THIẾT KẾ CHẾ TẠO XY LANH THỦY LỰC TỐC ĐỘ CAO
DESIGNING AND FABRICATING HIGH SPEED HYDRAULIC CYLINDER
Phan Đình Huấn
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh
TÓM TẮT
Dập cắt là một phương pháp sản xuất sản phẩm dạng tấm có năng suất
cao và khá phổ biến. Với sản phẩm nịt lót cổ áo sơ mi, nhóm nghiên cứu đã thiết
kế, chế tạo thành công hai dạng máy dập cấp phôi cuộn tự động là: Nhóm máy
dập cơ khí và nhóm máy dập thủy lực. Hiện nay, dòng máy dập thủy lực được
nhiều nhà sản xuất ưa chuộng hơn nhờ các ưu điểm: Giảm tiếng ồn khi dập, dễ
điều chỉnh các thông số làm việc như lực dập, khoảng cách khuôn, tốc độ dập,
dễ điều khiển tự động v.v…Trong bài báo này, một giải pháp kỹ thuật được đề
xuất nhằm nâng cao tốc độ xy lanh thủy lực. Điều này dẫn đến việc tăng năng
suất dập với các ràng buộc là năng lượng điện tiêu hao xem như không thay
đổi, giá thành hệ thống thủy lực tương tự như trường hợp sử dụng xy lanh
truyền thống.
Từ khóa: Dập cắt, máy dập thủy lực, xy lanh tốc độ cao.
ABSTRACT
Die cutting is a popular and high productivity manufacturing process for
thin plate products. To produce locking shirt collar polymer trip, our research
1


team has successfully desiged and constructed two types of automatically
feeding press machine: mechanical and hydraulic power ones. At present,
hydraulic ones obtain certain advantages with respect to mechanical ones such
as low noise, adjusting easily working parameters e.g. operating force, speed,
dies distance, easy automatic control etc. In thic paper, a technical solution is
proposed to improve the speed of hydraulic cylinder. This leads to increase the
productivity with the constraints of the same power consumption, the same cost
of hydraulic generator as in case of using the traditional cylinder.

Keywords: Die cutting, hydraulic press machine, high speed cylinder.
1. TỔNG QUAN
Sản phẩm dập được chọn là nịt lót cổ áo sơ mi với vật liệu là nhựa PET
(Polyethylene Terephthalate) và nhựa PVC (Polyvinylclorur).
Kích thước hình học của sản phẩm được thể hiện ở hình 1.1:

Hình 1. Kích thước sản phẩm (độ dày 0,5 mm)
Từ các yêu cầu kỹ thuật được khách hàng đề ra như năng suất, tự động hóa
việc cấp phôi, độ chính xác cấp phôi, độ ồn khi dập, giá thành máy…Nhóm
nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo thành công hai dòng máy dập cơ khí và máy dập
2


thủy lực được thể hiện ở hình 2 và hình 3.

Hình 2. Máy dập nịt cổ áo dạng cơ

Hình 3. Máy dập nịt cổ áo dạng

thủy lực
(trục khuỷu)
Dòng máy dập thủy lực ngày càng chiếm ưu thế so với dòng máy dập cơ.
Hiện nay, việc cải tiến, nâng cao năng suất máy là một nhu cầu cấp thiết. Để
thực hiện điều này, việc nghiên cứu nâng cao tốc độ làm việc của xy lanh được
tiến hành.
2. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1. Phương án kết hợp mạch khí nén với mạch dầu
Xy lanh thủy- khí là một thiết bị bao gồm: Xy lanh thủy lực vận hành nhờ
lực đẩy của bình khí nén; Xy lanh thực hiện hai hành trình chính là: Hành trình
di chuyển nhanh và hành trình công tác (dập cắt).


3


Hình 4. Phương án thủy khí
- Khi van điều khiển 2 (control valve 2) được kích hoạt, khí nén đi vào xy
lanh thông qua cổng P1. Lượng dầu có trong xy lanh đẩy nhanh cần
piston ra khỏi xy lanh.
-

Khi van điều khiển 1 (control valve 1) được kích hoạt, khí nén đi vào
xy lanh thông qua cổng P2 làm piston di chuyển. Khi di chuyển, piston
nén tạo nên áp lực lớn tác động lên lượng dầu thủy lực trong xy lanh tạo
nên một lực dập cắt lớn.

-

Khi khí được đưa vào cổng P3 và P4, cần piston di chuyển về vị trí ban

đầu kết thúc một chu trình.
2.2. Phương án sử dụng hai bơm nguồn
4


Để giúp tăng tốc độ làm việc của xy lanh nhằm tăng năng suất làm việc cho
hệ thống máy dập, ta có thể sử dụng phương án dùng hai bơm đồng thời: Một
bơm có lưu lượng lớn nhưng áp suất nhỏ được sử dụng cho hành trình không tải
hoặc tải nhỏ, bơm thứ hai được sử dụng cho phần tải lớn (dập cắt) của hành trình
công tác.


Hình 5. Phương án sử dụng hai bơm
2.3. Phương án thay đổi kết cấu xy lanh
Để tăng tốc độ di chuyển của cần, ta có thể giảm giá trị diện tích tiết diện làm
việc. Với phương án này, kết cấu xy lanh được thay đổi như ở hính 6.

5


Hình 6. Phương án thay đổi kết cấu xy lanh
2.4. Phân tích và chọn phương án

Phương án 2.1
Ưu điểm

Phương án 2.2

Phương án 2.3

- Ngoài việc tăng - Có thể dùng - Chi phí thấp
tốc độ làm việc của chung một động do sử dụng hệ
cơ cấu chấp hành, cơ điện

thống thủy lực

khí nén còn có tác

tương tự như

dụng giảm chấn


hệ thống thủy
lực của xy lanh
thường, chi phí
gia công cải
tiến

xy

lanh

không đáng kể

6


Nhược điểm

- Giá thành cao

- Giá thành cao

- Xy lanh phi
tiêu chuẩn
(có thể chấp
nhận được ở
qui

mô

xuất


nhỏ

sản
và

vừa)

Phương án 2.3, được chọn để tiến hành thiết kế chế tạo.
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XY LANH VÀ HỆ THỐNG
3.1. Xác định các thông số của xy lanh thủy lực cải tiến
 Lực tác dụng cần thiết được suy ra từ ứng suất cắt cho phép của vật
liệu PET và diện tích cắt trên sản phẩm: F ~50.000 N.
 Hành trình S = 45mm.
 Năng suất >= 3.600 sp/giờ = 1sp/giây.
 Thời gian di chuyển nhanh hành trình 35 mm của cần piston t1=0,4s.
 Thời gian dập cắt với hành trình 10mm t2=0,3s.
 Thời gian lui về t3=0,3s.
 Đường kính piston:
D = 2.

F
5000.9,81
= 2.
= 0,102m = 102mm
π.p
3,14.60.105
7



Với
• F: Lực tác dụng (N);
• p: Ap suất (bar);
• D: Dường kính piston (mm);
Theo tiêu chuẩn, ta chọn đường kính piston D = 125mm; đường kính ngoài
của xy lanh Dng = 155mm.
 Đường kính cần piston được xác định theo biểu thức:

Dc = (0, 6 ÷ 0,8).D = (0, 6 ÷ 0,8).120 = 72 ÷ 96mm
Ta chọn đường kính cần piston D c = 80mm. Giá trị này thỏa điều kiện bền và
điều kiện ổn định Euler.
Kết quả tính hoặc chọn các thông số của hệ thống thủy lực được tóm tắt ở
bảng 1.
Bảng 1. Các thông số chính của hệ thống thủy lực
TT

Chi tiết/Cụm

Thông số
Bơm cánh gạt Yuken PV2R2-41. Lưu lượng riêng 41

1

Bơm thủy lực
cm3/vòng, Pmax=210 bar
Động cơ điện 3 pha Siemens 1LA7 133-4AA, công

2

Động cơ kéo bơm

suất P=7,5 kW, n=1455 v/p, điện thế 380 VAC
3130-08, đường kính tiêu chuẩn d=12,7 mm. Chịu

3

Ống dẫn dầu
được áp làm việc đến 160 bar
Van S-DSG-01-3C, lưu lượng tối đa: Q=63 lít/phút.

4

Van phân phối
Áp suất chịu được lớn nhất: 250 bar
Van Yuken BT-03, lưu lượng tối đa: Q=100 lit/phút,

5

Van an toàn
áp suất tối đa 250 bar
8


6

Bể dầu

7

Áp làm việc


Kích thước L x D x H = 600 x 900 x 500mm
p= 60 bar

3.2. Hệ thống gá đo tốc độ xy lanh
Hệ thống gá phục vụ cho việc đánh giá thực nghiệm tốc độ xy lanh được thể
hiện qua hình 7 và mạch thủy lực của hệ thống qua hình 8.

Hình 7. Hệ thống gá đo tốc độ xy lanh

9


Hình 8. Sơ đồ mạch thủy lực
4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả đo trung bình về tốc độ của hai loại xy lanh tiêu chuẩn và xy lanh cải
tiến cùng đường kính xy lanh và cùng hành trình làm việc được thể hiện ở bảng
2.
Bảng 2. So sánh tốc độ xy lanh
Xy lanh thường

Xy lanh cải tiến

13 hành trình/phút

17 hành trình/phút

10


Tốc độ xy lanh cải tiến được cải thiện lên gấp 1,3 lần so với xy lanh truyền

thống với cùng một bộ nguồn thủy lực. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, tốc độ đạt
được của xy lanh cải tiến còn thấp. Để đạt tốc độ cao hơn nữa, việc giải nhiệt
dầu cũng như việc tối ưu hóa tiết diện đường dẫn dầu đang được tiến hành. Đây
cũng là hướng phát triển nghiên cứu của đề tài.
Hiện nay, kết quả này đã và đang được áp dụng vào việc chế tạo máy dập
thủy lực tự động cấp phôi cuộn màng mỏng polymer, phục vụ một cách hiệu quả
cho sản xuất.
Ngày nhận bài: 20/7/2016
Ngày phản biện: 15/8/2016
Tài liệu tham khảo:
[1]. Đào Thiện Tâm, Nguyễn Duy Thanh (2013); Máy dập tự động, Luận văn tốt
nghiệp Kỹ sư cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí
Minh.
[2]. Rudman, L., & Martrenco, V. L. (2005); Sổ tay thiết kế khuôn dập tấm,
NXB. Hải Phòng.
[3]. Cheremisinoff, N. P., Handbook of Polymer Science and Technology,
Volume 1, CRC Press, 1989.
[4]. Pinches, M. J., & Ashby, J. G., Power hydraulics, Prentice-Hall, 1988.
[5]. Suchy, I., Handbook of Die Design 2nd Edition, McGraw-Hill, 2005.
11