩa của việc đóng kiện vỏ lon nhôm phế liệu
Từ quy trình quy trình tái chế vỏ lon nhôm, ta thấy việc ép những vỏ lon nhôm rời rạc thành các kiện là công đoạn đầu tiên và rất quan trọng trong quy trình tái chế nhôm phế liệu hiện nay. Các vỏ lon nhôm sẽ được các cơ sở thu mua phế liệu thu thập và tiến hành ép thành các kiện có kích thước và khối lượng khác nhau để cung cấp cho các công ty tái chế.
Quy cách về kích thước và khối lượng của một kiện nhôm tùy thuộc vào nhu cầu khách hàng và cách thức vận chuyển của từng cơ sở cũng như loại máy ép hiện có hoặc tham chiếu theo: 350x350x350 (mm), 400x400x400 (mm), 600x600x600 (mm), 750x750x1100 (mm). Khối lượng của mỗi kiện dao động từ 20 – 60kg.
Hình 1.2Kiện sản phẩm sau khi ép
Lon nhôm rỗng chiếm rất nhiều thể tích nên cần phải ép để giảm thể tích dễ dàng cho quá trình vận chuyển và hạn chế diện tích tiếp xúc với không khí để làm giảm quá trình oxi hóa khi để ngoài môi trường.
Chi phí vận tải chiếm hơn 70% trong chi phí Logistics, các vỏ lon nhôm chưa qua xử lí sẽ chiếm rất nhiều không gian vì các vỏ là các mặt trụ tiếp xúc với nhau nên còn rất nhiều khoảng trống khi xếp chúnng lại với nhau gây nên việc khó đóng gói và vận chuyển khá cồng kềnh, vì vậy cần có các phương án để tối ưu hóa công việc này. Công đoạn ép vỏ lon bia, chai nhựa thành kiện giúp phế liệu nhỏ gọn lại tiết kiệm không gian lưu trữ, dễ xếp, dễ vận chuyển hơn, dễ bốc xếp hơn, Từ đó, sẽ giảm số lần vận chuyển cũng như giảm kích thước phương tiện vận chuyển. Do đó, ép các vỏ lon nhôm rời rạc thành kiện với các kích thước nhất định sẽ góp phần không nhỏ để tiết kiệm chi phí tái chế phế liệu từ nhôm.
1.2 Một số loại máy ép đóng kiện vỏ lon
1.2.1 Nguyên lí hoạt động và đặc điểm kết cấu
Máy ép vỏ lon bia phế liệu thường hoạt động bằng cách áp dụng áp lực cơ học để nén vỏ lon thành hình dạng nhất định hoặc thành các tấm nhỏ hơn.
Hầu hết các máy ép ở Việt Nam đều hoạt động bằng hệ thống thủy lực, lực ép được tạo ra nhờ các xylanh thủy lực có tải trọng lớn. Dưới lực ép rất lớn của xylanh, các vật liệu sẽ được nén chặt và kết dính lại với nhau theo các kích thước khối nhất định phụ thuộc vào kích thước buồng ép và hành trình của các xylanh từ đó tạo ra các kiện phế liệu theo mong muốn.
Hình 1.3Mô tả hoạt động chung của máy ép kiện
Cấu tạo chung các máy ép kiện bao gồm các thành phần:
Phần hệ thống thủy lực: bao gồm động cơ, máy bơm, van thủy lực, xylanh, đồng hồ đo áp lực, ống dầu, bộ lọc, đo mức nhiệt độ dầu, bồn chứa dầu,...Đây là bộ phận có chức năng chính là nén ép các dụng cụ, vật liệu.
Phần khung máy: bao gồm thân máy, buồng nén, cửa bỏ vật liệu, trục lăn, ram hướng dẫn thiết bị, thiết bị khóa và thiết bị ép,..được xếp vào phần khung. Phần này quyết định lớn tới hình thức, kích thước, sự chắc chắn của máy.
Phần điều khiển: bao gồm rơle, contactor, nút điều khiển hoạt động. Được hoạt động với chức năng chính là giúp thiết lập các quá trình ép kiện thuỷ lực theo như mong muốn và sự điều khiển của người sử dụng.
Ngoài ra, tùy thuộc vào đặc tính máy là cấp liệu thủ công hay cấp liệu tự động mà sẽ có thêm các cơ cấu cấp liệu như băng tải, xích tải hay vít tải,..bên cạnh đó là các cơ cấu an toàn bảo vệ chi tiết máy và bảo vệ người vận hành máy tránh khỏi các rủi ro.
1.2.2 Một số loại máy ép kiện trên thị trường hiện nay
Trên thị trường hiện nay, máy ép kiện vỏ lon nhôm được sử dụng phổ biến tại các cơ sở thu mua phế liệu với hai loại thông dụng là máy ép kiểu đứng và máy ép kiểu nằm ngang.
a) Máy ép kiện kiểu đứng:thường dùng cho các cơ sở nhỏ, phù hợp với công việc ép kiện có công suất nhỏ khoảng 300 kg/giờ, hoạt động được tối đa khoảng dưới 10 tấn/ngày.
+ Ưu điểm: Kích thước nhỏ gọn, kết cấu nhỏ gọn do đó giá thành rẻ, chi phí đầu tư thấp.
+ Nhược điểm: Năng suất ép nhỏ, phải cấp liệu thủ công.
Dòng máy ép kiện đứng RVB của công ty TNHH ROTEC Việt Nam.
Hình 1.4Dòng máy ép RVB của ROTEC
Thông số kỹ thuật:
Bảng 1.1Thông số kỹ thuật các dòng sản phẩn RVB
b) Máy ép kiện kiểu nằm ngang: thường dùng cho các cơ sở thu mua phế liệu lớn với năng suất ép lớn, có thể lên đến 20-30 tấn/giờ.
+ Ưu điểm: Năng suất ép lớn, kết cấu máy vững chắc, dễ dàng tự động hóa việc cấp liệu do đó giảm chi phí nhân công.
+ Nhược điểm: Nặng, kích thước lớn cồng kềnh, giá thành đầu tư ban đầu cao, khó sửa chữa, chi phí bảo trì lớn
- Máy ép kiện ngang buộc dây tự động các dòng RHB của của công ty TNHH ROTEC Việt Nam. Máy được cấp liệu tự động nhờ hệ thống băng tải, năng suất ép rất cao và có thể đạt 20-30 tấn/giờ với máy mã RHB – 200 – 110130.
Hình 1.5Máy ép kiện ngang buộc dây tự động của ROTEC
Thông số kỹ thuật:
Bảng 1.2Thông số kỹ thuật dòng máy ép RHB của ROTEC
Máy ép kiện nằm ngang 2E9TMH của Sumac: hoạt động với 4 xylanh gồm 1 xylanh đóng mở nắp trên, 1 xylanh ép chính và 2 xylanh đóng mở nắp dưới để cho sản phẩm được đẩy ra nhờ hành trình kéo dài của xylanh chính. Máy chưa trang bị hệ thống tự động cấp liệu nên cần nhân công cho công đoạn này.
Hình 1.6Máy ép kiện nằm ngang 2E9TMH của Sumac
Thông số kỹ thuật:
|
- Công suất: 18,5kw - Lực ép tối đa: 125 tấn - Hành trình xi lanh đùn: 900mm - Kích thước buồng ép: 1200×600×600 mm - Kích thước sản phẩm: 600×300 mm - Điều khiển: Van tay 3 cần - Áp suất làm việc tối đa: 200 bar - Điện áp sử dụng: 3 pha, 380V - 50Hz |
- Xi lanh đóng mở nắp trên: 01 Xi lanh - Xi lanh ép phôi : 01 Xi lanh - Xi lanh đóng mở nắp đáy: 02 Xi lanh Xuất xứ của thiết bị - Động cơ điện: Vihem – Việt Nam - Bơm, van thủy lực: Taizhou - China - Xi lanh thủy lực, kết cấu thép: Việt Nam - Phụ kiện: Trung Quốc |
Bảng 1.3Thông số kỹ thuật máy ép 2E9TMH
1.3 Kết luận
Với nhu cầu tái chế vỏ lon nhôm như hiện nay, việc tối ưu hóa từng công đoạn trong quy trình tái chế là vô cùng quan trọng và công đoạn đầu tiên chính là thu mua và vận chuyển các vỏ lon nhôm đến cơ sở sản xuất. Nhờ việc ép các vỏ lon thành từng kiện với quy cách và khối lượng nhất định đã giúp tiết kiệm rất nhiều chi phí vận chuyển, giảm thời gian bốc xếp, thuận tiện trong việc lưu trữ,...
Bên cạnh đó, vấn đề tự động hóa cấp liệu cũng như định lượng để nâng cao độ chính xác và năng suất của quy trình đóng kiện vỏ lon cần được quan tâm để tối ưu hóa các chi phí vận chuyển và bốc xếp. Quá trình tự động hóa việc cấp liệu đầu vào có thể đi kèm với một số nguyên công xử lí vật liệu trước khi đưa vào buồng ép như: tách kim loại có từ tính, tách bụi bẩn và tạp chất nhỏ, tách ẩm,… Nếu các quá trình trên được thực hiện đầy đủ và chính xác thì các công đoạn sau này để nấu chảy nhôm sẽ tốn ít thời gian hơn và lượng nhôm dùng để tái chế sẽ “sạch” hơn đảm bảo nguồn vật liệu nhôm thành phẩm sẽ tốt và tin cậy hơn.
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP
2.1. Phân tích đặc điểm phôi và sản phẩm
2.1.1 Vỏ lon nhôm (phôi)
Thông số kỹ thuật của vỏ lon 330ml (thông dụng):
- Các kích thước chính của vỏ lon:
Hình 2.1Các kích thước của vỏ lon nhôm
Ta lấy kích thước hình trụ bao của vỏ lon D x h = 66,2 x 115,2 (mm) và bề dày trung bình của vỏ là t = 0,17 mm.
Thể tích lon chưa biến dạng (bao gồm phần rỗng):
Thể tích phần vật liệu làm vỏ lon:
Khối lượng phần vật liệu làm vỏ lon:.
2.1.2 Thành phẩm sau khi ép
Các kiện sau khi ép sẽ được bốc xếp và vận chuyển với nhiều kiện ép trên một container và tính tổng khối lượng cho một lần vận chuyển. Do đó, để giảm chi phí thiết kế, chế tạo máy ta không cần dùng cơ cấu hoặc thiết bị để định lượng khối lượng chính xác cho mỗi kiện.
Kích thước kiện sau khi ép: 600x400x400 ± 10 (mm), khối lượng trung bình mỗi kiện 30 (kg).
Hình 2.2Quy cách kiện sau khi ép
Để đảm bảo kiện không bị phá hủy hoặc tách rời trong quá trình bốc xếp và vận chuyển, mật độ của mỗi kiện theo [4] thường từ 200 – 350 kg/m3. Do quy cách kiện đã chọn là 600x400x400 ± 10 (mm), , ta sẽ ép các kiện đến kích thước 590x390x390 (mm).
Mật độ kiện theo quy cách đã chọn:
Ta thấy , vậy trên lý thuyết, quy cách kiện hàng bao gồm kích thước và khối lượng đã chọn là phù hợp.
2.2 Phân tích và đề xuất các phương án thiết kế
2.2.1 Phương án 1: Máy ép dạng đứng
Hình 2.3Sơ đồ nguyên lí phương án 1
Máy ép đứng với một xylanh ép, lấy sản phẩm nhờ xylanh đẩy.
- Nguyên lí hoạt động: sau khi các vỏ lon được cấp vào buồng (1), khuôn ép (2) được xylanh (3) đẩy sẽ ép các vỏ lon theo hình dạng và kích thước của buồng ép. Kiện sau khi ép xong được khuôn (4) đẩy ra khỏi buồng ép nhờ xylanh (5).
- Ưu điểm:
+ Kết cấu máy đơn giản, nhỏ gọn;
+ Hệ thống điều khiển đơn giản do các xylanh hoạt động một cách tuần tự và liên tục;
+ Có thể cải tiến cho máy bằng cách thêm cơ cấu buộc dây tự động;
+ Giá thành vừa phải.
- Nhược điểm:
+ Lực ép sẽ không quá lớn do vấn đề kết cấu cho nên năng suất sẽ không cao;
+ Xylanh chính phải có tải trọng tác dụng cao do chỉ có 1 lần ép ra sản phẩm;
+ Độ nén của sản phẩm ép sẽ không tốt do chỉ ép theo phương z;
+ Tính năng kém linh hoạt, do chi phí sẽ cao nếu muốn thay đổi kích thước kiện ép thì phải kết cấu lại khung máy và buồng ép do hạn chế của việc ép theo một phương.
2.2.2 Phương án 2: Máy ép dạng nằm hai xylanh ép
Hình 2.4Sơ đồ nguyên lí phương án 2
Máy ép nằm ngang dùng hai xylanh ép, cấp liệu tự động, lấy sản phẩm nhờ hành trình kéo dài của xylanh ép dưới.
- Nguyên lí hoạt động: sau khi các vỏ lon được cấp vào buồng (1), nắp buồng ép (2) được xylanh (3) đẩy sẽ ép các vỏ lon theo phương từ trên xuống. Tiếp đó, khuôn (4) được xylanh (5) đẩy sẽ ép các vỏ lon theo phương còn lại. Sau khi quá trình ép hoàn tất, cửa buồng ép (6) được các xylanh (7) và (8) nâng lên. Xylanh (5) tiếp tục đẩy ra để đẩy kiện ép ra khỏi buồng.
- Ưu điểm:
+ Kết cấu máy cứng vững do bố trí nằm ngang;
+ Lực ép lớn, năng suất cao;
+ Kích thước buồng ép sẽ không chiếm quá nhiều diện tích do chỉ ép theo hai phương;
+ Có thể cải tiến cho máy bằng cách thêm cơ cấu buộc dây tự động;
+ Có nhiều phương án cấp liệu hơn phương án 1 nhờ buồng ép có chiều cao không lớn.
- Nhược điểm:
+ Kích thước máy to, chiếm nhiều không gian nên cần có vị trí làm việc thích hợp;
+ Hành trình xylanh chính lớn do phải thực hiện 2 chức năng;
+ Chi phí để thay đổi linh hoạt kích thước sản phẩm sẽ ít hơn phương án 1, tuy nhiên vẫn chưa phải là tối ưu để có sự linh hoạt;
+ Kết cấu cửa lấy sản phẩm và xylanh đẩy cửa phải có độ cứng vững cao do vị trí chịu lực ép lớn từ xylanh chính;
+ Giá thành đầu tư cao.
2.2.3 Phương án 3: Máy ép dạng nằm ba xylanh ép
Máy ép nằm ngang dùng ba xylanh ép, lấy sản phẩm nhờ cơ cấu lật.
- Nguyên lí hoạt động: sau khi các vỏ lon được cấp vào buồng (1), nắp buồng ép (2) được xylanh (3) đẩy sẽ ép các vỏ lon theo phương từ trên xuống. Tiếp đó, khuôn (4) được xylanh (5) đẩy sẽ ép các vỏ lon theo phương dọc buồng ép, tiếp tục khuôn (6) được xylanh (7) đẩy sẽ ép các vỏ lon theo phương ngang buồng ép. Sau khi quá trình ép hoàn tất, các xylanh ép lần lượt thu về vị trí ban đầu. Cơ cấu (8) sẽ lấy kiện ép ra khỏi buồng ép nhờ cơ chế lật đòn bẫy.
Hình 2.5Sơ đồ nguyên lí phương án 3
- Ưu điểm:
+ Kết cấu máy cứng vững do bố trí nằm ngang, lực ép lớn, năng suất cao do quá trình tự động từ khâu cấp liệu cho máy ép;
+ Ép đều theo cả 3 phương nên độ kết dính sẽ tốt hơn các phương án còn lại;
+ Hành trình các xylanh ép sẽ ngắn hơn do chia đều cho 3 phương ép, nhờ đó năng suất sẽ cao hơn các phương án trên;
+ Có thể linh hoạt thay đổi kích thước kiện trong một khoảng giá trị nhất định bằng cách thay đổi kích thước khuôn ép và hành trình giới hạn các xylanh ép;
+ Tiết kiệm chi phí vận chuyển và phí thuê nhân công.
+ Dễ dàng điều khiển do các xylanh hoạt động một cách tuần tự và liên tục;
- Nhược điểm:
+ Kích thước máy to hơn cả, chiếm nhiều không gian nên cần có vị trí làm việc thích hợp;
+ Hệ thống thủy lực tốn kém hơn hai phương án trên do dùng nhiều xylanh ép hơn;
+ Giá thành đầu tư sẽ nhỉnh hơn phương án 1 và 2.
2.3 So sánh, đánh giá các phương án thiết kế
Sau khi tìm hiểu và phân tích các phương án thiết kế cũng như đánh giá ưu nhược điểm của từng phương án, xét theo yêu cầu thiết kế máy:
- Mật độ kiện ép lớn, phải đạt từ 200-350 kg /m3
- Lực ép máy lớn do đó cần độ cứng vững cao;
- Năng suất ép cao từ 20 kiện /giờ;
- Dễ dàng điều khiển, tự động hóa và kết hợp với hệ thống cấp liệu phía trước;
Xét các phương án ta thấy:
- Phương án 1 có chi phí thấp nhất, tuy nhiên độ cứng vững kém và khó cấp liệu tự động do đó năng suất thấp.
- Phương án 2 đáp ứng gần như đầy đủ các yêu cầu tuy nhiên khả năng tự động hóa và điều khiển cùng với việc xylanh có lực ép lớn và hành trình dài sẽ khó đáp ứng được hoặc giá thành sẽ rất đắt đỏ.
-Phương án 3 sẽ đáp ứng được các nhu cầu trên, tuy nhiên sẽ đánh đổi về mặt chi phí so với phương án 1, nhưng sẽ khả thi hơn phương án 2 trong việc lựa chọn các cơ cấu chấp hành và điều khiển. Bên cạnh đó, phương án 3 tiện lợi hơn phương án 1 về mặt cấp liệu và phương án 2 về mặt lấy sản phẩm sau khi ép.
Ta cần kết hợp máy với các cụm cấp liệu tự động và sàng loại bỏ dị vật. Vậy ta chọn phương án 3 để tính toán thiết kế máy.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CÔNG TÁC
3.1 Tính lực ép theo các phương
3.1.1 Tính chọn kích thước buồng ép
Ta có thể tích buồng ép tối thiểu phải đạt 0,56 m3.
Với kích thước kiện đã chọn là 600x400x400, ta chọn kích thước buồng ép như sau:
Vậy thể tích hiệu dụng của buồng ép(phần lòng buồng ép):
(đạt yêu cầu).
3.1.2 Lực ép theo phương đứng
Với phương ép từ trên xuống, các vỏ lon sẽ được ép từ khối thể tích có kích thước 1200x800x600 thành khối có kích thước 1200x800x390, ta có:
Mật độ ban đầu:
Mật độ khi bị ép từ trên xuống:
Áp suất ép cần thiết là:
Diện tích ép là 1200x800, vậy lực ép cần thiết là:
3.1.3 Lực ép theo phương dọc buồng ép
Với phương ép dọc theo chiều dài buồng ép, các vỏ lon sẽ được ép từ khối thể tích có kích thước 1200x800x390 thành khối có kích thước 590x800x390, ta có:
Mật độ ban đầu:
Mật độ sau khi ép:
Áp suất ép cần thiết là:
Diện tích ép là 800x390, vậy lực ép cần thiết là:
3.1.4 Lực ép theo phương ngang buồng ép
Với phương ép ngang, các vỏ lon sẽ được ép từ khối thể tích có kích thước 590x800x390 thành khối có kích thước 590x390x390, ta có:
Mật độ ban đầu:
Mật độ sau khi ép:
Áp suất ép cần thiết là:
Diện tích ép là 590x390, vậy lực ép cần thiết là:
3.1.5 Tổng hợp lực ép và hành trình ép
|
Phương ép |
Lực ép cần thiết (kN) |
Hành trình ép |
|
Phương z |
147,8 |
210 |
|
Phương x |
111,3 |
610 |
|
Phương y |
129,3 |
410 |
Bảng 3.1Lực ép và hành trình ép
3.2 Thiết kế các khuôn ép
3.2.1 Nắp buồng ép
Với chiều dài và chiều rộng của phần lòng buồng ép là 1200x800 (mm), ta chọn kích thước sơ bộ của nắp là 1300x800xh (mm), với h là bề dày khuôn ép. Chọn vật liệu chế tạo phần nắp là thép tấm CT3.
Từ bảng 3.1 ta có, lực ép lớn nhất theo phương z là 147,8 kN, phản lực do các vật liệu bị ép tác dụng lên nắp buồng ép là:
Hình 3.1Kết cấu sơ bộ nắp buồng ép
Kết cấu bao gồm phần khung định hình bằng các tấm thép hàn và phần ép được gia công phẳng mặt từ thép tấm và liên kết với khung bằng mối ghép ren.
- Tính toán đường kính chốt tại khớp bản lề:
Chọn vật liệu chốt là thép C45. Giải thiết đường kính chốt thì giới hạn chảy thép C45 là (bảng 10.1 [1])
Ứng suất cho phép theo công thức 2.11a [1]:
Trong đó:
giới hạn chảy khi tính theo ứng suất tiếp
.
, hệ số an toàn cho phép.
Lực cắt tác dụng lên mỗi chốt:
Với:
là ngoại lực tác dụng khi ép
W: trọng lượng nắp buồng ép
Đường kính chốt:
Ta chọn đường kính chốt lắp d = 40 mm.
- Chọn ổ đỡ cho khớp bản lề:
Trong hành trình làm việc, nắp buồng ép quay từ vị trí mở đến vị trí đóng nắp một góc 70 độ trong thời gian 50 giây.
Số vòng quay của vòng trong ổ:
Số vòng quay tính theo vòng/phút:
Do , ta tính ổ theo điều kiện tải tĩnh.
Dạng tải trọng tác dụng là lực hướng tâm, ta có tải trọng tĩnh tác dụng lên ổ là:
Với đường kính ngõng trục là 40 mm, ta chọn ổ đũa đỡ N308 - ECP của hãng SKF.
Thông số ổ như sau:
|
Đường kính trong (mm) |
Đường kính ngoài (mm) |
Bề rộng ổ (mm) |
Khả năng tải tĩnh (kN) |
Khả năng tải động (kN) |
|
40 |
80 |
23 |
78 |
93 |
- Chọn kích thước nắp ổ
Hình 3.2Các kích thước chính của nắp ổ
Với ổ lăn đã chọn, ta chọn kích thước nắp ổ như sau:
|
D |
D2 |
D3 |
d |
Z |
|
90 |
110 |
135 |
M8 |
6 |
Bảng 3.2Thông số nắp ổ
3.2.2 Khuôn ép dọc
Với chiều rộng và chiều cao của phần lòng buồng ép sau khi nắp buồng ép đóng lại là 800x390 (mm), ta chọn kích thước danh nghĩa bề mặt ép của khuôn là 780x380 (mm). Chọn vật liệu cho khuôn ép dọc là thép tấm CT3.
Hình 3.3Kết cấu khuôn ép dọc
3.2.3 Khuôn ép ngang
Với chiều dài và chiều cao của phần lòng buồng ép sau khi nắp buồng ép đóng lại và khuôn ép dọc đi hết hành trình là 590x390 (mm), ta chọn kích thước danh nghĩa bề mặt ép của khuôn là 590x390 (mm). Chọn vật liệu cho khuôn ép ngang là thép tấm CT3.
Hình 3.4Kết cấu khuôn ép ngang
3.3 Thiết kế cơ cấu lấy sản phẩm
3.3.1 Thiết kế đòn bẫy
Hình 3.5Chi tiết đòn bẫy sản phẩm
Chọn vật liệu là thép tấm CT3, kết cấu được liên kết bằng mối ghép hàn.
- Tính toán mối ghép vòng kẹp:
- Khối lượng thiết kế của đòn bẫy: 40kg
- Khối lượng kiện sản phẩm: 30kg
Hình 3.6Sơ đồ tính toán vòng kẹp đòn bẫy
Ta có:
Momen T tác dụng lên mối ghép:
Vòng kẹp làm bằng vật liệu mềm, bề mặt tiếp xúc là dạng trụ, khe hở trong mối ghép gần bằng 0 và áp suất phân bố đều trên bề mặt ghép, theo công thức 17.50 [1], lực xiết V cần thiết là:
Trong đó:
k = 1,5 (hệ số an toàn khi xiết chặt)
z = 1 (mối ghép sử dụng 1 bulong)
f = 0,2 (Hệ số ma sát giữa trục và vòng kẹp)
d = 50 mm (đường kính trục)
Vậy ta có:
Chọn bulong có cấp bền 10.9 với giới hạn chảy nhỏ nhất là giả sử lực xiết không được kiểm tra, theo bảng 17.6 lấy hệ số an toàn cho phép là [s] = 4, ta có ứng suất kéo cho phép:
Đường kính chân ren bulong:
Theo bảng 17.7 [1], ta chọn bulong M8 có để xiết chặt mối ghép.
3.3.2 Tính lực tại các liên kết
Hình 3.7Sơ đồ nguyên lí cơ cấu lấy sản phẩm
Chú thích: 14- Đòn bẫy để đẩy sản phẩm; 15- Xylanh đẩy
|
a) Cụm lật |
b) Cụm truyền lực |
Hình 3.8Sơ đồ tính toán cơ cấu đẩy sản phẩm
Xét cụm lật (a):
Hình 3.9Sơ đồ tính toán lực cụm lật
Phương trình cân bằng tại điểm A:
Xét khâu AB của cụm truyền lực (b):
Hình 3.10 Sơ đồ tính toán lực khâu AB (cụm truyền lực)
Phương trình cân bằng momen tại điểm A:
Xét khâu BC cụm truyền lực (b):
Hình 3.11 Sơ đồ tính toán lực khâu BC (cụm truyền lực)
Lực đẩy xylanh cần tạo ra là:
3.3.3 Tính toán đường kính trục truyền lực
Hình 3.12Sơ đồ lực tác dụng lên trục truyền
Giá trị các lực tác dụng:
Trên mặt phẳng yOz, xét phương trình cân bằng momen tại điểm B, ta có:
Xét phương trình cân bằng momen tại điểm A, ta có:
Trên mặt phẳng xOz, xét phương trình cân bằng momen tại điểm B, ta có:
Xét phương trình cân bằng momen tại điểm A, ta có:
Hình 3.13Biểu đồ momen trục đỡ
Từ biểu đồ ta thấy tại mặt cắt B, momen tương đương tác dụng lên trục là lớn nhất, ta có:
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45tôi cải thiện có ứng suất uốn cho phép ta có đường kính trục tại tiết diện B là:
Do tiết diện B lắp ổ lăn nên ta chọn theo tiêu chuẩn.
Các đoạn trục còn lại chọn theo kết cấu.
3.3.4 Tính chọn gối đỡ trục
- Số vòng quay của trục:
Khi cơ cấu lấy sản phẩm làm việc, trục quay một góc α = 120o trong 5s, ta có:
Số vòng quay tương đương của trục:
Do , ta tính ổ theo điều kiện tải động với
- Tuổi thọ ổ:
Theo [3], ta có cường độ làm việc của cơ cấu đẩy sản phẩm:
Trong đó:
t là thời gian chạy máy trong một chu kì hoạt động (s)
T là toàn bộ thời gian trong một chu kì làm việc của cơ cấu (s).
Từ bảng 1.1 [3], ta có chế độ làm việc của cơ cấu là nhẹ và thời gian làm việc của ổ lăn là
Tuổi thọ ổ tính theo triệu vòng quay là:
- Lực tác dụng lên ổ:
Ổ chỉ chịu lực hướng tâm, ta có:
Vậy ta chọn ổ theo kích thước của ổ B.
- Tải trọng quy ước tính theo công thức 11.20 [1]:
Trong đó:
: do cơ cấu hoạt động không liên tục
cơ cấu làm việc ở nhiệt độ môi trường
vòng trong của ổ quay
X = 1, Y = 0, ổ không chịu lực dọc trục
Vậy ta có:
- Khả năng tải động của ổ:
Chọn loại ổ là ổ bi đỡ, ta có:
Với đường kính ngõng trục là 45 mm, ta chọn gối đỡ UCP209 của hãng SKF
Hình 3.14Gối đỡ UCP209 của hãng SKF
Thông số gối đỡ như sau:
|
Đường kính trong (mm) |
Khả năng tải tĩnh (kN) |
Khả năng tải động (kN) |
|
45 |
20,4 |
32,5 |
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC
4.1 Thiết kế mạch thủy lực
4.1.1 Yêu cầu làm việc
- Áp suất làm việc của hệ thống ta chọn (bảng 7.1 [7]).
- Thời gian chu kì:
- Cơ cấu chấp hành:
+ Xylanh (5): đóng nắp và tạo lực ép theo phương trục z;
+ Xylanh (8) và (10): tạo lực ép theo các phương dọc và phương ngang của buồng ép;
+ Xylanh (12): đóng mở nắp cửa xả liệu;
+ Xylanh (15): điều khiển cơ cấu lấy sản phẩm;
- Nhiệm vụ chính của hệ thống thủy lực là điều khiển áp suất và lưu lượng cấp cho các hành trình hoạt động của các xylanh, trong đó:
|
Xylanh |
Áp suất |
Thời gian chu kì |
|
|
Làm việc |
Thu về |
||
|
Nắp buồng ép |
Cao |
50 |
20 |
|
Ép dọc buồng ép |
Cao |
30 |
10 |
|
Ép ngang buồng ép |
Cao |
30 |
10 |
|
Cơ cấu lấy sản phẩm |
Thấp |
5 |
5 |
|
Cửa xả liệu |
Thấp |
5 |
5 |
Bảng 4.1Thời gian vận hành trên lí thuyết của các xylanh
Xuất phát từ yêu cầu của hệ thống, ta thiết kế mạch dùng bơm piston hướng trục có lưu lượng riêng điều chỉnh được và trang bị thêm bộ bù áp suất để cố định công suất cấp cho bơm (p.q = hằng số) khi đó tốc độ của xylanh sẽ phụ thuộc vào áp suất hệ thống.
Trên thực tế, thời gian vận hành cũng như hành trình các xylanh sẽ có những thay đổi và cân chỉnh phù hợp khi chạy thử máy, trong tính toán thiết kế ta dựa trên các số liệu lý thuyết để tính toán các phần tử.
4.1.2 Mạch thủy lực và nguyên lí chung
Hình 4.1Mạch thủy lực máy ép vỏ lon nhôm
Hình 4.2Đặc tính lưu lượng – áp suất của mạch cố định công suất có bù áp
Với điều khiển công suất không đổi, khi áp suất tăng, lưu lượng sẽ giảm đến mức cài đặt van xả, tại đó áp suất tất cả dòng chảy sẽ đi qua van xả. Tại thời điểm này, năng lượng tiêu tán qua van xả chính là công suất đầu vào của máy bơm. Để tránh hao phí năng lượng, ta trang bị thêm bộ bù áp. Lưu lượng bơm giảm dần khi áp suất hệ thống tăng lên đến mức cài đặt của bộ bù áp. Khi đạt đến áp suất này, bộ bù sẽ tự động giảm lưu lượng đầu ra của bơm xuống mức vừa đủ để duy trì áp suất đó nhờ đó không có dòng chảy qua van xả.
- Ưu điểm: các xylanh sẽ hoạt động hiệu quả hơn và tối ưu được thời gian làm việc cũng như sử dụng năng lượng cho các quá trình khác nhau trong một chu kì làm việc.
- Nhược điểm: chi phí lắp đặt bảo trì, sửa chữa cao do phải trang bị bơm piston hướng trục có lưu lượng riêng điều chỉnh được và bộ bù áp.
4.2 Tính chọn xylanh thủy lực
4.2.1 Xylanh nắp buồng ép
- Tính lực đẩy:
Hình 4.3Sơ đồ lực tính toán xylanh nắp buồng ép
Giải phóng liên kết khâu AB, xét phương trình cân bằng momen so với điểm B ta có:
Vậy ta có ngoại lực tác dụng lên cần xylanh là:
Ta có thông số tính toán và kiểm nghiệm xylanh như sau:
- Lực ép cần thiết:
- Áp suất làm việc: 160 bar
- Hành trình tối đa: 1200 mm
- Liên kết với giá bằng khớp bản lề trên thân xylanh
- Tính đường kính piston:
Lực tĩnh do hành trình tiến của xylanh tạo ra ([5], trang 241):
Lực đẩy động tải nhận được thường nhỏ hơn và bằng 0,9 lần lực tĩnh, ta có:
Lấy và theo ([5], trang 140) ta có từ công thức 4.2 ta có:
Thay số vào ta được:
- Tính đường kính cần piston:
Theo ([5], trang 242) ta có mối quan hệ giữa đường kính cần piston và tải trọng tác dụng theo điều kiện uốn dọc:
Hình 4.4Sơ đồ biến dạng uốn dọc cần piston xylanh nắp
Theo hình 4.4, ta có:
Thay số vào công thức (4.4) ta được:
- Chọn xylanh:
Ta chọn xylanh CDH1:MT4 có kích thước D/d là 125/90 có hành trình 1250 mm (Phụ lục I).
- Chọn tai lắp ghép cho cần piston:
Với loại ren đầu cần piston là M58x1,5, ta chọn tai lắp ghép CSA58 cho cần piston (Phụ lục IV).
4.2.2 Xylanh ép dọc
- Tính lực đẩy:
Hình 4.5Sơ đồ tính toán xylanh ép dọc
- Từ bảng 3.1, ta có lực ép cần thiết
- Khối lượng khuôn ép dọc khoảng 120 kg, ta được:
- Chọn hệ số ma sát giữa khuôn và các vách buồng ép là là
- Quá trình ép diễn ra chậm, ta bỏ qua ảnh hưởng của lực quán tính.
Tổng ngoại lực tác dụng lên cần piston với giả thiết khuôn tiếp xúc 3 mặt với buồng ép:
Ta có thông số tính toán và kiểm nghiệm xylanh như sau:
- Lực ép cần thiết:
- Áp suất làm việc: 160 bar
- Hành trình tối đa: 610 mm
- Liên kết với giá bằng mặt bích đầu thân xylanh.
- Tính đường kính piston:
Từ công thức 4.3, lấy ta có:
- Tính đường kính cần piston:
Theo công thức 4.4 ta có:
Hình 4.6Sơ đồ biến dạng uốn dọc cần piston ép dọc
Theo hình 4.6, ta có:
Thay số vào công thức (4.4) ta được:
- Chọn xylanh:
Ta chọn xylanh CDH1:MF3có kích thước D/d là 125/70 có hành trình 630 mm (Phụ lục II).
4.2.3 Xylanh ép ngang
- Tính lực đẩy:
Hình 4.7Sơ đồ tính toán xylanh ép ngang
- Từ bảng 3.1, ta có lực ép cần thiết
- Khối lượng khuôn ép ngang khoảng 100 kg, ta được:
- Chọn hệ số ma sát giữa khuôn và các vách buồng ép là là [14].
- Quá trình ép diễn ra chậm, ta bỏ qua ảnh hưởng của lực quán tính.
Tổng ngoại lực tác dụng lên cần piston với giả thiết khuôn tiếp xúc 3 mặt với buồng ép:
Ta có thông số tính toán và kiểm nghiệm xylanh như sau:
- Lực ép cần thiết:
- Áp suất làm việc: 160 bar
- Hành trình tối đa: 410 mm
- Liên kết với giá bằng mặt bích đầu thân xylanh.
- Tính đường kính piston:
Từ công thức 4.3, lấy ta có:
- Tính đường kính cần piston:
Theo công thức 4.4 ta có:
Từ hình 4.6, ta có (lấy L là hành trình xylanh do xylanh nối với mặt sau của khuôn ép)
Thay số vào công thức (4.4) ta được:
- Chọn xylanh:
Ta chọn xylanh CDH1:MF3có kích thước D/d là 125/70 có hành trình 500 mm (Phụ lục II).
4.2.4 Xylanh đẩy cơ cấu lấy sản phẩm
Ta có thông số tính toán và kiểm nghiệm xylanh đẩy sản phẩm như sau:
- Lực đẩy cần thiết:
- Áp suất làm việc: 25 bar
- Hành trình tối đa: 400 mm
- Liên kết với giá bằng khớp bản lề ở đuôi xylanh.
- Tính đường kính piston:
Từ công thức 4.3, lấy ta có:
- Tính đường kính cần piston:
Hình 4.8Sơ đồ tính đường kính cần piston cơ cấu đẩy sản phẩm
Theo công thức 4.4 ta có:
Từ hình 4.8, ta có:
Thay số vào công thức (4.4) ta được:
- Chọn xylanh:
Ta chọn xylanh CDH1:MP3có kích thước D/d là 50/36 có hành trình 500 mm (Phụ lục III).
- Chọn tai lắp ghép cho cần piston:
Với loại ren đầu cần piston là M22x1,5, ta chọn tai lắp ghép CSA22 cho cần piston (Phụ lục IV).
4.2.5 Xylanh cửa xả liệu
Lấy khối lượng cửa xả liệu và các chi tiết dẫn hướng khoảng 100 kg, ta có:
Ta có thông số tính toán và kiểm nghiệm xylanh đẩy sản phẩm như sau:
- Lực kéo cần thiết:
- Áp suất làm việc: 25 bar
- Hành trình tối đa: 400 mm
- Liên kết với giá bằng khớp bản lề ở đuôi xylanh.
- Tính đường kính piston:
Do xylanh làm việc với hành trình thu về, ta có:
Lấy và theo ([5], trang 140) ta có ta có:
Thay số vào công thức, ta được:
- Tính đường kính cần piston:
Theo công thức 4.4 ta có:
Ta có .
Thay số vào công thức (4.4) ta được:
- Chọn xylanh:
Ta chọn xylanh CDH1:MP3có kích thước D/d là 50/36 có hành trình 630 mm (Phụ lục III).
- Chọn tai lắp ghép cho cần piston:
Với loại ren đầu cần piston là M22x1,5, ta chọn tai lắp ghép CSA22 cho cần piston (Phụ lục IV).
4.3 Tính toán kích thước ống dẫn dầu
4.3.1 Chọn dầu thủy lực cho hệ thống
Các yếu tố để lựa chọn dầu thủy lực:
Thông thường, dầu thủy lực được lựa chọn trên các yếu tố chính sau:
- Độ nhớt yêu cầu;
- Nhiệt độ vận hành có yêu cầu dầu chống cháy không;
- Khuyến cáo của nhà sản xuất máy;
- Tính tương thích với vật liệu trong hệ thống;
- Môi trường nơi hệ thống vận hành;
- Nguồn gốc, thương hiệu sản phẩm dầu thủy lực;
- Tính tương thích với vật liệu trong hệ thống thủy lực;
- Giá thành sản phẩm, chi phí thay dầu;
- Các ưu điểm của dầu như: tuổi thọ dầu cao, khả năng chống oxi hóa, tách khí, chống tạo bọt;
Tùy vào từng loại máy, điều kiện vận hành, sản xuất mà chúng ta có thể chọn dầu thủy lực có độ nhớt 32, 46, 68 sao cho phù hợp nhất. Tại Việt Nam thì cả ba cấp độ nhớt 32, 46, 68 đều được dùng phổ biến do đặc tính thời tiết của Việt Nam là đất nước nhiệt đới gió mùa có tính chất nóng ẩm.
Với xylanh của Rexoth, nhà sản xuất khuyến nghị độ nhớt tối ưu cho dầu thủy lực nằm trong khoảng: 20 – 100 mm2/s ([9], trang 10).
Ta chọn dầu thủy lực Megaflow AW 46 cho hệ thống, dầu thủy lực Megaflow AW 46 đáp ứng các yêu cầu của ngành công nghiệp và được Bosch Rexoth phê duyệt (Bosch Rexroth RE 90220, Loại HLP). Với Megaflow AW 46, ta có độ nhớt động học của dầu là 46 mm2/s (ở 40oC) và khối lượng riêng là 869 kg/m3 (ở 60oC).
4.3.2 Tính lưu lượng cấp cho các xylanh
a) Xylanh cửa xả liệu
|
Thông số |
Đường kính piston, D (mm) |
Đường kính cần piston, d (mm) |
Hành trình làm việc S, (mm) |
Thời gian làm việc (s) |
|
|
Tiến ra, t1 |
Thu về t2 |
||||
|
Giá trị |
50 |
36 |
500 |
5 |
5 |
- Vận tốc làm việc:
- Diện tích piston:
- Diện tích vùng vành khăn:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình đi ra:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình thu về
b) Xylanh lấy sản phẩm
|
Thông số |
Đường kính piston, D (mm) |
Đường kính cần piston, d (mm) |
Hành trình làm việc S, (mm) |
Thời gian làm việc (s) |
|
|
Tiến ra, t1 |
Thu về t2 |
||||
|
Giá trị |
50 |
36 |
400 |
5 |
5 |
- Vận tốc làm việc:
- Diện tích piston:
- Diện tích vùng vành khăn:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình đi ra:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình thu về
c) Xylanh nắp buồng ép
|
Thông số |
Đường kính piston, D (mm) |
Đường kính cần piston, d (mm) |
Hành trình làm việc S, (mm) |
Thời gian làm việc (s) |
|
|
Tiến ra, t1 |
Thu về t2 |
||||
|
Giá trị |
125 |
90 |
1250 |
50 |
20 |
Giả sử chuyển động của xylanh là chuyển động chậm dần đều, ta có:
Do chuyển động chậm dần nên ta có:
Từ (1) và (2) suy ra:
Tại t = 50s ta có S = 1500, gia tốc của chuyển động là:
Vậy vận tốc lớn nhất của hành trình xylanh tiến ra là:
Hành trình thu về, giả sử áp suất hệ thống lúc này chưa đủ để kích hoạt cơ cấu đĩa nghiêng nên vận tốc hành trình thu về là hằng số:
- Diện tích piston:
- Diện tích vùng vành khăn:
- Lưu lượng lớn nhất cần cấp cho xylanh trong hành trình đi ra:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình thu về
d) Xylanh ép dọc
|
Thông số |
Đường kính piston, D (mm) |
Đường kính cần piston, d (mm) |
Hành trình làm việc S, (mm) |
Thời gian làm việc (s) |
|
|
Tiến ra, t1 |
Thu về t2 |
||||
|
Giá trị |
125 |
70 |
610 |
30 |
10 |
Xylanh có tính chất chuyển động tương tự xylanh nắp buồng ép.
Tại t = 30s ta có S = 610, theo (3) gia tốc của chuyển động là:
Vậy vận tốc lớn nhất của hành trình xylanh tiến ra là:
Hành trình thu về, giả sử áp suất hệ thống lúc này chưa đủ để kích hoạt cơ cấu đĩa nghiêng nên vận tốc hành trình thu về là hằng số:
- Diện tích piston:
- Diện tích vùng vành khăn:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình đi ra:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình thu về
e) Xylanh ép ngang
|
Thông số |
Đường kính piston, D (mm) |
Đường kính cần piston, d (mm) |
Hành trình làm việc S, (mm) |
Thời gian làm việc (s) |
|
|
Tiến ra, t1 |
Thu về t2 |
||||
|
Giá trị |
125 |
70 |
410 |
30 |
10 |
Xylanh có tính chất chuyển động tương tự xylanh nắp buồng ép.
Tại t = 30s ta có S = 410, theo (3) gia tốc của chuyển động là:
Vậy vận tốc lớn nhất của hành trình xylanh tiến ra là:
Hành trình thu về, giả sử áp suất hệ thống lúc này chưa đủ để kích hoạt cơ cấu đĩa nghiêng nên vận tốc hành trình thu về là hằng số:
- Diện tích piston:
- Diện tích vùng vành khăn:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình đi ra:
- Lưu lượng cần cấp cho xylanh trong hành trình thu về
|
STT |
Tên xylanh |
Lưu lượng lớn nhất cần cấp (lít/phút) |
Áp suất làm việc (bar) |
|
|
Tiến ra |
Lùi về |
|||
|
1 |
Xylanh nắp buồng ép |
36,90 |
22,13 |
160 |
|
2 |
Xylanh ép dọc |
30,06 |
30,74 |
160 |
|
3 |
Xylanh ép ngang |
20,16 |
20,66 |
160 |
|
4 |
Xylanh lấy sản phẩm |
9,41 |
4,56 |
25 |
|
5 |
Xylanh cửa xả liệu |
11,76 |
5,7 |
25 |
Bảng 4.2Lưu lượng cấp cho các xylanh
4.3.4 Tính toán các ống đẩy
Theo [6], để có dòng chảy tầng trong ống thì vận tốc dòng chảy nằm trong khoảng:
- Đối với đường ống hút của bơm là: 0,6 – 1,2 m/s
- Đối với đường ống đẩy (ống dẫn có áp suất) là: 2,1 – 4,6 m/s
Đường kính các ống tính theo công thức:
Hệ số Reynolds là:
Trong đó là độ nhớ động học của lưu chất (mm2/s)
Hệ số mất áp trên ống dẫn đối với dòng chảy tầng là:
Giả sử ống dẫn dài 5m thì độ mất áp sẽ là:
Từ các công thức trên, ta có bảng sau:
Bảng 4.3Khoảng kích thước các ống dẫn dầu cho xylanh
4.3.4 Tính toán các ống hút
Tương tự các ống đẩy, ta có bảng sau:
Bảng 4.4Khoảng kích thước các ống hút cho bơm
4.4 Chọn các van thủy lực
4.4.1 Chọn van an toàn cho hệ thống
- Chọn van an toàn cho nhánh bơm áp cao
Nhánh bơm áp suất cao yêu cầu áp suất 160 bar với tổng lưu lượng trong hành trình các xylanh thực hiện ép sản phẩm là 87,12 lít/phút. Vậy ta chọn van có áp suất vận hành tối đa phải lớn hơn 160 bar (hay 16MPa) và lưu lượng qua van phải đạt 87,12 lít/phút để đảm bảo xả hết lưu lượng trong thời gian ngắn nhất khi nhánh bị quá tải.
Ta chọn van giới hạn áp suất tác động gián tiếp BT-03-32 của hãng Yuken
Hình 4.9Van giới hạn áp suất BT-03-32 của hãng Yuken
