Đồ án Thiết kế máy hàn, cắt tự động điều khiển bằng máy tính

3.7. RƠ LE ÁP SUẤT. Tương tự như một van an toàn, rơ le áp suất là một phần tử thủy lực phòng khi quá tải được điều khiển bằng điện. Nguyên lý làm việc của rơ le áp suất phụ thuộc vào sự tác động của áp suất chất lỏng tác dụng lên nòng pit tông, lò xo, hay màng chắn bố trí trong rơ le. Khi áp suất trong khoang ăn khớp của rơ le tăng đạt mức định trước (giới hạn áp suất cho phép của thiết bị), nòng 2 sẽ dịch chuyển lên thắng lẹc lò xo Plx: pa =
, kG/cm2; (3.23) với: pa- áp suất chất lỏng làm việc trong khoang ăn khớp; Plx- lực nén của lx 3; F - diện tích của mặt đầu pit tông ; Nếu áp suất tiếp tục tăng, nòng 2 sẽ chạm vào tấm dẫn 5 làm ngắt hai tiếp điểm dưới và hai tiếp điểm trên được nối để thực hiện đóng ngắt dòng điện cung cấp cho bơm dầu. Khi áp suất trong khoang ăn khớp giảm xuống, lực lò xo Plx sẽ thắng áp suất pa làm nòng van được đẩy xuống đóng hai tiếp điểm dưới đồng thời ngắt hai tiếp điểm trên. Quá trình làm việc được tiếp tục. 3.8. ẮC QUY THỦY LỰC. Trong quá trình ép, một lượng dầu có áp suất không dùng đến (năng lượng thừa) sẽ được dẫn đến ắc quy dầu. Khi thực hiện chuyển động tiến của xy lanh chống tâm, dầu trong ắc quy dầu sẽ cung cấp đến buồng phải của xy lanh cùng với đường dầu từ bơm để tiết kiệm năng lương và thực hiện chỉ tiêu kinh tế. Ngoài nhiệm vụ đó, ắc quy dầu còn có tác dụng quan trọng là điều hoà năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc . Nguyên lý làm việc: Ta điều chỉnh áp suất làm việc của ắc quy thủy lực bằng cách điều chỉnh sức căng ban đầu của lò xo 4. Khi áp suất bên ngoài (áp suất của hệ thống máy ép) thấp hơn áp suất trong ắc quy, ắc quy sẽ cung cấp lượng dầu dự trữ có áp suất cho hệ thống. Ngược lại, khi áp suất trong ắc quy dầu thấp hơn áp suất bên ngoài thì ắc quy sẽ được cung cấp lượng dầu có áp suất để dự trữ. Quá trình này có thể được lặp đi lặp lại khi máy ép hoạt động. Ăc quy dầu trong máy ép thiết kế được đặt ở đường ra của pit tông xy lanh chống tâm, do đó khi máy ép thực hiện quá trình ép tiến, lượng dầu thừa trong buồng phải của pit tông xy lanh chống tâm được tích vào trong ắc quy dầu. 3.9. BỘ LỌC. 3.9.1. Đặc điểm chung và vai trò của bộ lọc. Bộ lọc có tác dụng loại bỏ các chất bẩn, chất cặn bả của dầu hoặc các loại bụi bẩn từ bên ngoài vào. Bộ lọc được đặt ở đầu ống hút của các bơm dầu. Ở đây, bộ lọc được đặt dưới đáy bể dầu và trên đường hồi dầu. Quá trình làm sạch chất lỏng của bộ lọc được thực hiện nhờ các lỗ xốp của vật liệu lọc: xơ xốp, bột kim loại... Các phần tử lọc được chế tạo bằng cách cho vào khuôn kim loại, sau đó tẩm chất kết tinh và nung nóng đến khi vật liệu phần tử được được định hình vững chắc theo mẫu yêu cầu. Có thể tạo phần tử lọc bằng cách xếp chồng các tấm phớt, vải, bông, lưới thép... theo khung hình trụ. Đối với bộ lọc bề mặt, chất bẩn được giữ lại chủ yếu là trên bề mặt vật liệu lọc có phần tử lọc được làm bằng lưới kim loại, vải, sợi, trong khi đó chất lỏng trực tiếp đi qua các mắt lưới cua phần tử lọc. Để tăng độ tinh lọc, người ta thường đặt nhiều lớp lưới lọc liên tiếp để ngăn chất bẩn đi qua. Đối với bộ lọc chiều sâu, người ta chế tạo các phần tử lọc từ bột gốm, gốm kim loại bột kim loại hoặc len, vải, các xơ,sợi vô cơ và một số giấy lọc khác. Yêu cầu của bộ lọc đối với máy ép là phải đảm bảo tinh lọc chất lỏng dùng trong hệ thống. Độ tinh lọc là kích thước nhỏ nhất của hạt bẩn trong chất lỏng được phần tử lọc giữ lại. Kích thước hạt bẩn nhỏ nhất được giữ lại chính làkích thước lỗ thông của phần tử lọc. Trong máy ép thiết kế, có thể chọn độ tinh lọc là 40 (m. 3.9.2. Tính toán bộ lọc. Lưu lượng qua bộ lọc được tính theo công thức: Q = q.S (3.25) trong đó: Q - lưu lượng qua bộ lọc trong một đơn vị thời gian, cm3/ph; S - diện tích bề mặt phần tử lọc, cm2; q - lưu lượng qua một dơn vị diện tích vật liệu lọc trong một đơn vị thời gian,
(3.26) k - hệ số tỉ lệ, biểu thị lưu lượng qua một đơn vị diện tích bề mặt vật liệu lọc khi chênh lệch áp suất 1kG/cm2 và độ nhớt động chất lỏng là 1P (1P = 0,1 N.s/m2). ( - hệ số độ nhớt động của chất lỏng được lọc, ( = 0,9.10-3kG/cm3 (p - độ chênh áp suất trên bộ lọc. Trong máy ép thiết kế, ta dùng 2 bộ lọc bề mặt cho các bơm Q1 và Q2 đặt ở đường hút của bơm. Trên đường hồi dầu của bơm cao áp Q1 ta đặt bộ lọc sâu để đảm bảm tinh lọc chất lỏng với độ tinh lọc yêu cầu. Đối với các bộ lọc bề mặt, nếu lưu lượng cần thiết cung cấp cho bơm là 125000 cm3/ph, chênh áp qua bộ lọc là 1,5 kG/cm2, hệ số k của bộ lọc bằnh lưới sợi No002 là 1,16; tức là:
= 2047 cm3/ph thì diện tích bề mặt phần tử lọc theo công thức 3.26 là:
52cm2. Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa phần tử lọc và chất lỏng cho bộ lọc bề mặt đặt ở đường hút của bơm Q2 chọn là: S = 60 cm2. Nếu lưu lượng của bơm cao áp là 25000 cm3/ph, độ chênh áp qua bộ lọc là 2 kG/cm2, hệ số k = 1,16 độ nhớt động ( = 0,9.10-3kG/cm3, thì:
10 cm2. Chọn S1 = 20 cm2. Đối với bộ lọc sâu đặt trên đường hồi dầu thì diện tích bề mặt được tinh tương tự như S2 nhưng lấy hệ số k = 0,0116 (đối với vật liệu phần tử lọc ép từ hạt thép tròn có đường kính 0,1 mm). Ta có:
647 cm2 ( đường kính đĩa lọc là:
= 29 cm, Chọn d = 30 cm. 3.10. BỂ DẦU. Bể dầu dùng để chứa lượng dầu cần thiết cho sự hoạt động của toàn bộ hệ thống dầu ép. Bể dầu thường được đặt bên ngoài máy để tránh tác dụng nhiệt ảnh hưởng đến các bộ phận làm việc của máy. 3.10.1. Xác định dung lượng nhỏ nhất của thùng chứa. Dung lượng nhỏ nhất của thùng chứa được xác định bởi sự thay đổi dung lượng của các cơ cấu của hệ thống thủy lực trong quá trình làm việc. Dung lượng nhỏ nhất của thùng chứa được xác định theo công thức: W = (W1 + (W2 + (W3 + W4 (3.27) trong đó: (W1- sự thay đổi dung lượng của hệ thống thủy lực trong quá trình nạp và phóng của ắc quy thủy lực: (W1 = Wmax- Wmin sự thay đổi này có trong ắc quy khi ắc quy được nạp tối đa: (W1 = 30 lít. (W2- sự thay đổi dung lượng trong các xy lanh lực. Nếu gọi V1 là dung tích làm việc của khoang ép khi chất lỏng điền đầy để đi hết hành trình ép, V2 là dung tích của khoang cần trong quá trình lùi pit tông xy lanh ép đến đầu hành trình (đáy xy lanh ép bên trái), thì ta có:
1386.60 = 83160 cm3
680.60 = 40800 cm3 Đối với xy lanh chống tâm, ta cũng có các dung tích V3 và V4 tương tự:
4713 cm3
896 cm3 Như vậy, ta có: (W2 = (V1 - V2) + (V3 - V4) (3.28) (W2 = 83160 - 40800 + 4713 - 896 = 46177 cm3 Ta lấy (W2 = 47 lít. (W3- sự thay đổi dung lượng chất lỏng trong hệ thống thủy lực do sự giản nở vì nhiệt gây ra: (W3 = (t.Wcl.(t (3.29) trong đó: (t - hệ số giản nở thể tích của chất lỏng, (1 = 10-3 [lit/đô] (t - sự thay đổi nhiệt đô trong hệ thống dấu ép trong quá trình làm việc. Nếu nhiệt độ trung bình trong không khí thay đổi từ 20 ( 25 ọC và để cho nhiệt độ dầu giới hạn không vượt quá 55 ( 60 ốngC thì (t = 35 (C; Wcl- dung lượng chất lỏng trong hệ thống, tức là lượng dầu điền đầy tất cả hệ thống làm việc. Có thể tính theo: Wcl = V1 + V3 +V5 (3.30) trong đó: V5 là dung tích các ông dẫn và các van. Nếu chiều dài các ống dẫn là 200 cm, đường kính ống dẫn trung bình là 2,5 cm thì dung tích dầu trong các ống dẫn là:
9820 cm3 Do vậy, cùng với dung lượng dầu trong các van có thể lấy V5 = 15 lít. Ta có: Wcl = 83160 + 4713 + 15000 = 103000 cm3 = 103 lít. Theo3.29, ta có: (W3 = 10-3.103.35 = 3,6 lít Lấy (W3 = 4 lít. W4- dung lượng chất lỏng dự trữ để bù vào sự rò rỉ cũng như để tạo thành một mức chênh lệch nào đó giữa kênh nạp vào và kênh tháo ra khi lưu lượng lớn, thường thì mức chênh này ( 50 mm, chọn W4 = 50[lit]; Tóm lại, dung lượng nhỏ nhất của thùng chứa theo 3.27 là: W = 30 + 47 + 4 + 50 = 131 [lít]. Nếu kể đến thể tích của không khí lẫn trong chất lỏng thì tăng dung lượng thêm 15%, nghĩa là: W = 131 + 131.0,15 = 151 [lít]. Ta phải thiết kế bể dầu có dung tích ( 151[lít]. 3.10.2. Tính chọn dung tích bể dầu. Trong thực tế, dung tích của thùng chứa được chọn sao cho có thể chứa được lượng chất lỏng bằng 2 ( 3 lần lưu lượng của bơm cung cấp, tức là: W = (2 ( 3).Q (3.31) Ở đây, hệ thống dùng 2 bơm dầu nên ta nhân thêm hệ số k = 1,3 tức là: W = 1,3.3.(25 + 125) = 585 [lít] Chọn dung tích dầu trong thùng chứa là: W = 600 [lít]. Nếu chọn kết cấu bể dầu có dạnh hình hộp chữ nhật thì kích thước của nó được liên hệ với dung lượng theo phương trình: W = a.b.h = a.b.0,8H (3.32) trong đó: W - dung lượng dầu; a - chiều rộng bể dầu; b - chiều dài bể dầu, b = 2a; h - chiều cao mực dầu trong bể, h = 0,8H H - chiều cao bể dầu, H = 1,4a Ta có: 2,24a3 = 600 ( a =
= 645 mm. Chọn a = 645 mm; B = 1290 mm; H = 903 mm. 3.10.3. Kết cấu bể dầu. Kết cấu thùng chứa dầu cần đảm bảo sao cho có thể kiểm tra dễ dàng mức chất lỏng trong thùng. Để làm được điều này người ta thường dùng các mức chỉ dầu. Ở phía trên bể dầu có lỗ thoát khí để tránh bụi bẩn và không khí lọt vào thùng khi mức chất lỏng thay đổi, ở lỗ thoát ta đặt bộ lọc không khí như trên hình3.17. 3.11. ỐNG DẪN DẦU VÀ CÁC BỘ NỐI ỐNG. Ông dẫn dầu. Do làm việc với áp suất và lưu lượng cao nên ta chọn các ống dẫn chính bằng thép không hàn. Ông dẫn phải đảm bảo độ bền và tổn thất áp suất là nhỏ nhất. Điều đó có nghĩa là phải thiết kế ống dẫn ngắn nhất có thể được để giảm tổn thất áp suất. Đường kính trong của đường ống được xác định theo công thức:
, mm (3.33) trong đó: Q - lưu lượng qua ống, l/ph; v - vận tôc trung bình của dòng chất lỏng trong ống, m/s; Ông hút: v = 2 m/s; Ông đẩy: v = 4 m/s; Đối với đường ống do bơm Q1 cung cấp: Đường kính ống hút:
= 17 mm; Đường kính ống đẩy:
= 12 mm. Đối với đường ống do bơm Q2 cung cấp: Đường kính ống hút:
= 30 mm; Đường kính ống đẩy:
= 21 mm. Chiều dày thành ống được tính theo công thức kiểm nghiệm sức bền ống:
, N/m2 (3.34)
, cm (3.35) trong đó: s - chiều dày thành ống, cm; p - áp suất lớn nhất của chất lỏng, kG/cm2; d - đường kính trong của ống, cm; [(] - ứng suất cho phép của vật liệu ống dẫn, đối với thép, [(] = 500.105N/m2.
= 0,5 cm. Ông nối. Ông nối được dùng để nối các ống dẫn với các cơ cấu dầu ép khác hoặc nối các ống dẫn với nhau. Ở đây, máy ép thiết kế với áp suất làm việc khoảng 250 bar, ta có thể dùng bộ nối ống với đầu ống được nong rộng. Tuy đối với thép thì khó nong hơn đồng, nhôm và các loại ống mềm khác nhưng nhờ chiều dày thành ống khá nhỏ so với đường kính nên ống cũng được nong dễ dàng. Trên hình 3.18 là sơ đồ nối ống thẳng có ống nong, các kích thước có thể được chọn theo bảng 10-9, trang 249 - Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy- NXB KHKT 2002: d1 = 24 mm; D = 47 mm; D1= 52 mm; l = 16 mm; Ren ống hệ Anh: 1 inch, L = 59 mm. Trên hình 3.19 là sơ đồ mối nối ống 3 ngả có ống nong, sơ đồ này áp dụng cho mối lắp ở cuối đường ống. 3.12. CƠ CẤU LÀM KÍN. Trong máy ép trục thủy lực tháo lắp bánh xe lửa, cơ cấu làm kín quan trọng nhất la làm kín giữa pit tông xy lanh của xy lanh lực để ngăn các khoang làm việc và khoang chạy không. Ta gọi cơ cấu làm kín mối ghép chuyển động tịnh tiến. Nguyên lý làm việc của cơ cấu làm kín là tăng sức cản thủy lực qua khe hở ( của mối ghép pit tông xy lanh để giảm rò rỉ, sau đó dùng cơ cấu làm kín khác (cao su, chất dẻo tông hợp...) để làm tăng mức kín khít của mối ghép. Chọn cơ cấu làm kín nhiều cấp với vật liệu đàn hồi bằng cao su, kết cấu có mặt cắt hình chữ V. 3.13. BỘ TĂNG ÁP THỦY LỰC. Khi sử dụng bộ tăng áp thủy lực, máy ép thiết kế có mức độ an toàn về áp suất cao hơn do công dụng của bộ tăng áp là luôn luôn cung cấp dầu với áp suất cao hơn áp suất dầu từ bơm dầu cho máy ép làm việc. Hệ số tăng áp của bộ tăng áp là:
(3.36) trong đó: (M- hệ số tổn thất cơ khí, (M = 0,9; DH - đường kính pit tông áp suất thấp, cm; DB - đường kính pit tông áp suất cao, cm; pB - áp suất ở đường ra, kG/cm2; pH - áp suất ở đường vào, kG/cm2; Nếu pB = 240 kG/cm2; pH = 170 kG/cm2 thì:
= 1,5 Khi tăng áp suất lên bao nhiêu lần thì ta giảm lưu lượng của chất lỏng nhận được xuống bấy nhiêu lần và ngược lại:
(3.37) Nếu ta chọn D2 = DB = 20 cm, thì đường kính pit tông khoang vào (khoang áp suất thấp) là:
= 23 cm Chọn DH = 24 cm. Hành trình tăng áp của pit tông bộ tăng áp tác động thẳng được tính theo công thức:
(3.38) trong đó: (o - hệ số tổn thất thể tích do biến dạng đàn hồi của hệ thống máy ép, (o = 0,95; DB - đường kính pit tông áp suất cao; V - thể tích chất lỏng cần thiết cần thiết cho một hành trình của pit tông máy ép được cấp chất lỏng từ bộ tăng áp. Ta có:
trong đó: D - đường kính pit tông xy lanh ép, D = 42 cm; l - khoảng dịch chuyển của pit tông xy lanh ép, l = 60 cm;
83126 cm3 (
= 280 cm. Ta thấy, hành trình ép quá lớn nên không chọn bộ tăng áp tác động thẳng một chiều. Nếu chọn kết cấu bộ tăng áp tác động thẳng chuyển động khứ hồi như hình 3.22 thì dầu áp suất cao được cấp liên tục mà không phụ thuộc vào hành trình tăng áp HM. Nguyên lý hoạt động như sau: Khi dịch chuyển pit tông 7 (mang các pit tông áp suất cao) về vị trí đầu cùng thì pit tông thông qua thanh nối 12 và công tắc 11 sẽ cấp điện cho nam châm điện E1 hoặc E2. Sau đó, dầu từ bơm sẽ dịch chuyển pit tông về hướng ngược lại. Các pit tông áp suất cao sẽ thay phiên nhau hút dầu qua các van hút 8 và đẩy nó vào hệ thống qua van 10. Lượng dầu áp suất cao sẽ được cấp liên tục cho hệ thống máy ép. Bộ tăng áp hoạt động liên tục cho phép sử dụng các bơm pit tông áp suất cao đơn giản và rẻ mà không bị ngắt quãng do nhược điểm của bơm pit tông cao áp. Mặt khác nó còn làm tăng hiệu quả sử dụng đông cơ điện giảm thời gian hành trình không tải cũng như hành trình công tác. 3.13. DẦU ÉP VÀ MỠ BÔI TRƠN DÙNG TRONG HỆ THỐNG MÁY ÉP. Dầu ép. Chất lỏng làm việc trong hệ thống máy ép thủy lực tháo lắp bánh xe lửa có vận tốc và áp suất khá cao, do vậy chọn dầu sử dụng trong hệ thống phải thoả mãn một số yêu cầu nhất định. Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống gỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông đặc. Ngoài ra, cũng cần chú ý đến các đặc tính như khối lượng riêng và tạp chất cơ học. Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau: Có khả năng bôi trơn tốt các bề mặt tiếp xúc trong khoảng thay đổi lớn của nhiệt độ và áp suất làm việc. Trong khoảng nhiệt độ làm việc, độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ. Có áp suất hơi bão hoà thấp và nhiệt độ sôi cao. Có tính trung hoà (tính trơ với các bè mặt) kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí nhưng dễ dàng tách khí ra. Giữ được tính chất cơ học và hoá học trong một thời gian dài ở điều kiện bảo vệ bình thường. Có thời hạn phục vụ lâu, chịu được nhiệt độ cao, có khả năng chống hoá nước và ô xy hoá. Bản thân chất lỏng, hơi của nó và các chất do quá trình phân huỷ chất lỏng, không gây độc hại lớn. Có am đun đàn hồi thể tích lớn. Ít bị sủi bọt, có khối lượng riêng nhỏ. Có tính dẫn nhiệt tốt, hệ số nở nhiệt thấp, nhiệt dung riêng lớn. Không hút ẩm và khả năng hoà tan với nước không lớn, giữ được tính chất ở dạng êmuni, dễ dàng tách nước ra khi bị nước lẫn vào. Tính chất làm việc không bị ảnh hưởng nếu lượng nước dưới 1%. Có tính cách điện tốt, kể cả khi bị bẩn. Trong trường hợp đặc biệt có thể cho phép có mùi, nhưng yêu cầu chung là không có mùi, trong suốt. Không dễ cháy. Dễ sản xuất, giá thành rẻ. Từ các yêu cầu trên, ta có thể chọn dầu dùng cho máy ép thủy lực tháo lắp bánh xe lửa theo bảng 2-2, trang20, Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy, NXB khoa học và kỹ thuật 2002. Dầu  (OCT  Độ nhớt ở 50oC, cSt  Nhiệt độ bắt lửa, oC  Nhiệt độ đông đặc, oC  Khối lượng riêng, kg/m3   Ỉ C-50  (OCT 8675-62  42 ( 58  210  -20  890 ( 930   Công nghiệp 50  (OCT 1707-51  42 ( 58  200  -20  890 ( 930   Tua bin T57  (OCT 32-74  50 ( 55  195   930   MC-2, MK-22  (OCT 1013-49  157 ( 193  205 ( 210  -18 ( -14  805 ( 905   Mỡ bôi trơn. Trong máy ép thủy lực, mỡ bôi trơn cần chọn là mỡ bôi trơn ở phần tiếp xúc giữa lỗ may ơ và trục trong quá trình lắp ép. Ta chọn dùng mỡ LGEM2-SKF có ưu điểm chính là khi ép các sợi mỡ không bị đứt. Với các điểm bôi trơn thủy lực, chọn loại ký hiệu HLP 46 và HLP 68 (ISO VG DIN 51502) có độ nhớt ở 40oC là 41 ( 75 cSt. Để bôi trơn bánh răng dẫn động đầu kháng, ta chọn loại CLP 220 (ISO VG DIN 51502) có độ nhớt ở 40oC là 198 ( 242 cSt.