Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống máy khoan tự động bằng thủy lực
Báo cáo đồ án truyền động thủy khí LỜI NĨI ĐẦU Cùng với phát triển không ngừng thiết bị tự động hóa, ngày thiết bị truyền truyền dẫn, điều khiển khí nén-thủy lực sử dụng máy moc trở nên rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy bay, tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm,… thiết bị làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo xác, cơng suất lớn với kích thước nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng không gian chật hẹp so với thiết bị truyền động điều khiển khí hay điện Việt Nam khơng nằm ngồi phát triển giới, thiết bị đại thay thiết bị lạc hậu cũ kỹ Các nhà máy, xí nghiệp mở rộng, sản xuất vật dụng từ nhỏ đến lớn ngày phức tạp cách hồn tồn tự động Và q trình sản suất, cần có ln chuyển phơi nhanh chóng dây chuyền Ở đấy, thiết bị điện thường sử dụng rộng rãi Ở phạm vi đồ án mơn học, em xin trình bày thiết kế HỆ THỐNG MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC Đây máy khoan có tính bán tự dộng, gia cơng nhiều chi tiết đáp ứng tốt cho nhu cầu sản xuất hoàn loạt TP.HCM , ngày 27 tháng năm 2012 Sinh viên 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí LỜI CÁM ƠN Sau q trình, tìm hiểu, nghiên cứu, thực đề tài, giúp đỡ tận tình q thầy mơn điện tử khoa khí máy trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, đặc biệt thầy Nguyễn Trường Thịnh, em hồn thành đề tài thành cơng tốt đẹp Các thầy cô tạo điều kiện cho em làm quen với việc thiết kế, tính tốn chi tiết, hồn thành thiết bị máy móc thực tế Đây kiến thức, kinh nghiệm quí báo, làm tiền đề để em làm đồ án điện tử hoàn chỉnh kỳ sau, trang bị them số kiến thức để trường, vào môi trường làm việc cụ thể không bỡ ngỡ Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến: Khoa khí máy - Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Bộ môn điện tử - khoa khí chế tạo máy Thầy Nguyễn Trường Thịnh – giáo viên hướng dẫn đề tài, khoa khí chế tạo máy, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Quý thầy cô môn điện tử, khoa khí chế tạo máy Tập thể lớp 091111 Đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, giải đáp thắc mắc giúp em kiểm tra, đôn đốc, nhắc nhở hướng, tạo điều kiện thật tốt để em hồn thành tốt đề tài Mặc dù cố gắng lần thực đề tài quy mơ đồ án nên q trình thực hiện, em có làm sai, gây rắc rối, làm phiền thầy xin thầy đóng góp rút kinh nghiệm để em thực tốt đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình q thầy bạn TP.HCM , ngày 27 tháng năm 2012 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Sinh viên NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TP.HCM , ngày … tháng … năm 2012 GVHD 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH MỤC LỤC Nội dung Trang Lời nói đầu Lời cám ơn Nhận xét giáo viên hướng dẫn Mục lục Phần 1: Phân tích phương án – chọn hệ thống truyền động – phân tích mạch thiết kế I.Phân tích phương án, chọn hệ thống truyền động 1.yêu cầu thiết kế 2.phương án thiết kế 3.thiết kế II.thiết kế mạch 1.Qui trình 2.Chọn xy lanh 3.Lập biểu đồ trạng thái 4.Lập qui trình thực theo phương pháp tầng .8 5.Sơ đồ mạch điều khiển điện thủy lực .8 Phần : thiết kế hệ thông truyền động thủy lực I.lịch sử hình thành phát triển 1.lịch sử hình thành 2.phạm vi ứng dụng 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí 3.ưu nhược điểm 10 4.van điện từ 11 II.Tính tốn thiết kế hệ thống thủy lực 15 3.Tính toán xy lanh : 16 Phần III :thiết kế hệ thống gá đặt 23 1.Tính tốn bu long : 23 Tài liệu tham khảo 27 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí PHẦN : PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN – CHỌN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG – THIẾT KẾ MẠCH THIẾT KẾ I Phân tích phương án, chọn hệ thống truyền động Yêu cầu thiết kế : Theo yêu cầu qui trình sản xuất, Máy khoan có khả khoan chi tiết lúc cách bán tự động Thông số kỹ thuật phơi sau: Vật liệu : thép có độ cứng ≤ 760 (MPa) Kích thước phơi gia cơng lớn : D= 40mm, h = 100(mm) a) Mũi khoan : Vật liệu thép gió Đường kính mũi khoan lớn : Dmax = 15(mm) Chiều sâu cắt t lớn t = D/2 =7,5(mm) Chiều sâu lỗ khoan chi tiết 50(mm) Lượng chạy dao :S = 0.53(vòng/phút) Vận tốc cắt V = 17,4(m/ph) 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Phương án thiết kế Các phương án đưa ban đầu là: - Sử dụng may khoan truyền động băng bánh răng, dùng tay để điều khiển - Dùng cấu truyền động khí nén - Dùng cấu truyền động thủy lực Qua phân tích, ta thấy Trước u cầu khoang có đọ xác tương đối có lực khoan lớn, linh hoạt thay đổi quy trình cơng nghệ, suất cao: Phương án khó đạt yêu cầu suất Phương án , lực khơng đủ lớn,thiếu xác Ta chọn phương án 3, dùng cấu thủy lực Thiết kế -Máy khoan thiết kế với tổng cộng xilanh (8 xi lanh đẩy đôi) - với công tác hành trình -Thanh nâng giữ vưng trụ đỡ ngang chịu tải trọng 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí II Thiết kế mạch Cơ cấu nâng ta dung xy lanh Quy trình Xi lanh A chạm vào cơng tác hành trình S1(kết thúc q trinh khoan lơ đứng) xi lanh A hành trình xi lanh B xi lanh quay C lúc, sau xi lanh A lại thực chu trình lúc đầu, xi lanh A trở về, đồng thời xi lanh B, C kết thúc chu trình Chọn xy lanh Dung xy lanh thủy lực tác động kép van 5/2 để điều khiển S1 S3 S2 F=0 F=0 A S4 B A Y1 B A Y2 T T Y3 Y4 P T Y5 Y6 T T T P P XI LANH QUAY XI LANH B XI LANH A B Lập biểu đồ trạng thái : Bước A B 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí C (I) ( II) (III) (IV) Với công tắc hành trình từ xuống theo thứ tự là: S2,S1,S4,S3,S6,S5 Lập qui trình thực theo phương pháp tầng E1 = E2 = E3 = E4 = A+ -> Y A- -> Y B+ -> Y B- -> Y Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén : +24V 16 20 21 22 23 24 25 26 27 START K1 K1 S5 S3 KS1 S2 K2 K2 KS2 KS3 KS4 10 S4 K3 S2 S4 S6 K3 K3 K2 K1 Y1 Y2 S6 K2 KS2 KS3 KS1 S1 S1 K3 K1 KS4 Y3 Y5 Y4 Y6 0V 16 15 12 10 22 23 20 25 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí PHẦN : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ I Lịch sử hình thành phát triển : Lịch sử hình thành Khí nén khái niệm có từ lâu, trước Cơng ngun, khí nén,thủy lực biết đến với vài ứng dụng chế tạo vũ khí Từ năm 140 TCN, người biết chế tạo thiết bị bắn tên hay ném đá ứng dụng nguyên lý khí nén Tuy nhiên phát triển khoa học kỹ thuật thời khơng đồng bộ, khơng có phối hợp kiến thức ngành vật lý, học, vật liệu … nên phạm vi ứng dụng khí nén cịn hạn chế, chủ yếu lĩnh vực chế tạo vũ khí Đến kỷ 17, kỹ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike (1602 – 1686), nhà toán học người Pháp Blaise Pascal (1623 – 1662) với nhà vật lý học người Pháp Denis Papin (1647 – 1712) xây dựng tảng cho việc ứng dụng khí nén Trong kỷ 19 , hàng lọat phát minh ứng dụng khí nén đời Tại Paris năm 70 kỷ 19 xuất trung tâm sử dụng lượng khí nén có cơng suất lớn Thời gian gần đây, phát triển lượng điện, ứng dụng lượng khí nén có giảm Tuy nhiên tính an tồn cao sử dụng điện nên việc sử dụng lượng khí nén đóng 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Có khả giảm khối lượng kích thước cấu chấp hành nhờ chọn áp suất làm việc cao Kết cấu gọn nhẹ, vị trí phần tử dẫn không phụ thuộc với Dễ đề phòng tải nhờ van an toàn Tự động hóa đơn giản, phần tử tiêu chuẩn hóa b) Nhược: Mất mát hiệu suất Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền thay đổi Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt Van điện từ : Một cuộn dây tác động dòng điện cuộn dây sinh dòng điện cảm ứng, từ trường sinh ống dây, tạo lực từ trường Lực từ trường làm di chuyển lõi sắt đặt bên cuộn dây a) Van điện từ 3/2 không trì Mục đích: van điện từ 3/2 không trì trạng thái không bị tác động (cuộn dây điện) cửa P không nối với cửa A, cửa A nối với cửa R Khi cuộn dây điện từ Y1 có điện đẩy nòng van sang phải làm cho cửa P nối với cửa A b) 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí b a Hình 2.4 Van điện từ 3/2 không trì: Thân; Cuộn dây điện từ Y; 3.Nòng dẫn hướng lõi sắt; Lõi sắt; Đệm làm kín; Đệm làm kín; Lò xo a Khi cuộn dây điện Nguyên lý: van điện từ 3/2 không trì (một đầu có cuộn dây đầu có lò xo) trạng thái không tác động lò xo (7) đẩy lõi (4) xuống phía để đóng cửa không cho nguồn khí nén từ cửa P sang cửa A, đồng thời thông cửa A với cửa Khi tác động cuộn dây có điện tạo lực điện từ hút lõi sắt (4) có đệm làm kín (5) đóng cửa R đồng thời nối cửa P với cửa A Hình 2.5 Ký hiệu cuộn dây điện Hình từ 2.6 Ký hiệu van điện từ 3/2 theo DIN 40 713 theo DIN 40 713 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Ứng dụng: - Tạo tín hiệu điện cho tín hiệu thủy lực (EP- Wandler) - Điều khiển xi-lanh tác động phía - Điều khiển động thủy lực nén - Điều khiển van đảo chiều b) Van điện từ 5/2 trì Việc trì thiết bị khí điều khiển tín hiệu điện ma sát truyền từ lực thường trực Một tín hiệu đưa vào tự trì có tín hiệu ngược lại làm tắt tín hiệu thứ Cấu tạo: - Hai đầu van điện từ 5/2 trì có cuộn dây Y1 Y2 - Khi cuộn dây Y1 có điện sinh lực điện từ hút lõi sắt cuộn dây Y1 (có đường khí nén phụ từ cửa P đẩy nòng van sang phải), làm cho nguồn từ cửa P van 5/2 nối với cửa A Khi cuộn dây Y1 điện, nòng van giữ nguyên vị trí (duy trì); cuộn dây Y2 cấp tín hiệu (có điện), lúc nòng van đẩy sang trái cửa P nối với với cửa B 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Lưu ý: lò xo tự trả van điện từ không trì, để xác định vị trí ban đầu van loại này, người ta quy ước trạng thái ban đầu chưa có tín hiệu tác động vị trí nòng van phải vị trí bên trái; nghóa cửa P nối với cửa B Hìhình 2.11 Van điện từ 5/2 trì Ứng dụng: - Van điện từ 5/2 trì thường áp dụng điều khiển xilanh tác động hai phía – Ưu điểm sử dụng xi-lanh tác động đơn làm cấu kẹp nguồn điện cung cấp cho van điện từ loại không cần phải trì suốt thời gian kẹp - Tín hiệu Y1 tác dụng tín hiệu Y2 không tồn 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Y1 Y2 P Hìhinh 2.12 Mạch điều khiển pit-tông hai chiều 5.Dầu thủy lực Dầu thủy lực Valvoline Ultramax AW 32/46 /68/100 loại nhớt cao cấp chế tạo chuyên dùng hệ thống thủy lực hiệu suất cao Các sản phẩm có khả chống ơ-xi hóa khử nhũ tuyệt vời có số FZG cao Những sản phẩm hỗ trợ thêm chất chống gỉ sủi bọt Dầu thủy lực Valvoline Ultramax AW có công thức đặc biệt nhằm đáp ứng tiêu chuẩn thông số kỹ thuật Cincinnati Milacron P-69, DIN 51524 Part 2, Dennison HF-0 Dennison HF-2 Các sản phẩm có khả lọc, thuộc tính chống sủi bọt, số độ nhớt cao, độ bền màng tuyệt vời nhằm làm giảm thiểu mài mòn máy bơm, vịng đệm, van, pít-tơng, xi-lanh… 2.Đặc tính vật lý dầu thủy lực Valvoline S ISOVG GRADE TT Độ nhớt động học, cSt 400 C 1.8 Chỉ số độ nhớt Điểm chớp cháy, - 24 9.1 24 - 00 7.9 24 Điểm chảy,oc, Max 6.2 24 2 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí COC, 0C, Min Thử FZG, số lần thành công Thử chống ri DIN 655,A&B,24h 00 0 ạt ạt Đ ạt 00 Đ 00 Đ Thử nhũ 00 Đ ạt 2 3, Tiêu chuẩn kỹ thuật Denison Hydraulics HF-0, Including T6H20C dry and wet phase performance Eaton M- 2950-S ( Trang bị động) Eaton I – 286-S3( Trang bị công nghiệp) Cincinnati Machine P-68, P-69 & P-70 DIN 51524 Part II AFNOR NF E 48-603 (HM) ASLE 64 -1 to 64-4, 70-1 to 70-3 CETOP RP91H 4.Ưu việt dầu thủy lực Valvoine Tính chống oxi hóa tính chịu nhiệt cao Chống tạo bọt q trình hoạt động Kiểm sốt việc hình thành tạo cặn bùn keo Bảo vệ tốt đóng cáu pit tong triệt tiêu nghẹt lọc Bảo vệ tốt Xú páp khỏi hao mòn Tăng cường khả chống mài mịn thuộc tính bơi trơn Khả hoạt động nhiệt độ cao khởi động tốt nhiệt độ thấp Khử nhủ tốt làm tăng tuổi thọ cho chi tiết 5./Máy bơm: a/ Nguyên lý máy bơm: Bơm bánh hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Khi thể tích buồng hút tăng, bơm hút dầu, thực chu trình hút 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Bơm bánh thơng thường cấu tạo gồm cặp bánh ăn khớp với nhau, đặt vỏ, vỏ có miệng hút miệng đẩy Ở ta chọn máy bơm có p từ 100(MPa) đến 200(MPa) đạt yêu cầu heej thống thủy lực máy khoan II Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực : Tính tốn cấu giữ vật: Vật liệu : thép CQ45 Khối lượng riêng : 7848 Kg/m3 Do kích thước kính 1500 x 1000 mm nên ta chọn cấu giữ vật có kích thước theo đường chéo hình chữ nhật 750 x 500 x 10 Tấm kim loại đươc hàn với hình hộp Tổng khối lượng cấu giữ vật 38 Kg 2XILANH nằm ngang(đẩy hệ thống khoan) 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Chọn nguồn thủy lực có áp suất Pn = 100 bar Hiệu suất vận hành xi lanh η = 0,9 Lực chiếu trục Po = 1043 N Khối lượng bệ động máy khoan : M = 40 kg => Lực đẩy cần thiết mà xilanh tác động F = Po – 40 x 10 = 643 N Khoảng cách từ tâm xilanh khung ngang tới tâm mũi khoan: d = 170mm Moment xoắn Mx tác động lên xilanh khung ngang: Mx = F x d = 643 x 0.17 = 110 N.m Từ thơng số vừa tính được, chọn xilanh khung ngang theo chuẩn hãng Festo: Đường kính xilanh khơng trục : D = Þ30 mm Moment xoắn Mx = 170 N.m Lực Fy = 7300 N 3/Cơng suất cắt Ne = Trong n: số vòng quay mũi khoan n = = 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Vậy: Ne = Chọn động điện hiệu KRESS có thong số: Cơng suất động : N=0, Kw Đường kính khoan lớn : φmax=40 mm Số vòng quay [v/ph]: 8000 ; 9500 ; 13500 ; 20500 ; 24000 Chọn số vòng quay n=8000 [v/ph] Tốc độ thực tế: V= Lượng chạy dao dao [mm/ph] : S=8000.0,2 =1600 [mm/ph] = 27 [mm/s] 4/Xi lanh đẩy đầu khoan: 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Muốn khoan , phải tác dụng vào mũi khoan lực mà thắng liên kết nội kim loại -Lực cắt khoan tra theo sổ tay: P0 = 10.CP.Dq.Sy.KP Tra theo sổ tay công nghệ chế tạo máy (GS Nguyễn Khắc Lộc) Ta xác định được: Cp= 68 , q = , x = 1,2 , y = 0,7 Kp = Po = 6540,2 Từ Po lực ép pittong thủy lực lên vật gia cơng: Po = S*P = Trong đó: P: áp suất dầu D dường kính nịng piton D : dường kính xi lanh Động có p= 100 bar Hiệu suất máy µ = 0.95 K = 0.5 ÷ 0.8 Đương kính xi lanh cần chọn: D = 60(mm) Nhưng sử dung xi lanh đơi, nên đường kính xilanh d1 = 30(mm) Phần III : THIẾT KẾ HỆ THỐNG GÁ LẮP Tính tốn bu long :(bu long giữ xi lanh hệ thống đầu khoan) Vật liệu làm bu long : thép C45 với giới hạn bền cho trước sau , , độ cứng HB = 210 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí a) Liên kết ngàm xy lanh di chuyển vật Trọng lượng xy lanh đầu máy 200 Kg Điều kiện bền ta có : < = 0.6 = 270 d > 9.43 mm Diều kiện bền cắt : < = 0.25 = 112.5 d > 1.06 mm Dể đảm bảo độ cứng vững với hệ số an toàn, ta chọn vít có M12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình hệ thống điều khiển khí nén – Nguyễn Ngọc Phương Diều khiển khí nén tự động hóa kỹ nghệ - Peter Rohner Tính tốn kết cấu thép – Nguyễn Văn n Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập – Trinh Chất http://en.airtac.com http://www.festo.com Điều khiển khí nén thủy lực – Lê Văn Tiến Dũng 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Hướng dẫn sử dụng phần mềm MDsolid – Trần Minh Tú Sức bền vật liệu – Lê Ngọc Hồng 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí 22 ... ngang(đẩy hệ thống khoan) 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Chọn nguồn thủy lực có áp suất Pn = 100 bar Hiệu suất vận hành xi lanh η = 0,9 Lực chiếu trục Po = 1043 N Khối lượng bệ động máy khoan. .. truyền động thủy khí Y1 Y2 P Hìhinh 2.12 Mạch điều khiển pit-tông hai chieàu 5.Dầu thủy lực Dầu thủy lực Valvoline Ultramax AW 32/46 /68/100 loại nhớt cao cấp chế tạo chuyên dùng hệ thống thủy lực. .. 713 22 Báo cáo đồ án truyền động thủy khí Ứng dụng: - Tạo tín hiệu điện cho tín hiệu thủy lực (EP- Wandler) - Điều khiển xi-lanh tác động phía - Điều khiển động thủy lực nén - Điều khiển van đảo