Nombre Parcourir:2580 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2024-07-11 origine:Propulsé
Pour tenter d'atténuer le problème du manque d'équipement dans nos laboratoires de la plupart de nos institutions supérieures, un camion de 30 tonnes presse hydraulique a été conçu, construit et testé à l’aide de matériaux d’origine locale.Les principaux paramètres de conception comprenaient la charge maximale (300 kN), la distance que la résistance de charge doit parcourir (course du piston, 150 mm), la pression du système, la surface du cylindre (diamètre du piston = 100 mm) et le débit volumique. du fluide de travail.Les principaux composants de la presse conçue comprennent la disposition des cylindres et des pistons, le châssis et le circuit hydraulique.La machine a été testée pour ses performances avec une charge de 10 kN assurée par deux ressorts de compression constants de 9 N/mm chacun disposés en parallèle entre les plateaux supérieur et inférieur et s'est avérée satisfaisante.un boulon en acier fixé sur la plaque inférieure d'une presse hydraulique est soumis à des forces d'impact élevées.ce boulon a un diamètre majeur de 14 mm et un pas de 2 mm.il mesure 300 mm de long et l'écrou transporte une énergie d'impact de 4 500 n-mm.Le boulon utilisé est illustré à la figure 1b.le fil est coupé sur tout le diamètre de 14 mm.en utilisant les principes DFM, concevez une meilleure vis qui peut réduire la contrainte de la zone racinaire à 245 MPa par rapport à la contrainte standard de la zone racinaire de 290 MPa.montrer les calculs.
Le développement de l'ingénierie au fil des années a consisté à rechercher des moyens toujours plus efficaces et pratiques de pousser et de tirer, de faire tourner, de pousser et de contrôler des charges allant de quelques kilogrammes à des milliers de tonnes.Les presses sont largement utilisées pour y parvenir.
Les presses, telles que définies par Lange, sont des machines-outils exerçant une pression.Elles peuvent être classées en trois catégories principales : les presses hydrauliques qui fonctionnent selon les principes de la pression hydrostatique, les presses à vis qui utilisent des vis mécaniques pour transmettre la puissance et les presses mécaniques qui utilisent la liaison cinématique des éléments pour transmettre la puissance.
Dans les presses hydrauliques, la génération, la transmission et l'amplification de la force sont réalisées à l'aide d'un fluide sous pression.Le système liquide présente les caractéristiques d’un solide et constitue un milieu de transmission et d’amplification de puissance très positif et rigide.Dans une application simple, un piston plus petit transfère le fluide sous haute pression vers un cylindre ayant une plus grande surface de piston, amplifiant ainsi la force.Il existe une transmissibilité facile d’une grande quantité d’énergie avec une amplification de force pratiquement illimitée.Il a également un très faible effet d’inertie.
Une presse hydraulique typique se compose d'une pompe qui fournit la force motrice du fluide, du fluide lui-même qui est le moyen de transmission de puissance via des tuyaux et des connecteurs hydrauliques, des dispositifs de commande et un moteur hydraulique qui convertit l'énergie hydraulique en travail utile au point de résistance à la charge.
Les principaux avantages des presses hydrauliques par rapport aux autres types de presses sont qu'elles fournissent une réponse plus positive aux changements de pression d'entrée, que la force et la pression peuvent être contrôlées avec précision et que l'ampleur totale de la force est disponible pendant toute la course de travail de la presse. voyage en bélier.Les presses hydrauliques sont préférées lorsqu’une force nominale très importante est requise.
La presse hydraulique est un équipement inestimable dans l'atelier et les laboratoires, en particulier pour les opérations de pressage et pour la déformation des matériaux, par exemple dans les processus de formage des métaux et les tests de résistance des matériaux.Un coup d'œil à l'atelier au Nigeria révèle que toutes ces machines sont importées dans le pays.Par conséquent, il est prévu ici de concevoir et de fabriquer une presse à faible coût et à commande hydraulique utilisant des matériaux d'origine locale.Cela aidera non seulement à récupérer les sommes perdues sous forme de devises étrangères, mais améliorera également le niveau de notre technologie locale dans l'exploitation de la transmission de puissance hydraulique.
Les systèmes d’énergie fluidique sont conçus par objectif.Le principal problème à résoudre lors de la conception du système est de transposer les performances souhaitées du système en pression hydraulique du système.
Fig. 1. Schéma de principe de la presse hydraulique.débit volumique et faire correspondre ces caractéristiques avec une entrée disponible dans le système pour maintenir le fonctionnement.
Les principaux paramètres de conception comprenaient la charge maximale (300 kN), la distance que la résistance de charge doit parcourir (course du piston, 150 mm), la pression du système, la surface du cylindre (diamètre du piston = 100 mm) et le débit volumique. du fluide de travail.Les composants critiques qui nécessitent une conception comprenaient le vérin hydraulique, le châssis et le circuit hydraulique (Fig. 1).
2.1.Conception des composants
● Cylindre hydraulique :
Les vérins hydrauliques sont de structure tubulaire dans laquelle un piston glisse lorsque du fluide hydraulique y est admis.L'exigence de conception comprend l'épaisseur minimale de paroi du cylindre, la plaque de recouvrement d'extrémité, l'épaisseur de la bride ainsi que la spécification et la sélection du nombre et de la taille des boulons.La force de sortie requise d'un vérin hydraulique et la pression hydraulique disponible à cet effet déterminent la surface et l'alésage du vérin ainsi que l'épaisseur minimale de la paroi.
● Plaque de recouvrement d'extrémité de cylindre :
L'épaisseur T de la plaque de recouvrement d'extrémité, qui est soutenue à la circonférence par des boulons et soumise à une pression interne uniformément répartie sur la zone, est donnée par l'équation.(2) d'après Khurmi et Gupta (1997), comme : T = KD(P/δt) 1/2, (2) où : D = Diamètre de la plaque de recouvrement d'extrémité (m), 0,1 ;K = Coefficient dépendant du matériau de la plaque, 0,4, d'après Khurmi et Gupta (1997) ;P = Pression du fluide interne (N/m2), 38,2 ;δt = Contrainte de conception admissible du couvercle.matériau de la plaque, 480 N/m2 ;à partir duquel l'épaisseur de la plaque a été obtenue comme étant de 0,0118 m.
● Boulon:
Le couvercle du cylindre peut être fixé au moyen de boulons ou de goujons.La disposition possible pour fixer le couvercle avec des boulons est illustrée à la Fig. 2. Afin de trouver la taille et le nombre corrects de boulons, n, à utiliser, l'équation suivante.(3) a été utilisé tel qu'adopté par Khurmi et Gupta (1997) : (πDi 2 /4)P = (πdc 2 /4)δtbn, (3) où ;P = Pression du fluide interne (N/m2 );Di = Diamètre interne du cylindre (m) ;dc = Diamètre du noyau du boulon (m), 16 × 10-3 m ;δtb = Résistance à la traction admissible du boulon.
Si la taille du boulon est connue, le nombre de boulons peut être calculé et vice versa.Cependant, si la valeur de n est obtenue.ci-dessus est impair ou une fraction, alors le nombre pair immédiatement supérieur est adopté.Le nombre de boulons a été calculé à 3,108, c'est pourquoi quatre boulons ont été choisis.L'étanchéité du joint entre le cylindre et la plaque de recouvrement dépend du pas circonférentiel, Dp, du boulon, qui a été obtenu à 0,0191 m à partir de l'équation.(4) : Dp = Di + 2t +3Dc, (4) où : t = épaisseur de la paroi du cylindre (m), 17 × 10-3.
● Bride de cylindre :
La conception de la bride du cylindre vise essentiellement à obtenir l'épaisseur minimale tf, de la bride, qui peut être déterminée à partir de considérations de flexion.Il y a deux forces en action ici, l'une due à la pression du fluide et l'autre qui tend à séparer la bride en raison de l'étanchéité à laquelle doit résister la contrainte produite dans les boulons.La force tentant de séparer la bride a été calculée à 58,72 kN à partir de l'équation.(5) : F = (π/4)D1 2 P, (5) où : D1 = diamètre extérieur du joint, 134 × 10-3 m.
● Détermination de l'épaisseur de la bride :
L'épaisseur de la bride, tf peut être obtenue en considérant la flexion de la bride autour de la section AA étant la section le long de laquelle la bride est la plus faible en flexion (Fig. 3).Cette flexion est provoquée par la force exercée sur deux boulons et par la pression du fluide à l’intérieur du cylindre.
Par conséquent, l’équation.(6) a donné une épaisseur de semelle de 0,0528 m : tf = (6M)/(bδf), (6) où : b = Largeur de la semelle à la section AA, 22,2×10-3 m ;δf = Contrainte de cisaillement du matériau de la bride, 480N/m2 ;M = Moment de flexion résultant, 5 144,78 Nm.
● Piston:
La taille requise de la colonne de tige de piston, nécessaire pour supporter la charge appliquée et qui est alignée avec la ligne centrale de l'alésage du cylindre, est influencée par la résistance du matériau de la tige, la force appliquée à la colonne de tige dans compression, la situation de montage du cylindre lui-même et la course sur laquelle la charge doit être appliquée.
La procédure de calcul de la taille de la colonne de la tige de piston et de la longueur des cylindres dans des conditions de poussée finale a été réalisée en utilisant la procédure suggérée par Sullivan.Ainsi, la taille de la tige de piston d'un diamètre d'au moins 0,09 m était jugé adéquat pour la conception.
● Sélection de joints :
Les joints sont utilisés pour empêcher les fuites internes et externes dans le système dans diverses conditions de fonctionnement de pression et de vitesse.Le joint statique sélectionné utilise le principe de la rainure et de l'anneau pour affecter un joint.La dimension de la rainure est calculée de telle sorte que le joint torique sélectionné doit être comprimé de 15 à 30 % dans une direction et égal à 70 à 80 % du diamètre de section libre.Le problème dans la sélection du joint statique est de spécifier la rainure de telle sorte qu'un joint torique puisse être comprimé dans une direction et étendu dans une autre, donc ;une dimension de rainure de 4 mm × 3 mm a été spécifiée pour le joint.
Le cadre fournit des points de montage et maintient les positions relatives appropriées des unités et des pièces montées dessus pendant la période de service dans toutes les conditions de travail spécifiées.Il assure également la rigidité générale de la machine (Acherkan 1973).La considération de conception est celle de la tension directe imposée aux piliers.D'autres éléments du cadre tels que les platines (comme dans notre cas) sont soumis à de simples contraintes de flexion.
● Platine:
Les plateaux supérieur et inférieur fournissent un point de contact direct avec l'objet comprimé.Par conséquent, ils sont soumis à une contrainte de flexion pure due à un couple égal et opposé agissant dans le même plan longitudinal.La conception La considération concerne essentiellement la flexion et consiste principalement à déterminer la plus grande valeur du moment de flexion (M) et de la force de cisaillement (V) créée dans la poutre, qui s'est avérée être respectivement de 45 kN/m et 150 kN.Ces ont été calculés selon la procédure adoptée.
● Module de section:
Les valeurs de V et M obtenues facilitent le calcul du module de section des plateaux.Cela donne la profondeur (épaisseur) minimale d, et a été calculée à 0,048 m à partir de l'équation.(7) : d = [(6M)/(δb)]1/2, (7) où ;M = Maximum moment de flexion, 45 kN/m ;b = 600 × 10-3 m ;δ = 480 × 106 N/m2 .
2.3.Pompe
Le paramètre initial de la conception consiste à estimer la pression maximale de décharge de fluide requise au niveau du cylindre et un facteur est ensuite ajouté pour tenir compte de la perte par frottement dans le système.Cela a été obtenu à 47,16 × 106 N/m2.
L'action de pompage est actionnée par un système de levier.La longueur réelle du levier a été obtenue à 0,8 m.Ceci a été calculé en supposant un effort théorique maximum et en prenant un moment autour du point d'appui.
Des profilés en U de 200 mm × 70 mm ont été obtenus localement auprès du fournisseur d'acier de construction et deux plaques d'acier de 200 × 400 × 40 mm ont été obtenues dans un parc à ferraille de Benin City, au Nigeria.Après avoir déterminé les principales dimensions du sections critiques de la conception, deux sections de 2 800 mm ont été découpées dans l'acier à l'aide d'une scie à métaux dans l'atelier à partir duquel le cadre a été fabriqué.Un tuyau de Φ150 mm avec un diamètre interne de Φ90 mm a également été obtenu dans le parc à ferraille et a été alésé et rodé à Φ100 mm sur le tour.De plus, un tube tubulaire en acier doux de Φ70 mm et de 15 mm d'épaisseur a également été obtenu, qui a été tourné à une extrémité jusqu'à Φ60 mm pour loger le joint et le boîtier de joint.Le piston et le cylindre ont été assemblés et monté sur la base du cadre avec des boulons préalablement soudés ensemble.Une barre de guidage constituée d'un tube d'acier a également été fournie pour permettre le mouvement vertical droit du plateau.Les plateaux ont été fabriqués à partir de l'acier Une plaque et deux trous de Φ20 mm ont été percés aux deux extrémités pour le passage de la barre de guidage.Le plateau inférieur était assemblé sur le dessus du piston et maintenu en position par un évidement usiné sur celui-ci.Une bague d'étalonnage a également été réalisée à partir d'un calibre 10 mm d'épaisseur en acier doux et a été placée entre le plateau supérieur et la barre transversale de la presse, comme indiqué sur la figure 1.
3.1.Résultat du test de performance
Il est normal de soumettre les produits d'ingénierie à des tests après leur fabrication.Il s’agit d’une étape importante dans le processus de fabrication.Lors des tests, le produit est vérifié pour voir si les exigences fonctionnelles sont satisfaites, identifier problèmes de fabrication, vérifier la viabilité économique, etc.
Des tests sont donc utilisés pour prouver l’efficacité du produit.Pour la presse hydraulique, le test d’étanchéité est le test le plus important.Le test a commencé par l’amorçage initial de la pompe.Après quoi le fluide a été pompé. Cette opération a été réalisée à vide.La machine a été laissée dans cette position pendant deux heures.
La machine a ensuite été soumise à une charge de 10 kN assurée par deux ressorts de compression de 9 N/mm constant chacun disposés en parallèle entre les plateaux.Les ressorts ont ensuite été comprimés axialement jusqu'à une longueur de 100 mm.Cet arrangement était laissé au repos pendant deux heures et des fuites ont été observées.Aucune fuite dans le système n’a été signalée puisque le plateau inférieur n’est pas tombé de sa position initiale.
Une presse hydraulique de 30 tonnes a été conçue, fabriquée et calibrée.La machine a été testée pour garantir sa conformité aux objectifs de conception et sa facilité d'entretien.La machine s'est avérée satisfaisante à une charge d'essai de 10 kN.Plus loin les essais à la charge de conception n'ont pas encore été effectués.
5. Analyse des échecs
5.1 Aperçu
Pour analyser la défaillance du cylindre principal de la presse hydraulique à quatre colonnes, les problèmes suivants méritent notre attention :
●Une analyse approfondie du schéma du système hydraulique, combinée au tableau d'action de l'électro-aimant pertinent et aux schémas de circuit associés, permet d'élaborer le mécanisme de fonctionnement complet du circuit et, en même temps, de comprendre correctement l'intention et les idées de conception du circuit, les aspects techniques mesures prises et le contexte y afférent.
● Correspondre au schéma de principe de fonctionnement de la presse hydraulique et à l'objet réel, pour former une impression spécifique, la canalisation dans le circuit hydraulique, le schéma de principe est souvent très différent de l'objet réel.Lorsque cela est possible, clarifiez la relation entre la collusion entre les trous de vanne sur la plaque de vanne et la résistance de la barrière.Ces facteurs sont étroitement liés à l’inspection des circuits.
●Référez-vous aux livres et documents pertinents pour trouver la base pour juger des caractéristiques des dispositifs hydrauliques, puis jugez-les.
●Selon les pages Web, les livres et les manuels d'instructions des équipements pertinents, explorez le mécanisme de défaillance et les méthodes de test analytique associées.
●Analyse de l'absence de pression de maintien dans le maître-cylindre
Comme le montre la figure, le cylindre principal de la machine hydraulique à quatre colonnes utilise une vanne de remplissage de liquide pour réaliser un mouvement descendant rapide.Souvent, le cylindre principal ne maintient pas la pression.Cette machine a des exigences de rétention de pression et nécessite généralement une chute de pression <2 à 3 MPa en 10 minutes.
Analyse: Si le cylindre principal ne maintient pas la pression, il doit s'agir d'une fuite d'huile sous pression.D'après l'analyse schématique, cela est lié au circuit d'huile, et il n'y a pas plus de 5 composants qui provoquent des fuites.
●Tuyaux et joints : contraintes, mauvaises soudures, fissures, etc. ;
● Clapet anti-retour de pression de maintien : mauvaise étanchéité ;
●Corps de vanne de remplissage : mauvaise étanchéité ou siège de vanne desserré ;
●Tige de poussée d'huile de commande de valve de remplissage : légèrement plus longue, soulevez et déchargez la petite bobine
●Piston du maître-cylindre (douille de guidage) : La bague d'étanchéité est endommagée.
Méthode d'exclusion : Selon les résultats de l'analyse, vérifier et exclure du simple au complexe, de l'extérieur vers l'intérieur.
Vérifiez d'abord la tuyauterie et les joints (du simple au complexe, de l'extérieur vers l'intérieur) et effectuez le soudage initial pour déceler les mauvaises soudures et les fissures.Il est préférable de retirer les joints toriques au niveau des joints et de chauffer les coudes avec une soudure à l'oxygène pour qu'ils deviennent rouges. Mettez légèrement l'écrou, attendez le refroidissement et la prise avant l'assemblage.
S'il n'y a aucun défaut dans les canalisations et les joints, vérifiez le clapet anti-retour à maintien de pression (de l'extérieur et de l'intérieur), retirez le bouchon du clapet anti-retour, polissez sa ligne d'étanchéité, meulez-le avec le siège du clapet, nettoyez-le et assemblez-le.
Après avoir vérifié le clapet anti-retour, si le cylindre principal ne parvient toujours pas à maintenir la pression, vérifiez la soupape de commande de la vanne de remplissage (de l'extérieur et de l'intérieur), retirez la tige d'huile de commande et bloquez l'huile de commande pour vérifier si la pression est maintenue ;S'il est impossible de maintenir la pression pour confirmer si le putter est long, poncez l'extrémité du putter.Après vérification de la tige de poussée, la pression ne peut pas être maintenue.La valve de remplissage doit être vérifiée.L'objectif principal est de vérifier si la ligne d'étanchéité et la bague de siège sont desserrées.Polissez, meulez ou remontez la bague de siège.
Une fois la vanne de remplissage vérifiée, la pression ne peut pas être maintenue et la bague d'étanchéité du cylindre principal peut être déterminée comme étant endommagée, et elle peut être retirée et remplacée.
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