Giáo trình Máy ép thủy lực - Chương 5: Các van, bộ phân phối và đường ống trạm máy ép thuỷ lực

Nội dung text: Giáo trình Máy ép thủy lực - Chương 5: Các van, bộ phân phối và đường ống trạm máy ép thuỷ lực

1. Ch−ơng 5 Các van, bộ phân phối và đ−ờng ống trạm máy ép thuỷ lực 5.1. Các van Theo chức năng, trong máy ép thuỷ lực sử dụng các loại van sau đây: van nạp và van xả, van tiết l−u, van một chiều, van an toàn, van chặt, van kết hợp. Hình 5-1. Các van của máy ép thuỷ lực 1,8,9. các van; 2. lò xo; 3-10. vỏ áo của van; 4-12. cần của van; 5-11. thân vỏ; 6. đệm kín; 7. nút xả khí; 13. ống lót; 14. lỗ; 15. đệm kín; 16. nắp; 17. lò xo; 18. kim chỉ thị Theo ph−ơng thức hoạt động, các van đ−ợc chia ra làm ba loại: van có điều khiển (van nạp và xả), van tự động (van một chiều, van an toàn) và van hoạt động hỗn hợp (một số loại van chặn, van cấp). Đế của van có dạng côn, với góc là 450, áp suất trên vành côn đ−ợc lấy bằng 80 - 100 MPa. Các van phải đ−ợc dẫn h−ớng để đảm bảo sự đóng ổn định trên đế van. Chiều cao h của van đ−ợc lấy bằng (1,5 - 2,0)d. Khe hở giữa van là lỗ dẫn h−ớng th−ờng lấy bằng 0,1mm. Sơ đồ van nạp có điều khiển, không giảm tải, đ−ợc trình bày trên hình 5-1.a. 87
2. Thân van đ−ợc ép vào đế bằng lực: πd 2 Ρ = p + Π (5.1) 4 a trong đó: d- đ−ờng kính van; pa- áp suất n−ớc hoặc nhũ t−ơng; Π - lực ép của lò xo. Nếu lấy tỷ số truyền giữa tay quay và cần van bằng 1/25 và lực trên đòn bẩy 2 điều khiển là 80N (8kG) và bỏ qua lực lò xo và lấy Pa= 20MPa (200kG/cm ), thì theo biểu thức (5.1) ta nhận đ−ợc trị số giới hạn của đ−ờng kính van không có giảm tải là: 4.8.25 D = Ρ = 1,1cm 3,14.200 Sơ đồ hoạt động của van trong bộ phân phối n−ớc có giảm tải đ−ợc trình bày trên hình 5-1.b. Van chính 8 đ−ợc mở do tác dụng của cần van 12. Cần van đầu tiên sẽ nâng van giảm tải 9, sau đó sẽ mở van chính qua ống lót 13. Các lỗ 14 có đ−ờng kính khoảng 2mm sẽ làm tăng tác động của khe hở giữa van và vỏ áo. Nếu n−ớc áp suất cao đ−a vào khoang ở trên van qua tiết diện tổng f1 t−ơng đối nhỏ, thì van sẽ tự mở. Nếu tiết diện f1 lớn hơn nhiều so với tiết diện tổng f2, qua tiết diện đó n−ớc áp suất cao đ−ợc đ−a vào khoang nằm d−ới van, thì hiệu lực giảm tải sẽ bị giảm đi. Cần của van th−ờng đ−ợc làm liền với van giảm tải và đ−ợc làm kín từ hai đầu bằng các đệm 15. Vỏ áo của van 10 đ−ợc lắp vào thân vỏ van 11 có nắp che 16. Để điều chỉnh và quan sát sự nâng của van, có kim chỉ 18 đ−ợc ép vào cần van bằng lò xo 17. Lực nâng của van có giảm tải là: π Ρ = (d2 − d2 )Ρ + Τ + Π (5.2) 4 1 2 a trong đó: d1 - đ−ờng kính van giảm tải, cm; d2 - đ−ờng kính cần van, cm; T - lực ma sát ở các đệm, N. Tiết diện l−u thông của van: 88
3. Fpt Vvt f Κ = (5.3) vΚ trong đó: Fpt- diện tích của pittông của van; vpt- tốc độ pittông; v Κ - tốc độ chuyển động của chất lỏng qua van. Khi áp suất của chất lỏng p = 20-30MPa, v Κ của van nạp lấy đến 20 ữ 30m/s, v Κ của van xả lấy đến 10 ữ 15m/s. Độ cao nâng van đ−ợc chọn từ điều kiện cân bằng của diện tích l−u thông chất lỏng giữa đế van và van, với diện tích tiết diện l−u thông d−ới van. ở thời điểm mở ban đầu của van, tốc độ chất lỏng giữa van và đế van rất lớn. Vì vậy, cần đóng van bằng bề mặt côn và khe hở giữa phần hình trụ và vỏ áo của van. Nhờ đó sẽ giảm sự mài mòn bề mặt côn của van. Độ nâng bình th−ờng của van giảm tải là 2 ữ 4mm. Thân vỏ của van đ−ợc rèn từ thép 45, còn van và con đội van đ−ợc làm từ thép không rỉ, vỏ áo của van đ−ợc làm bằng đồng. Các van tiết l−u: đ−ợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ chuyển động của pittông. Vỏ áo của van có một mạng l−ới lỗ, cho phép điều chỉnh đều sức cản khi chất lỏng chuyển động qua van. Van có kết cấu nh− vậy gọi là van tiết l−u có điều khiển. Các van một chiều: van một chiều hoạt động tự động, van chỉ cho chất lỏng chuyển động theo một chiều. Nếu van một chiều có thêm lỗ nhỏ, nó trở thành van tiết l−u tự động. Nếu van một chiều có thêm cơ cấu mở van bằng động cơ thừa hành, nó trở thành van một chiều có điều khiển. Các van nh− vậy có thể sử dụng nh− van nạp, để ngăn ngừa sự tự hạ xuống của xà ngang. Các van an toàn: van an toàn dùng để hạ áp suất của chất lỏng khi áp suất v−ợt quá giới hạn đã định. Các van này đ−ợc chỉnh ở áp suất Hình 5.2. Bộ phân phối của cao hơn áp suất định mức 20-30%. máy ép thuỷ lực Van chặn: đ−ợc sử dụng để ngắt các bộ phận khác nhau của hệ thống thuỷ lực và khí. Các van có tiết diện nhỏ và trung bình đ−ợc làm không có giảm tải, còn các van có tiết diện lớn th−ờng đ−ợc làm có giảm tải. 89
4. 5.2. Các bộ phân phối Bộ phân phối th−ờng gồm có hộp van, van 1, các trụ đứng 2, bộ phận dẫn động con đội của van 3, cần điều khiển 4 (hình 5-2). Việc nâng các con đội đ−ợc thực hiện bằng các đòn gánh hoặc bằng các cam. Trong thời gian gần đây ng−ời ta càng sử dụng rộng rãi kiểu nâng con đội bằng cam. Bộ phân phối có các loại điều khiển khác nhau: điều khiển bằng tay, điều khiển bằng động cơ thừa hành và điều khiển từ xa. Các nh−ợc điểm của điều khiển bằng tay là làm ng−ời điều khiển chóng bị mệt mỏi và phải đặt các bộ phân phối ở gần vị trí điều khiển làm cản trở tới việc tiếp cận để sửa chữa các đ−ờng ống khi cần thiết. Trên hình 5-3 trình bày sơ đồ hoạt động của động cơ thừa hành dẫn động điều khiển máy ép với lực là 120MN. Khi quay cần điều khiển 1 làm dịch chuyển van tr−ợt điều khiển 2, khí nén sẽ đi vào khoang trái của xi lanh 3, còn khoang phải của xi lanh 3 đ−ợc nối thông với áp suất môi tr−ờng qua van điều khiển. Bộ giảm chấn dầu 4 sẽ ngăn ngừa sự chuyển động giật cục của pittông xi lanh khí. Đòn bẩy 5 và thanh kéo 6 làm quay trục của bộ phân phối. Cơ cấu đòn bẩy 7 thực hiện vai trò mối liên hệ ng−ợc. Nhờ đó trục của bộ phân phối sẽ quay một góc tỷ lệ thuận với góc quay của cần điều khiển. Hình 5-3. Sơ đồ hoạt động động cơ thừa hành dẫn động điều khiển máy ép rèn có lực là 120 MN 90
5. Xác định các thông số của thanh kéo và đòn bẩy của mối liên hệ ng−ợc điều khiển trên cơ sở sự đồng dạng của tam giác C1CB và A1A0B, BB1C1 và A1A0C1 (hình 5.3): l1 = l0(h1+h2)/h2 (5.4) l2 = l0(h1+h2)/h1 (5.5) trong đó: l0 - độ dịch chuyển của van tr−ợt điều khiển. Động cơ chấp hành đ−ợc điều khiển bằng van tr−ợt 1, van này có liên kết với cần điều khiển máy ép. Lực để làm dịch chuyển van tr−ợt không quá 10N, thậm chí đối với động cơ thừa hành tạo đ−ợc lực lớn hơn. Rotor 2 sẽ dịch chuyển theo van tr−ợt. Dầu từ bơm hoặc từ bình tích áp sẽ đi vào khoang 4. Khi van tr−ợt dịch chuyển sang trái thì rotor 2 cũng dịch chuyển sang trái một khoảng đúng bằng nh− vậy. Khi van tr−ợt dịch chuyển sang phải thì rotor cũng dịch chuyển sang phải. Để cải thiện sự tuân theo của rotor ng−ời ta làm van tr−ợt có độ trùng điệp bằng 0. Hình 5-4. Động cơ chấp hành làm việc bằng dầu 1. van tr−ợt; 2. rôto; 3. diện tích hoạt động; 4. đệm kín; 5. thân vỏ động cơ chấp hành Lực do động cơ thừa hành tạo ra đ−ợc tính nh− sau: - Khi hành trình sang phải: 91
6. π ρ = (D2 − D2 )ρ (5.6) Π 4 Η CP - Khi hành trình sang trái: π ρ = (D2 − d2 )ρ (5.7) 1 4 CP 0 trong đó: p - là áp suất dầu. Trong các kết cấu mới nhất của các máy ép thuỷ lực, th−ờng làm có điều khiển từ xa. Hệ thống điều khiển từ xa cho phép bố trí bộ phân phối ở gần các xi lanh thuỷ lực, điều này làm giảm đáng kể chiều dài đ−ờng ống áp suất và đ−ờng ống xả. Với bộ điều khiển từ xa, ng−ời ta sử dụng trục cam để dẫn động van, thay cho các trục có đòn gánh. Để điều chỉnh sự quay của trục phân phối, ng−ời ta lắp động cơ điện hoặc khớp nối vào đ−ờng chéo của cầu Utston. Đồng hồ đo điện thế của một nhánh đ−ợc nối với cần điều khiển, còn đồng hồ đo điện thế của nhánh khác đ−ợc nối với trục phân phối. Khi quay đòn bẩy điều khiển sẽ xảy ra mất cân bằng của cầu đo và xuất hiện dòng điện ở đ−ờng chéo, dòng điện này đ−ợc khuếch đại bằng bộ khuếch đại điện tử và đ−ợc đ−a tới các đầu cực của động cơ điện hoặc tới khớp nối. Động cơ điện hoặc khớp nối sẽ đóng và trục phân phối sẽ quay. Khi trục phân phối quay, làm cho sự chênh lệch điện trở của các nhánh của cầu giảm tới 0, khớp nối và động cơ điện sẽ đ−ợc ngắt. 5.3. Va đập thuỷ lực ở các đ−ờng ống Khi có sự thay đổi đột ngột tốc độ chuyển động của chất lỏng trong đ−ờng ống (khi đóng hoặc mở rất nhanh các van của bộ phân phối) sẽ xuất hiện sóng va đập với áp suất cao, đ−ợc gọi là va đập thuỷ lực. Có thể xác định áp suất cực đại của sóng va đập, nếu khi phanh cột chất lỏng, toàn bộ động năng đ−ợc chuyển thành công kéo thành vách của ống và nén chất lỏng: K= AC.T+Anl (5.8) trong đó: K- động năng của cột chất lỏng chuyển động ; ACT - công để kéo thành vách của đ−ờng ống; Anl - công để nén chất lỏng trong ống. Trong tr−ờng hợp nếu nh− đ−ờng ống có đ−ờng kính d không đổi và chiều dài l: 92
7. πd2 v2 K= .ρl (5.9) 4 2 trong đó: ρ - tỷ trọng của chất lỏng; v - tốc độ chuyển động của chất lỏng trong ống. Để xác định ACT, xét tr−ờng hợp kéo ống mỏng, nó th−ờng hay gặp ở các đ−ờng nạp và đ−ờng xả chất lỏng. Việc thay ống mỏng bằng ống dày khi tính toán không làm thay đổi nguyên tắc tính: 2 2 π.d py A = dl (5.10) CT 4 2δE trong đó: p - áp suất va đập ; δ - chiều dày thành ống ; E - môđun đàn hồi vật liệu làm ống. Công để ép cột chất lỏng trong ống: 2 2 π.d py Al = l (5.11) 4 2El trong đó: El - môđun đàn hồi của chất lỏng. Sau khi thay biểu thức (5.9) ữ (5.11) vào (5.8) và biến đổi, ta nhận đ−ợc: py = a.ρ.v (5.12) trong đó: a - tốc độ lan truyền sóng va đập trong đ−ờng ống El p a = (5.13) ⎡Eld ⎤ 1+ ⎢ ⎥ ⎣ Eδ ⎦ Công thức (5.13) của H. E. Zucovxki để xác định đúng áp suất lớn nhất va đập thuỷ lực khi va đập trực tiếp, thời gian kéo dài của va đập T = 2l/a, sẽ lớn hơn thời gian đóng đ−ờng ống T3, có nghĩa là T > T3 (l - chiều dài đ−ờng ống). ở dạng tổng quát, biểu thức (5.11) có dạng: ∆py = a ρ ∆v (5.14) trong đó: ∆py- sự tăng áp suất va đập ; ∆v - l−ợng tốc độ bị thất thoát của chất lỏng khi chuyển động trong ống. 93
8. Va đập thuỷ lực trực tiếp có thể xảy ra khi đóng nhanh các van của bộ phân phối nếu nh− đ−ờng ống từ bình tích áp đến máy ép có chiều dài khá lớn. Nguyên tắc hoạt động của bộ bù trừ thuỷ lực là khi có sự tăng áp suất chất lỏng sẽ làm dịch chuyển pittông và ép đàn hồi chi tiết (không khí hoặc lò xo), vì vậy quá trình va đập sẽ chuyển thành quá trình dao động. Trên hình 5-5 trình bày các bộ bù trừ va đập thuỷ lực đ−ợc sử dụng rộng rãi. Các bộ bù trừ ở hình 5.5a,b đ−ợc sử dụng ở đ−ờng cao áp suất. Bộ bù trừ hình 5-5.c đ−ợc sử dụng ở đ−ờng nạp và cấp khí nén áp suất 0,8 ữ 1,0 MN/m2 (8 -10 kG/cm2). Việc tính toán bộ bù trừ th−ờng làm gần đúng, bắt đầu từ điều kiện là coi cột chất lỏng chuyển động sẽ tiếp nhận toàn bộ năng l−ợng từ bình tích áp hoặc từ thùng nạp. Ta có thể xác định động năng của chất lỏng chuyển động trong ống ở thời điểm đóng đ−ờng ống từ ph−ơng trình (5.9). Quá trình nén không khí ở bộ trừ đ−ợc coi là nén đoạn nhiệt (hệ số đoạn Hình 5-5. Các bộ bù trừ va đập thuỷ lực nhiệt n =1,4). Khi đó, năng l−ợng do bộ trừ hấp phụ có thể biểu thị bằng ph−ơng trình: ⎡ n−1 ⎤ q0p0 ⎢⎛ pk ⎞ n ⎥ K = ⎢⎜ ⎟ −1⎥ (5.15) n −1 ⎢⎝ p0 ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ trong đó: p0 - áp suất ban đầu của không khí ở bộ trừ ; q0 - thể tích ban đầu của không khí ở bộ trừ. Cho tr−ớc q0 và lấy p0 = pa hoặc p0 = pH với pH - áp suất định mức trong hệ thống thuỷ lực của máy ép, ta có thể xác định áp suất cuối pk của không khí trong bộ bù trừ. Trong bộ bù trừ kiểu lò xo, động năng của chất lỏng đ−ợc chuyển động đ−ợc dùng để nén lò xo: 94
9. 3 4D n 2 2 K = (Pk − P0 ) (5.16) Gd4 trong đó: Pk và P0 - lực cuối và lực ban đầu tác dụng lên lò xo ; D - đ−ờng kính trung bình của lò xo; G - môđun đàn hồi xoắn của lò xo ; d - đ−ờng kính tiết diện dây của lò xo Biết K và cho tr−ớc các trị số D, n, G, d, P0 thì theo công thức (5.16) ta xác định Pk và độ ép ngắn của lò xo theo công thức: 8P D3 λ = k n (5.17) Gd4 5.4. đ−ờng ống và phụ tùng Các đ−ờng ống của trạm máy ép có các loại cao áp, thấp áp và loại áp suất biến đổi. Các đ−ờng ống áp suất thay đổi là loại có thể cho chất lỏng áp suất cao đi qua và chất lỏng áp suất thấp đi qua. Tiết diện của đ−ờng ống đ−ợc tính trên cơ sở tốc độ cho phép của chuyển động chất lỏng. Với ống áp suất cao 20-30 MN/m2 (200 - 300 kG/cm2) cho phép chuyển động của n−ớc hoặc nhũ t−ơng tới 8 - 10 m/s và dầu khoáng tới 5-6 m/s. Với đ−ờng ống áp suất thấp cho phép tốc độ chuyển động của n−ớc là 3 - 4 m/s và dầu khoáng 2,5 - 3 m/s. Khi thiết kế và lắp đặt đ−ờng ống nên giảm đến mức nhỏ nhất số l−ợng các chỗ nối và thay thế chúng bằng các mối hàn. Các mối hàn không đòi hỏi phải theo dõi và bảo d−ỡng th−ờng xuyên. Vật liệu làm ống là thép cacbon có 2 2 σb = 400 - 500 MN/m (40- 50 kG/mm ) và có độ dãn dài δ = 10 - 30%, có tính chịu hàn cao hoặc rất cao. Lực ép của các bu lông: Pb > Fy pp + Fnp py (5.18) trong đó: Fy - diện tích tiết diện ngang của ống ; pp - áp suất công tác ; Fnp - diện tích đệm chịu lực ép ; Py - áp suất tác dụng trên đệm (đối với đệm mềm ~ 2pp, với đệm kim loại thì áp suất này bằng giới hạn chảy của vật liệu). 95
10. Các mối nối đ−ờng ống kiểu có vành côn (hình 5-6) đã chứng tỏ chất l−ợng chất lỏng tốt trong sử dụng. Khi không có lực ép và áp suất bên trong thì đệm kiểu vành côn sẽ tiếp xúc thẳng với bề mặt nghiêng của đ−ờng ống. Khi có lực ép, sẽ gây tác dụng làm kín. Các vành côn đ−ợc chế tạo bằng vật liệu nh− là vật liệu đ−ờng ống. Khi thiết kế đ−ờng ống cần phải xem xét đến sự cần thiết xả khí (đặt các nút xả khí), sự giãn nở của khí vì nhiệt của đ−ờng ống (phần bù trừ), sự rung động của đ−ờng ống (cố định chặt đ−ờng ống), khả năng cải thiện các điều kiện lắp đặt đ−ờng ống, khả năng xuất hiện va đập thuỷ lực và sự cần thiết phải thay thế các chi tiết đệm kín. Hình 5-6. Các mối ghép nối đ−ờng ống a. áp suất thấp; b. áp suất cao 5.5 Tính chọn van cho máy ép 500T 5.5.1. Van phân phối Van phân phối sử dụng trong hệ thống thuỷ lực của máy ép đ−ợc chọn là các van tr−ợt 4 cửa, 2 chiều đ−ợc điều khiển bằng dầu thuỷ lực. Van phân phối có nhiệm vụ phân chia và định h−ớng dòng dầu thuỷ lực vào các đ−ờng ống khác nhau theo các tín hiệu điều khiển và trả dầu về thùng chứa. Khi lựa chọn van phân phối, cần phải căn cứ vào những tính năng kỹ thuật nh− kiểu đóng mở van, áp lực và l−u l−ợng dầu qua van. 96
11. Bảng 5-1 Các thông số của van phân phối dùng cho bơm bánh răng STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị 1 áp lực dầu vào van lớn nhất MPa 17 2 L−ợng tụt áp cho phép lớn nhất MPa 0,8 3 L−ợng dầu qua van: l/ph - Định mức 160 - Cao nhất 200 Trong hệ thống thuỷ lực của máy, sử dụng hai loại van phân phối: + Loại van phân phối dầu có l−u l−ợng lớn, áp suất không cao từ bơm bánh răng. + Loại van phân phối dầu có l−u l−ợng nhỏ nh−ng áp suất cao dẫn từ bơm pittông cao áp. Căn cứ vào tốc độ dòng dầu, l−u l−ợng của các bơm trong hệ thống, chọn 2 loại van phân phối có các thông số kỹ thuật sau. + Loại van phân phối dùng cho bơm bánh răng + Loại van phân phối dùng cho bơm pittông Bảng 5-2 Các thông số của van phân phối dùng cho bơm pittông STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị 1 áp lực dầu vào van lớn nhất MPa 40 2 L−ợng tụt áp cho phép lớn nhất MPa 3 3 L−ợng dầu qua van: l/ph - Định mức 90 - Cao nhất 125 Nguyên lý làm việc của van phân phối 4 cửa điều khiển bằng thuỷ lực nh− hình 5-7. Trong tr−ờng hợp không có lực tác dụng từ hai cửa C và D, con tr−ợt ở vị trí giữa van 1, van phân phối đóng hoàn toàn. Muốn đ−a dầu cao áp từ cửa P ra cửa A và dầu về từ cửa B qua cửa T, cho dầu điều khiển vào cửa C, con tr−ợt dịch chuyển sang phải (vị trí 2). 97
12. Hình 5-7. Sơ đồ nguyên lý của van phân phối A, B. đ−ờng dầu nối với thiết bị thuỷ lực; P. đ−ờng dầu vào cao áp; T. đ−ờng dầu về thấp áp; C, D. đ−ờng dầu điều khiển Muốn đ−a dầu cao áp từ cửa P ra cửa B và dầu về từ cửa A ra cửa T, cho dầu điều khiển đi vào cửa D, con tr−ợt dịch chuyển sang trái (vị trí 3). Hình 5-8. Các vị trí hoạt động của van phân phối 5.5.2. Tính chọn van an toàn Van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thuỷ lực v−ợt quá trị số qui định. Với công dụng chung nh− trên, tuỳ theo yêu cầu công việc và đặc điểm cấu tạo, van an toàn có nhiều chức năng khác nhau, tuy vậy trong hệ thống thuỷ lực của máy ép thuỷ lực, van an toàn có hai chức năng quan trọng nhất là: - Đảm bảo tuổi thọ các chi tiết và máy. - Duy trì tính năng hoạt động của hệ thống theo qui định kỹ thuật. Để bảo đảm tuổi thọ cho hệ thống truyền dẫn thuỷ lực, van an toàn phải khống chế cho áp lực dầu của hệ thống không v−ợt quá áp lực định mức cho 98
13. phép. Nếu v−ợt quá áp lực này, các đ−ờng ống có thể bị nứt, vỡ, gioăng, phớt bị hỏng, chi tiết máy sẽ bị mòn, chóng hỏng thậm chí có thể gây mất an toàn khi vận hành máy. Van an toàn có rất nhiều kiểu, chủng loại khác nhau, thông th−ờng trong hệ thống thuỷ lực có các loại van an toàn nh−: - Van đóng mở bằng lò xo hay áp lực dầu. - Van tác động trực tiếp hay vi sai, van có tác dụng trợ động (hai cấp) Trên cơ sở mục đích sử dụng, van an toàn đ−ợc tính chọn chủ yếu theo hai thông số chính là áp lực dầu định mức và l−u l−ợng dầu qua van. Nguyên lý làm việc của van dựa trên sự cân bằng tác dụng của những lực ng−ợc chiều nhau trên nút van: lực tạo thành bởi kết cấu van (lò xo, đối trọng ) và áp suất của chất lỏng. Khi áp suất chất lỏng từ nguồn cung cấp cho hệ thống v−ợt quá trị số qui định, áp suất chất lỏng tác dụng trên nút van thắng đ−ợc lực cản của lò xo và hình thành khe hở giữa nút van và lỗ, một phần chất lỏng qua khe hở này trở về thùng chứa và áp suất chất lỏng sẽ trở về giá trị Hình 5-9. Sơ đồ tính van an toàn qui định, quá trình này diễn ra 1. lò xo nén; 2. nút chặn van; 3. thân van không th−ờng xuyên. Do đặc điểm của các phần tử năng l−ợng trong hệ thống, hệ thống thuỷ lực của máy cần sử dụng hai loại van an toàn, loại 2,5 MPa cho bơm bánh răng và loại 40 MPa cho bơm pittông. Để chọn đ−ợc van an toàn ta căn cứ vào đ−ờng kính làm việc cần thiết của van. Đ−ờng kính lỗ van đ−ợc tính theo công thức: 4Q D = v Πv trong đó: Dv - đ−ờng kính lỗ van; Q - l−u l−ợng bơm; V - vận tốc dầu. Vận tốc dầu qua van đ−ợc chọn theo bảng 5-3 Nh− vậy, với van chịu áp 2,5 MPa ta chọn v1= 13 m/s Với van chịu áp 40 MPa ta chọn v2 = 25 m/s Thay số vào công thức tính ta đ−ợc: 99
14. 4Q 4.2.10 −1 Dv1 = = = 0,0174 m Πv1 3,14.13.60 Hay D v1 =17,4mm Bảng 5-3 Vận tốc dầu qua van an toàn phụ thuộc áp suất mở van áp suất mở van, MPa 0,5 - 1,2 1,2 -20 > 20 V, m/s 5 -12 12 - 15 25 - 30 T−ơng tự ta có: 4Q 4.8.10 −2 Dv2 = = = 0,008 m Πv2 3,14.25.60 Hay D v2 = 8 mm Căn cứ vào đ−ờng kính lỗ van, chọn kiểu van cho từng loại nh− sau: • Van chịu áp 2,5 MPa: chọn kiểu van tác dụng trực tiếp có các thông số nh− bảng 5-4. Nguyên lý hoạt động của van an toàn tác dụng trực tiếp đ−ợc trình bày trên hình 5-10. Bảng 5-4 Bảng thông số van an toàn tác dụng trực tiếp kiểu nút côn STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị 1 Hành trình đóng, mở van mm 5 2 áp lực dầu định mức MPa 2,5 3 Tổn thất áp lực qua van l/ph - Định mức 18 - Nhỏ nhất 1,5 4 Trọng l−ợng van kG 2 100
15. D−ới tác dụng của lò xo nén 2, nút van 3 luôn giữ ở vị trí đóng. Khi áp suất dầu v−ợt quá mức cho phép, áp lực dầu thắng lực cản lò xo 2 nâng nút van 3 lên, mạch chính và mạch ra của van đ−ợc nối với nhau, dầu qua cửa van T về thùng dầu, bơm làm việc ở chế độ không tải. • Van chịu áp 40 MPa: Van an toàn tác dụng trực tiếp (van an toàn Hình 5-10. Sơ đồ nguyên lý của van an một cấp) không sử dụng đ−ợc trong toàn tác dụng trực tiếp hệ thống thuỷ lực có áp suất cao, vì 1. thân van; 2. lò xo; 3. nút van kích th−ớc của van, nút van sẽ rất lớn, lực lò xo phải tăng quá mức cho phép. Để giảm lực lò xo ở điều kiện áp suất và l−u l−ợng lớn, đảm bảo độ nhạy của van và độ ổn định về áp suất trong van có thể sử dụng kiểu van an toàn hai cấp (còn gọi là van an toàn có tác dụng trợ động) có các thông số nh− bảng 5-5. Bảng 5.5 Bảng thông số kỹ thuật van an toàn tác dụng hai cấp STT Đại l−ợng đơn vị tính Giá trị 1 Hành trình đóng, mở van mm 40 2 áp lực dầu định mức MPa 40 3 Tổn thất áp lực qua van l/ph - Định mức 200 - Nhỏ nhất 20 4 Trọng l−ợng van kG 15 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van an toàn hai cấp nh− hình 5-11. Chất lỏng có áp suất p1 từ ngăn a qua lỗ tiết l−u 6 đi vào ngăn b sau đó đi vào van an toàn phụ 3. D−ới tác dụng của lò xo 4 và áp suất chất lỏng trong ngăn b, nút van 1 đ−ợc giữ ở vị trí đóng. Khi lực do áp suất chất lỏng trong ngăn b đủ để thắng đ−ợc lực của lò xo 2 van phụ 3 sẽ mở. Khi đó áp suất trong ngăn b do sức cản của lỗ tiết l−u giảm và nút van 1 sẽ tách khỏi đế 5. áp suất p1 trong ngăn a cũng giảm tới trị số mà l−u l−ợng chất lỏng qua van 3 sẽ bằng l−u l−ợng qua tiết l−u vào ngăn b. Bằng cách điều chỉnh lực căng sơ bộ lò xo 2 của van phụ 3 có thể điều chỉnh đ−ợc van chính. Lỗ thông c giữa ngăn d và e để căn bằng nút van 1. Kênh f nối với mạch chất lỏng về thùng dầu, áp suất chất lỏng trong ngăn b giảm xuống 101
16. bằng áp suất p2 ở mạch ra. Nút van 1 chuyển động lên, mạch chính và mạch ra đ−ợc nối với nhau, bơm làm việc ở chế độ không tải. 5.5.3. Tính chọn đồng hồ đo áp suất Đồng hồ đo áp suất của hệ thống cho biết đ−ợc áp lực tác dụng lên xi lanh công tác và xi lanh đẩy phôi. Để dễ tháo lắp đồng hồ vào hệ thống thuỷ lực phải dùng van chặn. Van chặn hoạt động theo nguyên lý dùng khe tiết l−u để dập tắt dao động của dầu thuỷ lực trong hệ thống tr−ớc khi đ−a vào đồng hồ đo áp suất, nh− vậy bảo đảm cho đồng hồ đo đ−ợc áp suất chính xác. Việc chọn đồng hồ đo áp suất lắp vào hệ thống thuỷ lực phụ thuộc Hình 5-11. Sơ đồ nguyên lý hoạt động vào áp suất cực đại của bơm. của van an toàn hai cấp Đồng hồ đo áp suất đ−ợc chọn theo ΓOCT 8625-9 có các thông số sau: Bảng 5-6 Các thông số đồng hồ đo áp suất STT Đại l−ợng Đơn vị đo Giá trị 1 Đ−ờng kính lỗ dầu vào àm 45 2 Độ chính xác đo MPa 2,5 - 4 3 Giới hạn đo áp suất d− MPa 1 - 60 5.5.4. Tính chọn van chia dòng Van chia dòng dùng để chia chất lỏng công tác ra làm những dòng theo các tỷ lệ cần thiết với mục đích đồng bộ sự chuyển động của các cơ cấu chấp hành mà không phụ thuộc vào giá trị tải trọng tác dụng lên chúng. Việc ổn định qua hệ l−u l−ợng chất lỏng công tác trong van chia dòng dựa theo nguyên lý tự động khống chế l−u l−ợng bằng tiết l−u trên đ−ờng dẫn. 102
17. Hình 5-12. Sơ đồ nguyên lý của van chia dòng 1,2. tiết l−u; 3. con tr−ợt; 4. thân van Căn cứ vào l−u l−ợng và áp lực của hệ thống ta chọn van chia dòng dạng KD-32-20 (Liên xô), các thông số của van đ−ợc thể hiện trong bảng sau: Bảng 5-7 Thông số chọn van chia dòng STT Đại l−ợng Đơn vị tính Giá trị 1 L−u l−ợng đầu vào l/ph 130 - 160 2 áp suất định mức MPa 40 3 Tổn hao áp suất tối đa MPa 1 4 Độ sai số chia dòng tối đa % 1 5 Khối l−ợng kG 13,5 5.5.5. Tính chọn bộ lọc dầu Bộ lọc dầu có nhiệm vụ làm sạch chất lỏng công tác khỏi các chất cặn, bẩn từ bên ngoài vào hoặc do sự mài mòn các chi tiết khi làm việc, bảo đảm cho hệ thống làm việc ổn định, tăng tuổi thọ cho các chi tiết. Để làm sạch các chất bẩn dạng cứng ng−ời ta th−ờng dùng ph−ơng pháp cơ khí (bộ lọc có các phần tử lọc dạng lỗ hoặc khe, vật liệu làm lòi lọc th−ờng dùng l−ới kim loại, vải, giấy hoặc gốm). Trong máy ép thuỷ lực này, chọn phần tử lọc là l−ới kim loại, bộ lọc bằng l−ới kim loại có −u điểm là l−u l−ợng lọc lớn, độ bền t−ơng đối cao, khả năng chịu áp lực tốt. 103
18. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc: Dầu vào cửa A đi vào bộ lọc qua cửa C, qua các mắt l−ới của l−ới lọc 2, đi vào ống 3, qua cửa E và thoát ra ở cửa B. Nếu mắt l−ới bị tắc, áp suất dầu trong bộ lọc tăng lên đẩy van 4 mở ra, dầu sẽ thoát thẳng ra lỗ B, không qua l−ới lọc, không phá huỷ bộ lọc. Để bảo đảm l−u l−ợng cho bộ lọc, chọn kích th−ớc l−ới lọc là 0,08 - 1 mm. Hình 5-13. Sơ đồ nguyên lý bộ lọc dầu thuỷ lực 1. thân bộ lọc; 2. l−ới lọc; 3. ống dẫn; 4. van an toàn 5.5.6. Tính chọn thùng dầu Thùng dầu trong hệ thống thuỷ lực có các chức năng sau: - Chứa toàn bộ l−ợng dầu cần thiết phục vụ cho hệ thống thuỷ lực của máy. - Góp phần làm mát dầu. - Đảm bảo lọc sạch dầu tr−ớc khi đ−a vào hệ thống. - Tạo điều kiện làm lắng các cặn bẩn, mạt kim loại. - Đổi mới, bổ sung dầu trong quá trình làm việc. Dung tích thùng chứa dầu đ−ợc xác định theo [2]: V = (2-3) Q trong đó: Q - l−u l−ợng bơm thuỷ lực, l/ph V - thể tích thùng dầu, l. Mặt khác, để thùng dầu có mặt thoáng và tăng khả năng làm mát của dầu ta chọn thể tích của mặt thoáng trong thùng dầu bằng 10-15% thể tích dầu của hệ thống. Trong hệ thống thuỷ lực này ta cần hai thùng dầu: - Thùng dầu chính đặt trên sàn cung cấp dầu cho toàn hệ thống. 104
19. - Thùng dầu phụ cung cấp dầu cho xi lanh chính. Nh− vậy, để cung cấp dầu đủ cho xi lanh ở hành trình công tác lớn nhất, thể tích của thùng dầu phụ sẽ là: Vp = 1,15.Vxmax = 1,15.F.H 3 3 Vxmax = H.F = 600.125600 = 75360000 mm hay 0,07536 m trong đó: - F: diện tích tiết diện ngang của xi lanh chính. - H: hành trình lớn nhất của pittông chính. - Vxmax: thể tích dầu lớn nhất trong xi lanh công tác. 3 Thay số ta có: Vp = 1,15.75360000 = 86664000 (mm ), hay Vp = 86,664 l. Chọn kích th−ớc thùng dầu phụ là ( Dài x Rộng x Cao ): DxRxC = 0,6 m x 0,4 m x 0,37 m - Thể tích của thùng dầu chính là: Vc = 3(Q 5 + Q6 + Q8 )ì1,15+ Vp = 638,664 (l) Chọn kích th−ớc thùng dầu chính là ( Dài x Rộng x Cao ): D x R x C = 1,2 m x 0,67 m x 0,8 m 5.5.7. Tính chọn ống dẫn dầu ống dẫn dầu có nhiệm vụ truyền năng l−ợng từ bơm dầu đến các cơ cấu chấp hành. Yêu cầu cơ bản của ống dẫn dầu là phải có độ bền cao và tính đàn hồi tốt. Các mối nối phải bảo đảm kín khít tránh dò dầu và không khí từ ngoài lọt vào hệ thống. Trong hệ thống thuỷ lực của máy ép thuỷ lực 500 T này chọn các ống của đ−ờng dầu điều khiển là các ống làm bằng đồng, các ống của đ−ờng dầu áp lực chính làm bằng thép. Kích th−ớc cơ bản của ống dẫn dầu là đ−ờng kính trong. Chọn đ−ờng kính trong của ống theo công thức: 4Q d = Πvgh trong đó: - d: đ−ờng kính ống, m; - Q: l−u l−ợng, m3; - vgh: vận tốc dầu trong ống, vgh = 5-10 m/s; với ống dẫn dầu điều khiển lấy vgh = 5 m/s; với ống dẫn dầu chính lấy vgh = 10 m/s. Thay số ta có: • với ống dẫn dầu điều khiển 105
20. 4.0,08 dđk = ≈ 0,0146(m) 3,14.8.60 • Với ống dầu áp lực 4.0,2 d = ≈ 0,03(m) al 3,14.10.60 Chọn ống dẫn dầu tiêu chuẩn, ta có: - ống dẫn của đ−ờng dầu điều khiển + Đ−ờng kính trong: 15 mm. + Chiều dày ống: 2 mm. - ống dẫn của đ−ờng dầu áp lực + Đ−ờng kính trong: 30 mm. + Chiều dày ống: 2,5 mm. 5.5.8. Tính chọn động cơ điện Theo sơ đồ thuỷ lực hệ thống cần phải có 2 động điện 3 pha để dẫn động các bơm. Ta tính chọn động cơ điện theo công suất của các bơm dầu. Công suất của các bơm là: Bơm l−u l−ợng: 200 N5 = p5 . Q5 = 2,5. = 8,333 (kW ) 60 Bơm điều khiển: 100 N6 = p6 . Q6 = 2,5. = 4,167 (kW ) 60 Bơm pittông cao áp: 30 N8 = p8 . Q8 = 50. =15 (kW) 100 Công suất động cơ dẫn cho bơm l−u l−ợng và bơm pittông cao áp là: NA = N6.η6 + N8.η8 = 0,92.(15+8,333) = 23,333 kW Công suất động cơ dẫn cho bơm điều khiển là: NB = N5.η5 = 0,92.4,167 = 3,834 kW trong đó: p - áp suất làm việc của bơm, MPa; Q - l−u l−ợng bơm, l/s; η - hiệu suất bơm dầu. 106
21. Loại động cơ dùng cho bơm l−u l−ợng và bơm pittông có các thông số nh− bảng 5-8. Động cơ dùng cho bơm điều khiển bảng 5-9. Bảng 5-8 Thông số của động cơ dùng cho bơm l−u l−ợng và bơm pittông Loại động cơ điện Công suất trên trục, kW Tốc độ quay của trục, v/ph A2 - 72 30 1450 Bảng 5-9 Thông số của động cơ dùng cho bơm điều khiển Loại động cơ điện Công suất trên trục, kW Tốc độ quay của trục, v/ph AO2 4 1450 107