đồ án tốt nghiệp thiết kế dây chuyền cắt uốn thép định hình chữ u

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Dây Chuyền Cắt,Uốn Thép Định Hình Chữ U

Trang 1

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THEP ĐINH HINH

TRONG CÔNG NGHIÊP

1.1 Nhu cầu sử dụng thép tấm trong công nghiệp.

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền

kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó. Trong đó ngành công

nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản

phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp tạo phôi lại đóng một vai trò

chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí. Hơn nữa, một số

phương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt...kim loại là không thể thiếu góp phần tạo ra

các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàng

không, công nghiệp điện, công nghiệp ôtô, đóng tàu thuyền, xây dựng, nông

nghiệp...

Thép tấm hầu như được sử dung rất nhiều trong các nghành công nghiệp kể

trên. Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại bị biến dạng giữa

2 trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ hơn chiều dày của

phôi ban đầu. Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên,

tạo thành dạng tấm hay ta còn gọi là thép tấm.

Cán thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗi

loại nó có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Cán ở trạng thái nóng cho ta

những sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, còn ở trạng thái nguội cho ra sản

phẩm mỏng và cực mỏng độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm. Các sản phẩm thép tấm

được phân loại theo độ dày của tấm thép:

+ Thép tấm mỏng: Chiều dày: S = 0,2 3,75 mm.

Chiều rộng: b = 600 2.200 mm.

+Thép tấm dày : S = 4 60 mm; b = 600 5.000 mm.

L = 4.000 12.000 mm.

+ Thép tấm dải : S = 0,2 2 mm; b = 200 1.500 mm.

L = 4.000 60.000 mm.

Từ sự phân loại đó ta có các dạng phôi của thép tấm khác nhau như: dạng phôi

tấm hay dạng phôi cuộn, phôi dải.

Hình dạng và kích thướt của phôi tấm tạo ra trong quá trình cán được tiêu

chuẩn hoá, do đó việc sử dụng thép tấm để tạo ra các sản phẩm như: thùng, sàn xe

ôtô, khung, sườn xe máy, các thiết bị nghành điện, các kết câu trong nghành xây

dựng như cầu, nhà cửa, hoặc sử dụng trong chính nghành cơ khí chế tạo, nghành tàu


Trang 2

thuyền ... phải qua quá quá trình cắt thép tấm ra các kích thướt và hình dạng khác

nhau phù hợp với yêu cầu của từng nghành, từng công việc cụ thể:

- Trong nghành điện: Thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm như là thép

trong stato của máy bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùng làm các cánh quạt

cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong các chấn lưu đèn

ống, máy biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làm các cột điện

đường...

Hình 1.1. Hình dạng các lá thép hình

- Trong xây dựng: các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các

tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau có thể bằng

mối hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững. Rỏ rang nhất

thép tấm được sử dụng làm tấm lợp…

Hình 1.2: Thep chư T,chư I

Các thép định hình cỡ nhỏ và cỡ vừa trong xây dưng dân dụng và công

nghiệp ( nhà ở, các nhà máy, khu công nghiệp, khu thương mai,cá siêu thị…) được

chế tạo từ các thép tấm mỏng uốn lại như: tôn,các loại thép hình chữ U, chữ C, các

loại ống tròn, hình vuông chữ nhật….

- Trong nghành cơ khí : Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các

máy cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc bằng kết cấu hàn, khung, sườn xe, máy,...

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Dây chuyền Cắt,Uốn Thép Định Hình Chữ U

Trang 3

- Trong nghành cơ khí ôtô : Việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được. Nó

được sử dung làm khung, sườn, gầm ôtô, lót sàn ôtô, che kín thùng xe, và các bộ

phận che chắn khác.

- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm được sử dung rộng rãi không kém, nó

được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,...

- Trong các nghành nghề khác: Thép tấm dùng để chế tạo ra các thùng đồ

dùng dân dụng phục vụ đời sống hay trong nghành hàng không thép tấm được dùng

để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa, thùng máy vi tính, ...

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như vậy, nhất là trong các ngành xây

dựng nhu cầu các sản phẩm định từ thép tấm đang cao như các loai tâm lợp các, các

loại thép tròn, các loai xà gồ thép,thép chữ U,…, cần phải có những máy cán tôn,

máy cán các loại ống tròn, máy uốn xà gồ thép,máy uống thép chữ U,...để đáp ứng

nhu cầu ngày càng cao của ngành xây dựng nói riêng củng như nền kinh tế nói

chung, góp phần cải thiện nhu cầu nhà ở, củng như sự nghiệp công nghiệp hóa hiện

đại hóa đất nước.

1.2 Nhu cầu sử dụng thép chữ U trong công nghiệp.

Thép chữ U được dùng nhiều trong xây d ựng các công trình nhà xưởng tiền chế, thùng

xe, dầm cầu trục, bàn cân và các công trình có kết cấu chịu lực khác..

Hinh 1.3 Hình dạng và kích thước thep chư U dung trong công nghiệp.


Trang 4

Bảng 1.1 kích thước và tính chât cơ ly cua sản phâm thep chư U điên hinh.

Bảng 1.2 Tên môt sô loai thep hinh chư U thông dụng trên thị trường hiện nay.

Sizes / Kích thƣớc

(mm)

Tiết

diện

(cm2)

Khối

lƣợng

đơn vị

(kg/m)

Đại lƣợng tra cứu

X-X X-Y

h b d t R r Ix

(cm3)

Wx

(cm3)

∑X

(cm3)

SX

(cm3)

ly

(cm3)

Wy

(cm3)

∑Yx

(cm3)

Zo(cm3+)

80 40 4.5 7.4 6.5 2.5 8.98 7.05 89.4 22.4 3.16 13.30 12.80 4.75 1.190 1.31

100 48 4.6 7.6 7.0 3.0 10.90 8.59 174.0 34.8 3.99 20.40 20.40 6.46 1.370 1.44

120 52 4.8 7.8 7.5 3.0 11.30 10.40 304.0 50.6 4.78 29.60 31.20 8.52 1.530 1.54

140 58 4.9 8.1 8.0 3.0 15.60 12.30 491.0 70.2 5.00 40.80 45.40 11.00 1.700 1.67

160 64 5.0 8.4 8.5 3.5 18.10 14.20 747.0 93.4 6.42 54.10 68.30 13.80 1.870 1.80

200 76 5.2 9.0 9.5 4.0 23.40 18.40 1520.0 152.0 8.07 87.80 113.0 20.50 2.200 2.07

Thứ tự Tên sản phẩm Độ dài

(m)

Trọng

lƣợng

(Kg)

1 Thép U50TN 6 29

2 Thép U 65 TN 6 35,4

3 Thép U 80 TN 6 42,3

4 Thép U 100x46x4,5 TN 6 51,6

5 Thép U120x52x4,8 TN 6 62,4

6 U140x58x4.9 TN 6 73,8

7 U150x75x6,5x10 SS400 Chn 12 223,2

8 U 160 x 64 x 5 x 8,4TQ 6 85,2

9 U 180 x74 x 5.1 TQ 12 208,8

10 U180x68x7 Chn 12 242,4

11 U 200 x 73 x 7 x 12m(TQ) 12 267,6

12 U 200 x 76 x 5.2 x 12m china 12 220,8

13 U 200 x 80 x 7.5 x 10m china 12 246

14 U 270 x 95 x 6 x 12m china 12 36

15 U 300 x 85 x 7 x 12m china 12 414

16 U250 x 78 x 7 China 12 33

17 U300x85x7x12 China 12 414

18 U400x100x10.5 Chn 12 708

19 U200x75x9x11 China 12 308,4

20 U220x77x7 Chn 12 300,01


Trang 5

1.3 Một số loại máy uốn và cắt thép trên thị trƣờng

1.3.1 Máy uốn thép:

a. Máy uốn thép 3 trục đứng :

Hình 1.4: Máy uốn thép 3 trục đứng.

b. Máy uốn thép 3 trục nằm ngang :

Hình 1.5: Máy uốn thép 3 trục nằm ngang.


Trang 6

c. Máy uốn thép kiêu giường :

Hình 1.6: Máy uốn thép kiêu giường.

e. Máy uốn kiêu trục lăn.

Hình 1.7 : Máy uốn kiêu trục lăn.


Trang 7

1.3.2 Máy cắt thép :

a. máy cắt thép thu công :

Hình 1.8: May cắt thep thu công bằng tay

b. máy cắt thép tự động :

Hình 1.9: May cắt thep tự động cơ lớn


Trang 8

c. máy cắt thép cnc- machine :

Hình1 .10 May cắt thep cnc- machine

e. máy cắt thép bằng plasma:

Hình1 .11 May cắt thep bằng plasma


Trang 9

CHƢƠNG II

CƠ SƠ LY THUYÊT VA CÔNG NGHÊ CĂT ,UÔN

ĐINH HINH THEP TÂM

2.1 Giới thiệu về sản phẩm thép uốn chữ U

Hinh 2.1 kích thước cơ bản cua sản phâm thép chư U

Sản phẩm thép chữ U được dùng rộng rai trong cơ khí . Thép chữ U có hình

dạng gần giống với sản phẩm xà gồ. Trong dây chuyên nay chung ta nghiên cưu va

chê tao san phâm điên hinh la thep chư U loại ngắn dùng để làm khung,kêt câu cho

các công trình đơn giản,đô chiu lưc nhe va nho le.

Bảng 2-1: Kích thước một số sản phâm thep chư U

2.2 Giới thiệu về dây chuyền cắt và uốn thép chữ U.

Dây chuyền cán thép chữ U là thiết bị gia công áp lực dùng kêt hơp may căt

thép tấm và máy uốn thép để cho ra sản phẩm . Phôi thép tám được cắt theo kích

thước yêu cầu khi qua bộ phận cắt thép trước khi đến dây chuyền uốn. Dây chuyền

này bao gồm 2 bộ phận chính là : + Bộ phận cắt thép

+ Bộ phận uốn thép

hai bộ phận này hoạt động động lập với nhau và sử dụng hai bộ điều khiển khác

nhau. Nghĩa là mỗi bộ phận là một sản phẩm máy hoàn chỉnh,nó có thể hoạt động

a c S

80

100

120

150

200

40

40 50

40 50

40 50

40 50

1,5

1.5 2

1.5 2

1.5 2

2.5


Trang 10

độc lập mà không phụ thuộc nhau. Sau khi lắp ráp hai bộ phận này phù hợp thì

chúng tạo ra một dây chuyền cắt uốn thép lien tục, chính vì chúng hoạt động độc lập

nên hai bộ phận này được tính toán chi tiết và cẩn thận sao cho vận tốc cắt sản

phẩm và vận tốc uốn phù hợp và nhịp nhàng

Bộ phận uốn dùng biến dạng dẻo để biến dải kim loại phẳng thành sản phẩm

hình, tiết diện ngang của các sản phẩm có hình dáng và kích thước khác nhau,

nhưng có đặc điểm chung là độ dày trên mặt cắt ngang sản phẩm ở mọi điểm không

khác nhau mấy.

Trên một dây chuyền cán có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau. Sản phẩm

được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục, mà ở mỗi cặp trục

vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng.

Quá trình cán được thực hiện liên tục, nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và

tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến. Giữa các cặp trục cán không xảy ra

hiện tượng chùn hoặc đứt kim loại.

Cán thép chữ U là quá trình làm biến dạng kim loại ( uốn hình ) một cách liên

tục giữa các cặp trục cán. Sản phẩm được hình thành từ những tấm phẳng được trải

ra từ cuộn tôn. Ở mỗi cặp trục cán được tạo sẵn biên dạng nên được tạo hình dần

tiến đến hình dáng và tiết diện yêu cầu.

2.3 Cơ sở cắt kim loại và phƣơng án cắt kim loại

Cắt kim loại là phương pháp gia công bằng áp lực bằng cách dùng ngoại lực tác

dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội, làm cho kim loại đạt quá giới hạn

đàn hồi, kết quả làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính

liên tục và độ bền của chúng. Cắt kim loại là chia phôi ra thành tấm, dải, mảnh..

.theo biên dạng đa được định sẵn. Quá trình cắt xảy ra từ biến dạng đàn hồi khi có

lực tác dụng, sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tác dụng và các vết nứt xuất

hiện và gặp nhau theo hướng cắt và tách rời tấm phôi.

2.3.1 Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại

Dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai đoạn sau: Biến

dạng đàn hồi, biến đạng dẻo và phá huỷ.

Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra ở

các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng

Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kéo đứt kim loại như sau:

Hình 2.2. Biêu đồ quan hệ giưa lực keo P và độ biến dạng dài tuyệt đối l.


Trang 11

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì độ biến dạng tăng theo đường bậc nhất,

đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi: Biến dạng sẽ bị mất đi nếu ta bỏ tải trọng tác

dụng.

Khi tải trọng tăng từ Pđh → Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là

giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại sẽ bị biến đổi hình dạng và kích thướt sau khi bỏ

tải trọng tác dụng lên nó.

Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pđ thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết

nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thướt vết nứt tăng lên, cuối cùng kim loại bị

phá huỷ. Đó là giai đoạn phá huỷ: Tinh thể kim loại bị đứt rời.

2.3.1.1 Biến dạng đàn hồi.

Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị

biến dạng. Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới

hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng, nếu

thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu .

Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, ứng suất là

phản lực tính trên một đơn vị diện tích. Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là

ứng suất pháp , gây biến dạng . Ứng suất tiếp sinh ra xê dịch góc . Ứng suất

pháp 3 chiều (ứng suất khối) làm biến dạng thể tích v

v.

Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc do ứng suất tiếp sinh ra như sơ

đồ sau :

Hình 2.3. Biến dạng đàn hồi

Đối với nhiều vật liệu, quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồi

được mô tả bằng định luật Hooke :

Phương trình cơ sở của lý thuyết đàn hồi:

.E ( cho kéo và nén ) (2.1 )

.G ( cho xê dịch ) (2.2 )

Trong đó : E : modun đàn hồi của vật liệu

G : modun đàn hồi trượt


Trang 12

Và P = - k.v

v (đối với ép 3 chiều ) ( 2.3 )

Với k = )21(3

E ( 2.4 )

Với G = )21(2

E ( 2.5 )

Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạng tinh

thể tác động qua lại với nhau bằng lực hút và lực đẩy. Nếu lực tác dụng chưa đủ để

sinh ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì kim loại trở lại trạng thái

cân bằng, hay ở giai đoạn này quá trình cắt kim loại chưa xảy ra.

2.3.1.2 Biến dạng dẻo.

Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bị

biến dạng dẻo do trượt và song tinh.

Hình 2.4. Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thê

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần

còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt.

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đến một vị trí

mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh. Các nguyên

tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song

tinh .

Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến

dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn

đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu.

Các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẽo do

song tinh gây ra rất bé nhưng khi có song tinh, trượt xẩy ra thuận lợi hơn.

a b

c d


Trang 13

Biến dạng dẽo của đa tinh thể: Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn

tinh thể, cấu trúc của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể. Ở đây biến dạng dẽo có

hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt. Sự biến

dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xẩy ra ở các hạt có

mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau dó

mới đến các mặt khác. Như vậy biến dạng dẽo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra

không đồng thời và không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các

tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối nhau. Do sự trượt

và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp

cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển.

Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước

quá trình kim loại bị phá huỷ (hay quá trình kim loại bị cắt đứt.

Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại, vì ảnh hưởng của các nhân tố như:

nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều,

ma sát ngoài, vv... nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau

khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại.

2.3.1.3 Phá hủy.

Quá trình biến dạng tăng dần với một mứt độ nào đó kim loại sẽ bị phá huỷ,

đây là dạng hỏng nghiêm trọng và không thể phục hồi được.

Cơ chế của quá trình phá huỷ: đầu tiên hình thành và phát triển các vết nứt từ

kích thướt siêu vi mô đến vi mô, đến vĩ mô (bị phá huỷ).

Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh

+ Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối

Phá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm. Điều

kiện cần thiết cho phá huỷ dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất kéo ba

chiều trong vùng co thắt cục bộ .

+ Phá huỷ giòn: Hầu như không có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo, xảy ra tức

thời nên khá nguy hiểm. Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suất

pháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xác định

(mặt vỏ giòn) ở bên trong mỗi hạt.

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ là: nhiệt đô, tốc độ biến dạng và sự tập

trung ứng suất.

Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:

C

Es

c.

2

( 2.6 )

Trong đó :

E : mođun đàn hồi của vật liệu.


Trang 14

s : Sức căng bề mặt.

C : Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu.

Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ (phá huỷ mỏi)

Cơ chế của phá huỷ mỏi cũng xảy ra bằng cách tạo thành và phát triển vết nứt.

Sự phá huỷ mỏi phụ thuộc vào yếu tố: ứng suất tác động, số chu kỳ tác động của tải

trọng, yếu tố tập trung ứng suất.

Phá huỷ ở nhiệt độ cao

Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau: các hạt trượt lên nhau theo biên giới

hạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt. Thực chất quá trình biến dạng dẻo của

kim loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnh hưởng

đến nó.

2.3.2 Các phƣơng án cắt kim loại

2.3.2.1 Phƣơng pháp thủ công.

Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như phương

pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm

tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác. Phương pháp này chỉ áp dụng cho

những phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ.

Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy

để tạo lực cho lưỡi cắt. Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày

và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ.

2.3.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí

Cắt đứt bằng hồ quang điện: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng

nhiệt lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại.

Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường

cắt không đều.

Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt

cháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra

khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt.

Hình 2.5. Sơ đồ cắt kim loại bằng khí:

2

1

3

4 O

2

O2 +

C2H2

1. Phôi cắt.

2. Rảnh cắt.

3. Hỗn hợp khí

cắt.

4. Dòng Oxy

cắt. h


Trang 15

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt độ

của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạo

thành oxit. Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp

theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung

nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt .

Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau :

+ Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy.

+ Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của

kim loại.

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá

trình cắt không bị gián đoạn .

+ Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt.

+ Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự toả nhiệt nhanh dẫn đến

mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt.

Thép các bon có nhiệt cháy 1350°C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500°C, nhiệt

cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí.

Thép cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng

trước tới 300°- 600°C. Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo

thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được..., mặt

khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải

chọn các chế độ cắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc

độ cắt, khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương

pháp này để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất

thấp, khó chuyển sang tự động hoá.

2.3.2.3 Cắt bừng chum tia laser .

Trong những năm gần đây người ta đa bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các

vật liệu với bất kỳ độ cứng nào.

Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ nhờ

vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc hơi

đi ra ngoài.

Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm tia laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ

gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong (4). Nguồn

năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng

tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt

hoặc lỗ khoan.

Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao, vì

vậy nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó. Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh


Trang 16

và độ chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong

và có thể cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc.

Hình 2.6. Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí koá và tự động

hoá dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ

hơn 20 mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số

CNC có giá thành cao.

2.3.2.4 Cắt bằng chìm tia plasma

Để tạo nên dòng các ion người ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách lớn

giữa hai điện cực. Hồ quang sẽ cháy trong một rảnh trụ kín cách điện với điện cực

và đầu mỏ phun , đồng thời nó được làm nguội mảnh liệt và bị ép bởi áp lực của

dòng khí nén (khí trơ). Nhờ có hệ thống như vậy mà nhiệt độ có thể tăng lên 10.000

20.000oC.

Hình 2.7. Sơ đồ nguyên ly cắt bằng plasma.

a/ Sơ đồ nguyên ly may cắt bằng plasma ;

b/ Sơ đồ câu tạo đầu cắt plasma (9)

h d

1 3

4

2

1. Nguồn lazer. 2. Chùm tia lazer 3. Gương dẫn hướng. 4. Thấu kính hội tụ.


Trang 17

1-Van nước làm mat, 2 - Binh chứa khí đê vận chuyên bột kim loại,

3,6 - van giảm ap, 4 - Thiết bị chuyên tải bột kim loại đắp,

5- Binh chứa khí ổn định , 7- Van, 8- Thiết bị kích thích hồ quang,

9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 10, 11, 12 cac công tắc, 13 nguồn điện.

Hình 2.8. Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.

2.3.2.5 Phƣơng pháp cắt thép tấm bằng áp lực lƣới

Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạng dẻo

sau đó đến phá huỷ kim loại. Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạn liên

tục:

+ Giai đoạn 1: Biến dạng dẻo tập trung ở mép của dao cắt (hình 3.5a). Ứng suất

tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép bao

quanh lưỡi cắt, sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim

loại đạt đến ứng suất dư để làm xuất hiện đường trượt.

a b c

Hình 2.9. Cac giai đoạn cua quá trình cắt.

z z z

h2

h


Trang 18

+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phần

này với phần kia của tấm (hình 3.5b). Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng

và được san phẳng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao. những

đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hành, do đó biến dạng dẻo kèm

theo uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt. Theo

kinh nghiệm giai đoạn này dao cắt ăn sâu h2 = 20 đến 80% chiều dày h của phôi tùy

thuộc vào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẽo thì h càng lớn.

+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mưc độ biến dạng tăng lên và khi đó tính

dẽo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3. Các vết nứt xuất hiện, phát triển va phá

hủy kim loại cho đến khi kết thuc quá trình tách vật liệu (hình 3.4c). Sự phá hủy

kim loại xẩy ra trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt được

gọi là các vết nứt phá vở trước.

Tùy thuộc vào khe hở giửa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều

dày tấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vở xuất phát từ các mép làm

việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 3.6a) hoặc gặp nhau

(hình 3.6b). Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe

hở Z là tối ưu vì khi đó chất lương mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn.

a b

Hình 2.10. Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt

Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và :

Ztối ưu = (h – h2)tg .

Theo kinh nghiệm của hãng ERFURT khi cắt trên máy cắt tấm dao nghiêng

Ztối ưu = 1/30 h.

Có các loại máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt như máy cắt dao thẳng song

song, máy cắt dao nghiêng, máy cắt dao đĩa,...

Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt có ưu điểm : có năng suất cao,

có thể tạo lực cắt bằng các phương pháp khác nhau, giá thành rẻ, dễ tiến hành cơ khí

hoá và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện nay.

Z < Z t äúi æu Z = Z t äúi æu

h


Trang 19

Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ phân tích các loại kết cấu máy và dao

để chọn phương án sử dụng cho máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt.

2.3.2.6 Máy cắt dao thẳng song song

a,Công dụng và các thông số cơ bản:

+ Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản

phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn... máy thường đặt sau máy cán phôi, cán

phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản. Máy có nhiệm vụ cắt bỏ

phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui

định. Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi.

Hình 2.11. Nguyên lý cắt dao thẳng song song

1. Bàn kẹp 5. Con lăn dẫn động.

2. Bàn trượt trên 6. Phôi thép

3. Cư cắt 7. Lươi dao trên

4. Bàn trượt dưới 8. Lươi dao dưới

+ Các thông số cơ bản cua máy theo trên hình

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt 35.2

S

h: Chiều dày vật cắt

b: Chiều rộng vật cắt

: Độ trùng dao, = (10 20) mm

l : Chiều dài lưỡi cắt

l = (3 4 ) b cho các máy có p = (60 260 ) tấn

l = (2 2.5) b cho các máy có p = (1000 1600 ) tấn

2

7

8

4

6

1

S

L

H

h

3

5


Trang 20

Góc cắt 90°, bốn góc đều cắt được.

Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6

Vật liệu làm dao : Thép 6XHM,5X2BC, 55XHB, 55XH2

Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại: Loại có dao trên di động

và loại có dao dưới di động.

b, Phương pháp xác định lực cắt:

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn. Khi thiết kế máy mới ta tính

lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đáng tiếc.

Dù dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba thời kỳ đó là : -

Thời kỳ cặp

-Thời kỳ cắt

-Thời kỳ đứt

*. Thời kỳ cặp:

Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào

kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ

tăng lên (Pcặp tăng từ P0→Pmax). Để đặc

trưng cho độ nhanh chậm của quá trình

này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều

sâu cắt tương đối 1:

1 = h

Z1 (2.7)

Trong đó :

Z1: chiều sâu kim loại được cắt

h : chiều dày vật cắt

*. Thời kỳ cắt:

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm

dần xuống theo tiết diện của vật cắt.

P giảm dần từ Pmax → Pmin.

*. Thời kỳ đứt:

P P

Q L

Z2/2

h

Z2/2

a

Hình 2.13. Sơ đồ thời kỳ cắt

P

Z1/2

c

a

Z1/2

h

T

T

P

Q

Hình 2.12 Sơ đồ thời kỳ cặp lưới dao

ăn vào kim loại


Trang 21

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ

đứt, người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối 2 và được đặc trưng bởi tỷ số

sau:

2 = h

Z2 ( 2.8)

Trong đó:

Z2: là chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt.

h: là chiều dày ban đầu của vật cắt.

Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất Pmax là ở cuối

thời kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo công thức sau:

Pmax = FkF b ... 1max ( 2.9)

Trong đó:

k1 = b

m ax

= 0,6 0,7

k1 = 0,7 đối với thép mềm; k1 = 0,6 đối với thép cứng.

F: diện tích tiết diện được cắt, F = F1 = h1.b

b : chiều rộng vật cắt

h1: chiều dày còn lại: h1 = h - z1 = h (1- 1) ( 2.10)

Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có:

Pmax =k1.k2.k3. 11.. hbb ( 2.11)

Trong đó:

k2: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn.

k2 = (1,1 1,2 ) cho cắt nóng và k2 = (1,15 1,25 ) cho cắt nguội.

k3: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao.


Trị số 1 ,

2 tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với 1 ,

2 (Bảng 8.1 [8]).

Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy từ

các cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ra

một momen có trị số Mt = P.a (Hình 3.8 ).

Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:

T = ( 0,15 0,25 ) P.

Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, người ta dùng lực kẹp Q để

giữ vật cắt. Khi ấy T = ( 0,1 0,15) P Và Q = ( 0,03 0,05)P.


Trang 22

2.3.2.7 Máy cắt bằng lƣỡi dao đĩa.

Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng

những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau

cùng một tốc độ góc ( ), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim

loại và dao đĩa. Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày

vật liệu cắt. Công việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng.

Khi cắt dọc tôn tấm năng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng

nhưng có nhược điểm là dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại. Để khắc

phục hiện tượng này người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một

đoạn e không lớn lắm.

Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng vô hạn.

Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn, cắt

những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng. Để cắt

được thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của

bán kính.

Máy cắt đĩa thường có hai loại: loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa:

a,Sơ đồ nguyên lý

Nguyên lý của quá trình cắt bằng lưỡi dao đĩa là nhờ vào hai đĩa quay tròn

ngược chiều nhau với cùng một tốc độ quay, còn vật liệu cắt ( phôi ) được chuyển

dịch nhờ ma sát giữa kim loại và dao. Vị trí và kích thước của đĩa xác định theo

chiều dày của vật liệu cần cắt.

Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

a) Loại một cặp đĩa cắt; b) Loại nhiều cặp đĩa cắt.

b, Đặc điêm kỹ thuật:

+ Máy có độ trùng dao=(1 3)mm, khi chiều dày h tăng thì giảm. Khi cắt

thép tấm có chiều dày h>10mm thì khe hở biên y = (0,05 0,08).h, khi h < 0,2mm

thì y =0.

+ H: là chiều dày đĩa cắt, H =(0,06 0,12 )D.

+ D : Đường kính đĩa cắt.

- Khi chiều dày H < 3mm thì D =60H.

D

a)

b)


Trang 23

- Khi H= (3 10)mm thì D = (40 50)H.

- Khi H > 10mm thì D =30 H

Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim: 5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB.

Dao có độ cứng HRC =60 64, góc cắt của dao là 090 .

c, Xac định khoảng cách tâm trục A cua hai dao đĩa, góc nghiêng và b đường

kính D cua dao:

- Xác định khoảng cách tâm A:

Từ thực nghiệm và tính toán người ta đa tính được :

A = 2Rcos hR

h

(mm) (2-12)

Trong đó:

R: bán kính của đĩa dao .

h : chiều dày cắt.

: độ trùng dao.

- Xác định góc nghiêng :

h1

2

0

(2-13)

- Xác định đường kính dao:

)(2

cos12

2

00

h

hRD

(mm) (2-14)

0 : Góc ăn giữa kim loại và đĩa, thường: 0 =(8o 12

o).

D có thể lấy theo kinh nghiệm D=(50 100)h.

2.3.2.8 Máy cắt kiểu chấn động

Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu. Loại này

có hai lưỡi dao tạo thành một góc = (21 300) số lần lưỡi cắt lên xuống:

8501300 lần /phút.

2.3.2.9 Máy cắt thép tấm dao nghiêng.

Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng máy

cắt thép tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc . Khác với máy cắt dao song song,

máy này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêng

không đổi. Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ăn sâu vào kim

loại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép. Lực này


Trang 24

nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đó trên máy cắt

dao song song.

Hình 2.15. Nguyên lý cắt thép tâm dao nghiêng

1. Dao dưới. 3.Dao trên.

2. Phôi. 4. Rảnh trượt.

Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang,lưỡi dao trên nghiêng một góc =2

6o

,lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường

cắt không thẳng và nhẵn.

Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện không

đồng thời trên toàn chiều rộng cắt B. Do lực cắt giảm nên có thể cắt được những

tấm thép dày hơn 60 mm.

Các thông số của lưỡi dao trên:

- Góc trước.

- Góc sau = 1,5 30

- Góc cắt = 65 680

- Góc sắc =

Hình 2.16. Hình dạng lươi cắt

Tổng tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực cắt, chiều dày cắt và góc nghiêng của

dao. Lực cắt: Nhtg

kkkPb

2

2

2

321max..

2

2/3...

(2-15)

:2

độ sâu tương đối của vật cắt: Bảng 8.1 [8].

1

3

2

L

b

h

H

1

2

3

4

Z

v

90°

p


Trang 25

k1: Hệ số phụ thuộc độ cứng vật liệu: k1= 0,70,75= b /

max .

k2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ mòn dao: k2 = 1,2 1,3

k3: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao.


h và b là chiều day và giới hạn bền của vật cắt.

2.3.2.10 Kết luận

Ở trên là một số công nghệ (phương án) cắt thép tấm được sử dung hiện nay.

Thông qua ưu, khuyết điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét như sau:

- Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gian mỗi nhát

cắt nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa để cắt thép tấm có chiều dày hmax =

20mm, lúc này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bền của dao cũng như thân máy

cao, rung động mạnh, vì vậy ta không sử dụng phương pháp này để thiết kế.

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tuy lực cắt nhỏ nhưng

tốc độ cắt chậm hơn, năng suất thấp khi cắt thép tấm có chiều dày lớn, do đó

phương pháp này không hiệu quả.

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng: Phương pháp này tuy mép cắt

không được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theo

những đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít

rung động đến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết

kế máy.

2.4 Cơ sở uốn và phƣơng án uốn định hình kim loại.

2.4.1 Cơ sở uốn định hình thép tấm

2.4.1.1 Khái niệm:

Uốn là phương pháp gia công băng áp lực nhằm cho phôi hoặc một phần của

phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, thanh định hình và được uốn ở

trạng thái nóng hoặc nguội. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo và biến dạng

đàn hồi từng vùng để tạo thành hình dạng cần thiết.

2.4.1.2 Đặc điểm quá trình uốn :

Uốn: là môt trong những nguyên công thường gặp nhật trong dập nguội. Quá

trình uốn bao gồm biến dang đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm thay đổi hướng thớ

kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước trong quá trình uốn. Kim loại

phía trong góc uốn bị ép nén và co ngắn ở hướng doc, bị kéo ở hướng ngang.


Trang 26

Khi uốn tấm dải rộng củng xảy ra hiện tượng biến mảnh vật liệu nhưng sẻ

không không có sai lệch tiết diện ngang. Vì trở kháng của kim loại có chiều rộng

lớn sẻ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang. Trong trường hợp uốn phôi rông

thì biến dạng của nó được xem như biến dạng trước.

Khi uốn phôi với bán kính góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng lớn và ngược lại

2.4.2 Phƣơng án uốn thép chữ U

2.4.2.1 Uốn Thép chữ U bằng máy nhấn :

thép chữ U được chế tạo từ phôi tấm dài đem dập uốn từng cạnh một trên

máy nhấn thủy lực .

1-Bàn nhấn 2- Chi tiết cần nhấn. 3-Dao nhấn.

4-Xilanh thủy lực 5- Van điều khiển . 6-Tấm chặn.

Nhược điểm :

+Chiều dài thanh thép chữ U bi hạn chế bởi chiều dài dao nhấn .

+Phải rà gá và vách dấu để nhấn đúng kích thước nên năng suất thấp, thiếu

chính xác.

+Chọn bàn nhấn có góc sao cho = 090 .

Với góc là góc đàn hồi sau khi nhấn.

Hình 2.17 :Sơ đồ nguyên lý máy nhân.

3

2

1

5

4

6

P R


Trang 27

2.4.2.2 Uốn thép chữ U bằng phƣơng pháp uốn liên tục.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.18 :Sơ đồ nguyên lý uốn thép chư U liên tục.

1-cụm lô uon ; 2- thành máy ,

3- hôp phân lưc ; 4 - hôp giam tôc.

Phôi liệu cung câp cho hệ thống có chiều dày và chiều rộng nhât định

được uốn vào tang ,đi vào cụm lô uốn (1) và tạo ra hinh dang cần thiết.

Ưu điểm :

+ Độ chính xác cao và năng suất cao .

+ Chiều dài thanh thép được điều chỉnh trước và chính xác, có thể tạo thép

chữ U có chiều dài lớn .

+ Có thể dể dàng thay đổi kích thước thép chữ U bằng cách thay đổi cụm tiêu

chuẩn trên trục uôn.

+ Không đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân đưng máy cao.

2.4.2.3 So sánh phân tích và lựa chọn phƣơng án thiết kế.

Việc lựa chọn hình dạng, số trục cán phụ thuộc vào kích thước biên dạng của

sản phẩm uốn. Để có biên dạng của thép chư U thì trục uôn có các lô uốn được thiết

kế các lô hình dạng phù hợp với từng bước để tạo nên thep chư U.


Trang 28

Z

h

9

CHƢƠNG 3

PHÂN TÍCH NGUYÊN LY HOAT ĐÔNG DÂY CHUYÊN

VA TÍNH TOAN ĐÔNG HOC DÂY CHUYỀN

3.1. Giới thiệu chung

Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi nó thoả mãn các yêu cầu kỹ

thuật đa được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít nhất về lao

động, phương tiện và thời gian. Nói cách khác, một chi tiết máy có tính công nghệ

nghĩa là một mặt phải thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc, độ tin

cậy, mặt khác trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, ít tốn nguyên vật liệu

và thời gian.

Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tố

quan trọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật

tối ưu.

Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn những yêu

cầu chủ yếu về tính công nghệ như sau:

+ Máy và chi tiết máy có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công

nghệ chế tạo và lắp ráp.

+ Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên qua

đến công dụng và điều kiện sử dụng máy.

+ Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quá

trình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp và

nghiệm thu sản phẩm.

+ Máy và chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn.

+ Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất ...

3.1.1. Sơ đồ nguyên lý toàn máy

Chú thích:

1. Phôi thép tâ . 6. Dao trên.

2. Lô kéo phôi 7. Sản phâm

3. Con lăn đơ. 8. Con lăn đơ SP

4. Động cơ. 9. Động cơ dầu

5. Dao dưới. 10. Lô cán tạo hình

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động cua toàn máy


Trang 29

3.1.2. Nguyên lý hoạt động toàn máy

Phôi thép tấm (1) được bộ phận cấp phôi (gồm lô cán (2) chuyển động quay với

tốc độ n1 và các con lăn đở (2)) đưa vào với tốc độ VP, cho đến khi đầu kia chạm

vào cử chặn hoặc đa được lập trình sẵn với độ dài L của sản phẩm đa được định

trước. Lúc này theo chương trình đa định sẵn, bộ phận cấp phôi (2) ngừng chuyển

động, bộ phận kẹp phôi hoạt động kẹp chặt phôi (1) với lực kẹp F. Sau khi phôi đa

được kẹp chặt thì đầu dao trên (6) chuyển động đi xuống với vận tốc Vd phối hợp

với đầu dao dưới (5) đứng yên thực hiện quá trình cắt. Sau khi thực hiện xong quá

trình cắt, đầu dao trên (5) đi lên, tiếp đó là bộ phận kẹp phôi nhả phôi và lúc này bộ

phận cấp phôi (2) lại tiếp tục hoạt động đẩy phôi vào, thực hiện lại chu trình. Sản

phẩm sau khi cắt được bộ phận đỡ sản phẩm (7) ( là một hệ thống con lăn đưa đi với

tốc độ VSPC. )Sản phẩm cắt này lại được mang đến hệ thống các lô cán tạo hình sản

phẩm, sau khi đi qua các lô cán (10) chúng ta được một sản phẩm thép chữ U hoàn

chỉnh. Tất cả mọi hoạt động đều được thực hiện một cách tự động theo chương trình

đa được viết sẵn

3.2. Phân tích chọn phƣơng án, sơ đồ nguyên lý máy

3.2.1. Một số phƣơng án khả thi, ƣu và nhƣợc điểm

Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấu

sau:

+ Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt

+ Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin.

+ Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén .

Muốn cắt được thép tấm có chiều dày khá lớn amax = 20mm và chiều rộng Bmax

= 3000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ đồ

động thích hợp cho máy để đảm bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế.

3.2.1.1 Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trƣợt

Hinh 3.2. Sơ đồ nguyên ly cơ câu tay quay con trượt

Cơ cấu này có tác dụng biến chuyển động quay của tay quay thành chuyển

động tịnh tiến của con trượt. Cơ cấu này có nguyên lý đơn giản, chuyển động không

v


Trang 30

phức tạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao, dễ chế tạo. Khi tay quay quay làm

cho đầu trượt chuyển động cắt đi xuống hoặc đi lên.

3.2.1.2 Cơ cấu hình sin

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên ly cơ câu hình sin

Khi tay quay quay tròn làm cho con trượt tịnh tiến lên xuống trong ống, làm

cho cần C tịnh tiến qua lại. Cơ cấu này có hành trình chuyển động tịnh tiến lớn

nhưng kết cấu cồng kềnh, đòi hỏi không gian làm việc của cơ cấu lớn, tạo lực không

lớn, cơ cấu kém vững do đó hiệu suất của nó kém.

3.2.1.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực

Hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy việc truyền động bằng lực của dầu ép

được dùng phổ biến, đặc biệt đối với các máy cắt kim loại như máy tổ hợp, máy

điều khiển theo chương trình, máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máy

ép, máy cắt thép tấm ...

Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thong thuy lực

* Hoạt động: đầu ép được các nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua các phần tử

điều khiển lưu lượng, áp suất rồi đến van phân phối. Từ van phân phối dầu sẽ được

d

Van phán phäúi.

V

Âæåìng dáöu vaìo

Âæåìng dáöu ra

Dao

c

n


Trang 31

đưa vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến của

cần piston, tạo lực cắt cho dao.

* Ưu điêm:

+ Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động của đầu dao, đảm

bảo chế độ cắt thích hợp nhất. Tạo được lực cắt lớn và công suất cắt lớn.

+ Dễ dàng đảo chiều chuyển động, chống quá tải, các chi tiết, các cơ cấu đa

được tiêu chuẩn hoá.

+ Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của đầu dao.

+ Dễ điều khiển theo chương trình, tự động hoá quá trình làm việc.

* Nhược điêm:

+ Tuy trong thực tế coi dầu như chất lỏng không đàn hồi, điều này giúp đơn

giản việc tính toán và thiết kế nhưng thực chất dầu vẫn có tính đàn hồi do có các

chất khí hoà tan trong dầu, điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sự

chuyển động êm nhẹ cho các cơ cấu dầu ép khó khăn.

+ Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn

toàn biến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không

thực hiện một công có ích nào cả. Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt

của dầu bị thay đổi, làm tăng khả bị rò dầu, chắn dầu khó khăn ...

+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chế

tạo chính xác.

3.2.1.4 Kết luận

Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy

phương pháp nào cũng có những ưu điểm riêng. Tuy nhiên xét về tính năng kỹ

thuật, công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thì cơ

cấu tịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép

cacbon, thép thường với kích thước phôi lớn.

3.2.2. Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc

a, Sơ đồ nguyên lý máy


Trang 32

Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thuy lực bộ phận cắt bộ phận cắt

1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;

6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8. Pit tong; 9. Ắc quy dầu;

10. Đồng hồ đo ap suât; 11. Van một chiều;12. Bộ lọc tinh; 13.Động cơ

14. Bê dầu.

b, Nguyên lý làm việc

Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1), qua các thiết bị như

bộ lọc (12), van an toàn (2), bộ ắc quy dầu (9) đến van tiết lưu (4), nhờ van này ta

hiệu chỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi được vận tốc

của piston theo yêu cầu. Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối (5) để

vào buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đi xuống cắt

thép hoặc chuyển động chạy không quay về.

3.2.3. Xác định các thông số máy

a, Xác định chiều dài lƣỡi dao, hành trình vận hành

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L:

L = b + ( 50 150 ) (mm)

Trong đó: b - chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt: bmax= 3000(mm).

Do đó: L = 3000 + 80 = 3080 (mm)

Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chính xác,

độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạn ngắn rồi

ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn

dao là: L0 = )(7704

3080mm .

6 5

10

11

12

13141

3

2

9

4A B

P T

78


Trang 33

b, Xác định độ vận hành của dao nghiêng

Hình 3.6. Sơ đồ xac định độ vận hành cua dao nghiêng

*Gọi:

y: là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên của tấm

thép đem cắt. Chọn y = 30 mm.

b: Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt. bmax= 3000(mm).

: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép.

= (10 20 ) mm , chọn = 15 (mm).

L: Chiều rộng dao: L = 3080 (mm).

hmax: Chiều dày lớn nhất của tấm thép.

do đó chiều dài hành trình cắt H:

H = y + hmax + bmax.tg + .

H= 30+20 +3080 tg40 +15 = 280 (mm).

3.2.4. Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên

Vận tốc cắt của dao có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt, chất lượng của

mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đập của máy. Vì

vậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạt năng suất và

yêu cầu thiết kế.

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 20mm là khá lớn, vì vậy

vận tốc cắt nằm trong khoảng (5 100 )mm/s, với amax như vậy ta chọn:

v = 50(mm/s)

* Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên:

Thời gian cắt của dao trên đóng vai trò là một phần trong chu kỳ làm việc của

máy. Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 280 mm.

hmax H

Y

bmax

L


Trang 34

Q V 4

1

2

3

5

-Thời gian của dao đi là :

t = ).(6,550

280s

v

H

Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 5,6 ( s). ( * )

3.3. Thiết kế tính toán động học hệ thống cắt

Thiết kế động học cho máy là lựa chọn các phương án truyền động và xác định

các hệ thống truyền động của máy, sự phối hợp nhịp nhàng trong chu kỳ làm việc

giữa các bộ phận và tính toán sơ bộ về vận tốc và thời gian của sự phối hợp đó.

3.3.1. Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động

Trong bất kỳ một máy nào thì bộ phận cấp phôi cũng đều là khâu đầu tiên, là

đầu vào để tạo ra sản phẩm. Với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật

thì vấn đề tự động hoá trong các khâu của quá trình sản xuất sẽ góp phần rất lớn vào

việc tăng năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động. Trong công nghệ

cắt thép tấm thì tự động hoá quá trình cấp phôi giúp người công nhân giải phóng

được sức lao động khi mà phải khiêng những phôi thép nặng hàng tấn vừa mệt nhọc

vừa nhàm chán, dễ sẩy ra tai nạn lao động, từ đó tăng năng xuất và chất lượng sản

phẩm.

3.3.1.1 Phân tích chọn phƣơng án

Để thuận tiện trong việc điều khiển tự động theo chương trình, ta có một số

phương án cấp phôi như sau:

a, Câp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén:

- Sơ đồ bố trí như sau:

Hình 3.7. Nguyên lý câp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

1. piston - xilanh kẹp lúc câp phôi. 4.Phôi thép tâm.

2. piston - xilanh đây phôi vào. 5.Cảm biến áp suât.

3. Hệ thống cac con lăn đơ.


Trang 35

* Hoạt động:

Khi phôi thép tấm đa được đặt lên sàn các con lăn, piston (1) đi lên kẹp phôi

lại. Ở đầu của piston này có đặt một cảm biến áp suất (5), khi piston kẹp đa đủ áp

suất lên tấm thép để đủ tạo lực ma sát đủ lớn thì nó đóng mạch điều khiển piston (2)

và đẩy cả hệ piston - xilanh (1) cùng tấm thép đi vào đến vị trí của lưỡi cắt.

Ưu điêm:

+ Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khí nén để tạo áp

lực tác dụng lên piston.

+ Thiết bị kết cấu đơn giản.

+ Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền.

Nhược điêm:

+ Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dài lớn nhất khi yêu

cầu cắt thép, do vậy kết cấu bị cồng kềnh.

+ Do có khoảng cách từ piston đẩy đến tấm thép khá xa nên khi đẩy dễ bị

cong tấm thép.

+ Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định, chiều rộng

tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston hoạt động.

b, Câp phôi nhờ ma sát giưa hai lô can quay ngược chiều nhau

* Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý câp phôi nhờ ma sát hai lô cán

1. Lô cán trên; 2. Lô cán dẫn động dưới; 3. Phôi thép tâm

* Hoạt động:

Khi lực tác động của hai lô cán lên tấm thép đa đủ, lô cán (2) được dẫn động từ

động cơ qua hộp giảm tốc sẽ kéo tấm thép đi tới đến vị trí lưỡi cắt. Lực kéo phôi

này nhờ vào lực ma sát giữa lô cán với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của

tấm phôi trên sàn con lăn .

3

1

2

v


Trang 36

* Ưu điêm: Hạn chế được nhược điểm của cơ cấu cấp phôi bằng xilanh - piston

khí nén, nó có thể cấp phôi khi chiều rộng tấm thép cần cắt thay đổi.

* Nhược điêm: Để dẫn động cho lô cán (2) thì phải cần nguồn động lực từ động

cơ qua hộp giảm tốc, do vậy làm kết cấu của máy thêm cồng kềnh.

* Kết luận:

Với mỗi phương án đếu có những ưu điểm và nhược điểm riêng nhưng xét về

yêu cầu của máy để cắt được các loại sản phẩm có chiều dài và chiều rộng khác

nhau thì ta chọn phương án cấp phôi bằng lô cán, mặc dù phương án này vẫn có

nhược điểm là cồng kềnh.

3.3.1.2.Sơ đồ, nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản:

a, Sơ đồ động

Hình 3.9. Sơ đồ động

1. Động cơ; 2. Hộp giảm tốc; 3. Khớp nối.

4. Lò xo; 5. Lô cán dẫn động 6. Vít điều chỉnh.

b, Nguyên lý hoạt động

Động cơ (1) quay, qua khớp nối (3) và hộp giảm tốc (2) truyền momen xoắn

cho trục dẫn động lô cán (4), làm cho lô cán (4) quay. Nhờ lực ma sát giữa tấm thép

và các lô cán mà khi lô cán quay tấm thép được kéo và cấp phôi cho quá trình cắt.

Lò xo (5) và vít hãm (6) có tác dụng điều chỉnh lực ép của 2 lô cán vào tấm thép,

tạo ma sát khi đưa phôi vào giữa hai lô cán.

c, Chọn sơ bộ vận tốc cua phôi

Theo yêu cầu của cấp phôi tự động là khi phôi đưa vào đến đủ chiều dài cần

thiết thì chạm vào cử hành trình, tác động lên rơle điều khiển cắt nguồn điện ở động

cơ làm quay lô cán để phôi không được tiếp tục cấp vào nữa. Nhưng do rôto của

động cơ có tốc độ quay lớn nên khi nguồn điện bị cắt thì nó vẫn còn quay với vận

tốc nào đó do quán tính của nó. Vì vậy để giảm bớt lực dịch phôi đi vào do quán

tính quay ta chọn tốc độ cán phôi vào nhỏ, khoảng (0,1 0,3 )m/s, chọn tốc độ cán

H

G

T

4

1

2

3

5

6


Trang 37

phôi vào v = 0,3 m/s = 300 mm/s, và chọn loại động cơ có bộ phận phanh điện từ

gắn trên trục động cơ. Khi nguồn điều khiển động cơ cấp phôi bị cắt thì phanh điện

từ làm việc, nó giảm bớt được chuyển động quay do quán tính của rô to động cơ.

3.3.1.3 Cơ cấu đỡ phôi

Để tránh mọi chuyển động không theo ý muốn của phôi khi đưa phôi vào như:

Phôi bị lệch, phần phôi sau lưỡi cắt bị công sôn nếu chiều dài sản phẩm quá dài...Và

cũng nhằm giảm bớt lực ma sát tác dụng lên các lô cán cấp phôi, bàn cấp phôi

thường được trang bị hệ thống đỡ phôi.

Phôi thép tấm sau khi được chế tạo từ các máy cán thép tấm có kích thước đa

được tiêu chuẩn. Thông thường thép tấm sau khi cán có chiều dài lớn, vì vậy khi

đưa vào cắt trong máy cắt thép tấm thì cần phải có sàn đỡ phôi. Trên sàn đỡ phôi ta

bố trí dãy một số các con lăn nằm ngang bằng với các lô cán dưới và 2 day con lăn

(ống giữ phôi) dựng đứng 2 bên để dẫn phôi vào, sơ đồ bố trí như sau: (Hình 4.10).

* Sơ đồ bàn đơ phôi:

Hình 3.10. Kết câu bàn đở phôi

1. Đế; 2. Gia đơ; 3. Thanh giằng; 4. Con lăn Phôi;

5. Ông giư phôi; 6.Tay quay điều chỉnh; 7. Con trượt; 8. Lò xo.

3.3.2. Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi

Khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt của lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau do có

khe hở Z giữa hai lưỡi cắt (hình 4.11), chính sự lệch nhau đa tạo nên một momen

quay M:

M = Pcắt . l

Thông thường: l = ( 1.5 2) z .

Momen có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt.

Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt không vuông góc

với bề mặt tấm thép. Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cản

3

2

4

6

7

85

1

Pcắt


Trang 38

bất kỳ một chuyển động nào có thể của phôi trong quá trình cắt bằng cách thêm

vào lực ép Q trên tấm vật liệu.

Hinh 3.11 Sơ đồ tính momen lật phôi

Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp chặt phôi

có thể sau đây:

a, Kẹp phôi bằng chính trọng lực cua một khối kim loại. (Hình 3.12)

Sơ đồ:

Hình 3.12. Sơ đồ kẹp phôi bằng trọng lực cua khối kim loại

1. Bàn dao trên. 4. Phôi cắt.

2. Khối lượng tâm kim loại kẹp chặt. 5. Bàn dao dưới.

3. Rãnh trượt.

Hoạt động:

Khi dao cắt (1) bắt đầu đi xuống thì khối lượng vật liệu kẹp chặt (2) cũng đi

xuống theo và xuống chạm vào tấm thép cần kẹp chặt trước. Dao tiếp tục đi xuống

cắt thì khối lượng này trượt lồng không trong rãnh (3) của dao cắt, lúc khối lượng

bắt đầu trượt lồng không là lúc lực kẹp của tấm thép đa cố định và là lúc có lực kẹp

lớn nhất.

Ưu nhược điểm của cơ cấu này

5

2

4

3

1

Z

l

Q x


Trang 39

Ưu : Cơ cấu này hoạt động đơn giản, dễ thiết kế, dễ chế tạo.

Nhược : + Kết cấu và khối lượng máy trở nên cồng kềnh.

+ Lực kẹp không thể thay đổi khi cắt thép mỏng hoặc dày khác nhau.

+ Khi kẹp chặt va đập mạnh, kém cững vững cho máy.

b, Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén

Sơ đồ

Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực như hình 3.13

Hình 3.13. Sơ đồ kẹp chặt bằng thuy lực

1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;

6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8. Pit tong; 9. Ắc quy dầu;

10. Đồng hồ đo ap suât; 11. Van một chiều;12. Bộ lọc tinh; 13.Động cơ14. Bê dầu.

Hoạt động:

Dầu được đưa từ bơm (3) Qua van đảo chiều (5) rồi theo đường ống qua bộ làm

đều tốc độ vào buồng trên của xilanh đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôi trước khi

cắt. Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồng dưới của xilanh đẩy

piston đi lên, nhả phôi ra.

Ưu nhược điểm của phương pháp này:

* Ưu: Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễ

dàng điều khiển.

* Nhược: Cơ cấu phức tạp, đắt tiền.

c, Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lươi dao trên

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực

kẹp cho phôi khi cắt kim loại ( Hình 4.14).

Sơ đồ

6 5

10

11

12

13141

3

2

9

4A B

P T

78

1

2

3

4


Trang 40

Hình 3.14. Sơ đồ cơ câu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

1. Đâu kẹp; 2. Lò xo chịu nén; 3. Dao trên; 4. Phôi; 5. Dao dưới.

* Hoạt động

Lò xo chịu nén được đặt trong xilanh, xilanh gắn cứng lên dao trên. Khi dao

trên nhận được động lực từ nguồn xilanh thuỷ lực, dao bắt đầu đi xuống, dao mang

theo xilanh kẹp chặt. Khi dao xuống thì do bố trí đầu kẹp của piston kẹp ở vị trí thấp

hơn đầu dao trên nên đầu kẹp chạm vào phôi trước, đầu dao tiếp tục đi xuống lò xo

bị nén lại sinh ra phản lực đàn hồi, lực này tác dụng lên cần piston, tác dụng lên đầu

kẹp, kẹp phôi xuống, lúc này đầu dao bắt đầu tiến hành cắt phôi. Sau khi cắt xong

dao đi lên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kế tiếp.

* Ưu nhược điểm của sơ cấu

- Ưu điêm:

+ Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vào cách thay

đổi độ cứng của lò xo nén.

+ Cơ cấu kẹp phôi êm, ít va đập rung động.

- Nhược điêm:

+ Nguồn động lực truyền cho dao lúc này phải tích thêm lực truyền cho cơ

cấu kẹp chặt nên yêu cầu về hệ thống thuỷ lực cao hơn (áp suất, công suất động cơ

bơm).

d, Kết luận.

Qua các phương án kẹp chặt phôi đa phân tích trên cho thấy: kẹp bằng hệ thống

các xilanh thuỷ lực có thể chủ động về lực kẹp nhưng có nhược điểm là làm cho kết

cấu máy cồng kềnh, giá thành tương đối đắt tiền. Kẹp bằng trọng lượng của khối

kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rung động va đập lên máy

lớn; kết cấu kẹp bằng hệ thống xilanh - piston và các lò xo chịu nén khi kẹp êm, nhẹ

nhàng, ít rung động và va đập máy nhưng nhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh,

cần phải tăng lực tác động ở cơ cấu thuỷ lực tác động lên đầu dao. Vì vậy ở kết cấu

của bộ phận kẹp phôi trước khi cắt ta có thể kết hợp ở tấm thép kẹp có trọng lượng

G trượt lồng không trong rãnh của bàn dao trên kết hợp với hai xilanh lò xo chịu


Trang 41

nén. Kết cấu này đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ và có thể khắc phục được nhược

điểm của các cơ cấu như đa phân tích ở trên.

* Sơ đồ bố trí cua kết câu:

Hình 3.15. Sơ đồ kết câu cơ câu kẹp phôi được chọn

1 .Đầu kẹp 5. Lò xo chịu nén

2. Tâm kim loại 6. Tâm trượt mang đầu dao

3. Lõi thép 7. Lươi dao cắt

4. Đai ốc 8. Bàn dao dưới

3.4 Tính toán và phân tích phƣơng án tạo hình sản phẩm.

3.4.1 Thiết lấp biến dạng và số lần uốn.

3.4.1.1 Xác định kích thƣớc sản phẩm.

Việc lựa chón kích thước thép chữ U phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:chiều

rộng phồi dải, hình dạng thép và nhu cầu sử dụng của mọi người. Hiện nay các loại

thép chữ U đang sử dụng có chiều rộng từ 80 200mm,có chiều cao từ 40 50mm.

Ở tất cả các loại thép chữ U kính thước a và c là quan trọng nhất đòi hỏi tương

đối chính xác để chế tạo và sử dụng. (hình 3.16)

3.4.1.2 Bán kính uốn cho phép

Thép chữ U là sản phâm của quá trình uốn liên tục uốn 2 góc vuông từ tấm

phằng. Uốn đồng thời hai góc vuông dưới .Quá trình uốn thép chữ U chia làm hai

giai đoạn: uốn thân và quá trình chỉnh sửa.

Để cho sản phẩm uốn ra không bị nứt hoặc đứt hoặc do đà hồi của vật liệu

không đạt theo hình dáng yêu cầu nên cần tình toán bán kinh uốn hợp lý để cho ra

sản phấm đạt yêu cầu.

-Bán kính uốn lớn nhất được tính theo công thức:.

15

1

0

0

15

2

0

0

4

0

0

5

0

0

6

0

0 7

0

0

3

0

0

8

0

0


Trang 42

T

EBr

2max

Ưng với thép U làm bằng thép CT38 ta có giới hạn chảy là: T=240(N/mm2)

(theo bảng 2.II của [22]).

Mô đun đàn hôi: E =2,1.105(mm

2)

Với chiều dày thép tấm s=2,5 mm ta có bán kính lớn nhât khi uốn ta có bán

kính lớn nhất khi uốn là:

875240.2

5,2.10.1,2 5

max r

Bán kính nhỏ nhất khi uốn được tính theo công thuc

)11

(2

min

sr

Trong đó : : Độ giản dài tương đối(%).

S : Chiều dày vật liệu s=2mm.

Tuy nhiên ta có thẻ tính toán theo công thức kinh nghiệm là:

sKr .min với K là hệ sô tra ở bảng:

Bảng 3-1 :Bảng hệ số k:

Vật liêu

Trạng thái vật liệu

Ủ hoăc ram Bị biến cưng

Hướng đường uốn

Vuông góc

với đường

vân

Cùng song

song với

đường vân

Vuông góc

với đường

vân

Cùng song

song với

đường vân

8:10;C; CT2 - 0.4 0.4 0.8

15;20; CT3 0.1 0.5 0.5 1.0

25;30; CT4 0.2 0.6 0.6 1.2

35;40; CT5 0.3 0.8 0.8 1.5

45;50;CT6 0.5 1.0 1.0 1.7

55;60; CT7 0.7 1.3 1.3 2.0


Trang 43

Vật liệu là thép CT38 nên ứng với CT3 ở bảng 3.2 nên: K=0,5.

Bán kính nhỏ nhất là: rmin=0,5.2,5=1,25 (mm).

* Ta phải chọn bán kinh uốn sao cho maxmin rrr .Chọn r =1.6mm.

3.4.1.3 Xác định kích thƣớc rộng của phôi

Khi uốn chi tiết có nhiều góc uốn thì phôi uốn đước tính theo công thức:

).(180

.sxrLL iii

(3.1)

Trong đó: li, ri, xi và =1800-

là các đoạn thẳng, bán kính uốn hệ số xác

định khoảng cách lớp trung hòa đến bán kính uốn phía trong, góc đoạn uốn thép U.

Xem như quá trình uốn 4 góc =900.với ri=const và xi=const .

Hình 3.16 Kích thước phôi uốn thép chư U.

Công thức tính phôi uốn thép chữ U : L=2c+a+ ).(2

2 sxr

.

Ta có kết quả :

Bảng 3-2: Kích thước phôi uốn thép chư U.

c a s r+x.s L(mm)

40

50

50

50

50

80

100

120

150

200

1,5

1,5

2

2,5

2,5

2,23

2,23

2,41

2,56

2,56

194

234

255

306

366


Trang 44

3.4.1.4 Số lần uốn và thiết lập biên dạng

a, Các phương pháp bố trí con lăn hình thành biên dang:

Ta có hai phương pháp bố trí con lăn hình thành biên dạng thép U.

Phương án 1: Bố trí con lăn tạo hình thép U nằm ngửa lên trên. Con lăn trên

đóng vai trò là cối. Biên dạng được hình thành từ dưới lên trên, như hình 3-11.

Hình 3.17:Sơ đồ phương an uốn số 1.

1-Cắp bánh răng truyền động 2- Lô uốn trên 3-Đĩa xích 4-Lô uốn

dưới

Phương án 2: Bố trí con lăn tạo thép U nằm úp. Con lăn trên đóng vai trò như

cối và con lăn dưới đóng vai trò như chày.

Hình 3.18: Sơ đồ phương an uốn số 2.

1-Cắp bánh răng truyền động 2- Lô uốn trên 3-Đĩa xích 4-Lô uốn dưới

Với hai phương án, trên để tạo điều kiện cho quá trình uốn dễ dàng, mức độ

biến dạng của vật liệu khả năng con lăn trục uốn được thuận lợi, sản phẩm tạo ra có

hình dáng đẹp và dể cắt sản phẩm ta chọn phương án hai.

b, Thiết lập biên dạng:

32

1

4

1

3

4

2


Trang 45

Với phương án đả chọn ta thực hiện lần lượt các lần uốn để tạo nên biên

dạng cần thiết cho thép chữ U.

Góc dưới hạn cho mổi lần uốn được tính theo công thức :

).4,40/arcsin()]251cot./(arcsin[ ,

max eLgeL o .

Ta tính toán cho loại thép U có kích thước lớn nhất:

c = 50 mm , a=200 mm, ta có bề rộng phôi : B=366mm.

Bước gấp thân:chọn sơ bộ khoảng cách giửa hai cặp lô uốn L=400mm.

)(33,3350.3

2

3

2mmke

'1617'251cot.33,33

400arcsin 0

0

g .

Chọn góc uốn cho mổi lần uốn là 013 .

Sau 6 lần uốn góc đạt được là o78 .

Qua các trục uốn cuối cùng thì sản phẩm được bóp nén, sửa đúng góc uốn

trên chi tiết uốn và nắn thăng bằng các con lăn côn để bóp khử tính đàn hồi của vật

liệu và cho ra hình dạng đúng với thiết kế ban đầu.

Với các con lăn trước đả tạo được gọc thân và góc mép đến o78 .

Con lăn tiếp theo bóp thân chữ U đến o95

Con lăn uốn thẳng góc thân và mép chư U

Con lăn tiếp theo bóp nắn quá để khử tính đàn hồi của vật liệu. Góc bóp quá

khoảng o32 để tạo thành góc đúng hình dáng thép U sau khi đàn hồi.

Con lăn cuối cùng uốn thẳng thép chữ U

Ta có quá trình uốn thép chữ U (hình 3-19) :


Trang 46

Hình 3.19 Quá trình uốn thép chư U.

5

6

7

8

9

10

11

1

2

3

4


Trang 47

Như vậy qua phân tích trên máy uốn thép chữ U ta thiết kế máy có 14 trục

với 3 trục đưa phôi thép vào sau khi phôi thép tấm cắt xong,1 trục chỉnh sửa ,cuộn

phôi vào và 10 trục trực tiếp tạo hình sản phẩm

3.4.2 Chọn phƣơng án truyền động và phƣơng án bố trí trục uốn

3.4.2.1. Chọn phƣơng án bố trí truyền động cho trục chính:

Để truyền động cho dây chuyền thì có nhiều phương án khác nhau ,tùy từng

điều kiện và mức độ hiện đại của từng dây chuyền mà chọn phương án thích hợp.

Tuy nhiên có 2 phương án thường dùng nhất là:

Phương án 1: Truyền động bằng cơ khí.

Phương án 2: truyền động bằng dầu ép.

3.4.2.2 Truyền động bằng cơ khí cho cụm trục chính:

Sơ đồ như hình 3-14:

Hình 3.20 : Sơ đồ truyền động bằng cơ khí.

1- Động cơ điện 2- Nối trục 3- Hộp giảm tốc 4- Hộp phân lực

5- Thành máy 6- Hệ thống các con lăn uốn.

Đặc điểm: + Khó khăn trong việc điều khiển tự động, đảo chiều chuyển động

, chống quá tải. Tuy nhiên có thể sử dụng động cơ điện thay đổi tốc độ và hệ thống

điều khiển tốc độ bằng động cơ điện nhưng giá thành đắt .

+ Mức độ an toàn thấp .

+ Điều kiền bôi trơn khó khăn,bộ truyền gây ồn khi làm việc.

1 2 3 4

5

6


Trang 48

+Kích thước lớn, trọng lượng lớn cồng kềnh.

3.4.2.3 Truyền động bằng đầu ép cho cụm trục chính:

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Hình 3.21: Sơ đồ truyền động bằng dầu ep.

1- Động cơ điện 2- Bơm dầu 3- Van tràn 4- Van tiết lưu 5- Van điều khiển

6- Mô tơ thửy lực 7-Hộp phân lực 8- Hệ thống con lăn uốn 9- Thanh máy

10- Van một chiều 11- Bể dầu

* Ưu điểm: + Có khả năng thực hiện điều chỉnh tốc độ chuyển động vô cấp

cho chuyển động chính, củng như các chuyển động phụ đảm bảo tốc độ cho cơ cấu

chấp hành.

+ Kích thước gọn nhẹ, trọng lượng và mômen quán tinh nhỏ.

+ Dể đảo chiều quay, khả năng chông quá tải cao, mức độ an

toàn cho máy cao.

+ Dể dàng cho việc điều khiển tự động.

+ Tiện lợi cho việc bố trí các cơ cấu phụ, tránh ồn ào trong quá

9

7

8

6

M

1 2 3

4

5

10

11


Trang 49

trình làm việc.

*Nhược điểm: + Cấu tạo của bộ phận máy thủy lực phức tạp, đòi hỏi độ chính

xác cao nên khó khăn trong việc chế tạo và lắp ráp,giá thành cao.

+ Khả năng hoạt động phụ thuộc vào chât lượng dầu.

Tư hai phương án trên, truyền động bằng dầu ép sẻ cho phép điều khiển dể

dàng hơn và có nhiều ưu việt hớn so với truyền động bằng cơ khí. Do đó ta chọn

phương án 2 .

3.4.3. Chọn hộp phân lực cho cơ cấu truyền động:

Hốp phân lực là bộ phận truyền động đến cho từng cụm lô uốn trên dây

chuyền. có nhiều phương án truyền động cho trục uôn.

3.4.3.1 Truyền động bằng bành răng trung gian:

Sơ đồ nguyên lý hình 3.23:

Hình 3.22: Sơ đồ truyền động bằng bành răng trung gian.

1- Mô tơ thủy lực 2- Các bánh răng truyền lực trung gian

3- Các bánh răng truyền lực cho lô trục uốn.

Ưu điểm: + Kích thước nhỏ,khả năng tải lớn.

+ Tỉ số truyền không thay đổi.

3

2

1


Trang 50

+ Hiệu suất cao,có thể đạt 0,97 0,98.

+ Tuổi thọ cao làm việc tin cậy.

Nhược điểm: + Chế tạo tương đối phức tạp.

+ Đòi hỏi độ chính xác cao.

+ Gây tiếng ồn khi làm việc.

3.4.3.2 Truyền động bằng trục vít- bánh vít:

Sơ đồ nguyên lý như hình 3.24:

Hình 3.23: Sơ đồ truyền động bằng bánh vít - trục vít.

1- Môtơ thủy lực 2- Khớp nối 3- Trục vít 4- Bánh vít

Ưu điểm: + Làm việc không ồn, êm

+ Có khả năng tự hảm.

+ Kích thước nhỏ gọn.

Nhược điểm: + Hiệu suất thấp,sinh nhiệt nhiều nên phải sử dụng các biện

pháp làm nguội và bộ truyền bị mòn nhanh.

+ Cần phải sủ dụng vât liệu giảm ma sát (đồng thanh) tương

đối đắt để làm bánh vít.

21 3 4


Trang 51

3.4.3.3 Truyền động bánh xích kết hợp với bánh răng:

Sơ đồ nguyên lý như hình 3.24:

Ưu điểm: + Có hiệu suất khá cao và lực tác dụng lên trục tương đối nhỏ

và đồng đều.

+ Kích thước nhỏ gọn dể thay thế rẽ.

+ Làm việc không trượt, chế tạo đĩa xích dễ.

Nhược điểm: + Có tiếng ồn khi làm việc.

+ Vận tốc tức thời của đĩa xích bị dẫn không ổn định

+ Yêu cầu chăm sóc thương xuyên.

+ Chóng mòn, nhất là khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn

không tốt.

Hình 3.24: Sơ đồ truyền động bằng xích kết hợp với banh răng.

1- Môtơ thủy lực 2-bánh xích 3- Xích 4- Cụm trục uốn 5- Bánh răng

Kết luận: Từ nhửng đặc điểm trên ta chọn bộ truyền xích và bộ truyền bánh

răng kết hợp, vì nó cho năng suất cao, dể chế tạo, lắp ráp, sủa chửa và thay thế (vì

bộ truyền xích đa được tiêu chuẩn hóa và ngoài thị trường có nhiều) phù hợp với

điều kiện nước ta.

12

3

4

5

D a) b) 90°


Trang 52

CHƢƠNG IV

TÍNH TOAN ĐÔNG LỰC HOC VÀ KẾTCẤU CÁC MÁY

4.1 Tính toán động lực học và kết cấu bộ phận kẹp phôi

Bao gồm việc tính lực kẹp cần thiết để giữ phôi cũng như lựa chọn cơ cấu và

xác định các thông số kỹ thuật của các cơ cấu có trong bộ phận kẹp phôi.

4.1.1.Tính toán lực kẹp phôi

4.1.1.1.Xác định lực cắt thép tấm

Khi cắt kim loại bằng dao nghiêng thì lực cắt không nằm trên toàn bộ diện tích

của vật cắt như khi cắt phôi thép bằng dao thẳng song song.

* Xét tỷ số h/b và tg :

+ Nếu h/b > tg thì lực cắt thép tấm được tính theo trường hợp cắt bằng dao

song song. (công thức 2.11) (a)

+ Nếu h/b < tg thì lực cắt được tính theo trường hợp cắt bằng dao nghiêng

(công thức 2.15) (b)

Với :

h: Bề dày thép tấm: hmax = 20mm.

b: Bề rộng tấm thép: bmax = 3000mm.

: Góc nghiêng của dao: = 4o.

Do tỷ số h/b = 20/3000 = 0,0067 < tg = tg4o = 0,07, nên lực cắt được tính

theo trường hợp (b).

Hình 4.1. Sơ đồ biêu diễn quá trình cắt bằng dao nghiêng một phía và các thông số cơ bản

A

B

C D

F

P P

max E

b

h

max

P

z 2 = h

Dao


Trang 53

Ta có : Z2 = h - DE = h . 2

2 = (1.2 1.6 ) = Z2/h

(4.1)

Trong đó:

Z2 : là đại lượng đặt trưng cho chiều sâu rãnh cắt.

2 : là tỷ số biểu thị độ sâu tương đối của vật cắt, nó phụ thuộc vào độ dẻo

tương đối của vật liệu. Nó đặt trưng cho quá trình nhanh chậm của sự

cắt của kim loại.

: Hệ số dan dài tương đối khi thí nghiệm kéo đứt kim loại.

P = tb .F (4.2)

Trong đó:

tb : Ứng suất tiếp trung bình theo diện tích hình thang ABED.

F : Diện tích hình thang ABED.

F = ADDEAB

.2

Từ thực nghiệm tính được mối qua hệ giữa tb và m ax như sau:

tb = m ax . 2

2

2

2/3

(4.3)

F = 2

.2

2 ..2

2h

tg

(4.4)

Thay các trị số của công thức (4.3) và (4.4) vào (4.2) ta có:

Pmax = k1.k2 .k3 . 2

.2

2

..

2

2/3h

tgb

(4.5)

Trong đó:

2 : độ sâu đứt tương đối của vật cắt. Tra bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với

1 và

2 ta được: giả sử vật liệu cắt là thép CT38, cắt ở trạng thái nguội có

2 = 0,35

k1 : hệ số phụ thuộc vào độ cứng vật liệu, k1 = 0,7 0,75 = b

max

chọn k1= 0,73.

k2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ mòn dao. Khi cắt nguội k2 = 1,2 1,3, chọn

k2 = 1,25.

k3: Hệ số tính đến độ tăng khe hở cạnh dao, cắt nguội k3= 1,2 1,3. chọn k3=1,2.

h : Chiều dày lớn nhất của thép cắt, S = 20 mm.


Trang 54

b : giới hạn bền của thép cắt, thép CT38 có b =(380 490) (N/mm2 ),

chọn b = 400 N/mm2.

Do đó: Pmax = 0,73 x 1,25 x 1,2 x 400 x 2

02035,0

42

35,02/3

tg = 504227 (N)

Vậy: lực cắt lớn nhất là 504227 (N).

Và khoảng cách từ lúc lực cắt P tăng từ 0 đến Pmax = 504227 (N) là :

BF = h/tg = 20/tg4o = 286 (mm).

4.1.1.2. Tính lực kẹp phôi

Để khi cắt thép mép cắt được thẳng, vuông góc với phương tấm cắt ta sử dụng

công thức tính lực kẹp Q như sau:

Q = (0,03 0,04) x P. (4.6)

Trong đó: P : lực cắt của tấm thép, P = 504227 (N).

Suy ra : Q = 0,035 x 504227 = 17648 (N).

Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là Q = 17648 (N).

4.1.2.Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi

4.1.2.1.Tính kết cấu của lò xo trong cơ cấu kẹp chặt

Theo ở phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt thì: Kết cấu kẹp gồm một

tấm kim loại có khối lượng m với chiều dài l b và hệ thống các lò xo được lồng

trong các lõi thép, cơ cấu này gắn lên bộ phận mang dầu dao khi cắt.

Khi lưỡi cắt đi xuống thì cơ cấu kẹp phôi do đặt thấp hơn đầu mũi dao nên đi

xuống trước và bắt đầu tiến hành kẹp phôi, do tiếp tục đi xuống và cho đến khi đủ

lực kẹp thì mũi dao mới bắt đầu cắt thép.

Sơ đồ cắt và kích thước sơ bộ như sau:

Hình 4.2. Sơ đồ kết câu cua cơ câu kẹp chặt

1 .Đầu kẹp 5. Lò xo chịu nén

2. Tâm kim loại 6. Tâm trượt mang đầu dao

15

1

0

0

15

2

0

0

4

0

0

5

0

0

6

0

0 7

0

0

3

0

0

8

0

0


Trang 55

3. Lõi thép 7. Lươi dao cắt

4. Đai ốc 8. Bàn dao dưới

Giả sử ta bố trí đầu kẹp thấp hơn mũi dao trên là b = 15mm.

Tấm thép có chiều dày hmax = 20mm.

Độ trùng dao để cắt hết chiều dày tấm thép là = 15mm.

Giả sử ban đầu lò xo được đặt vừa sít giữa tấm kim loại và tấm chặn trên .

Giả sử chọn tấm kim loại có kích thước khối là l x b x h .

lmin = Bmax = 3000 (mm).

b = 60mm , h = 300mm.

Suy ra khối lượng của tấm kim loại :

m = thép .V

Với thép có = 7,8kg/dm3

V = 3000 x 60 x 300 = 54 x 106 mm

3 = 54 dm

3.

Suy ra : m = 7,8 x 54 = 421,2 (kg ).

Như vậy khi đầu kẹp bắt đầu kẹp bắt đầu chạm vào tấm cắt và lò xo chịu nén

chưa bị nén thì áp lực do khối lượng tấm kim loại tác dụng lên tấm cắt là N0 :

N0 = m . g = 421,2 . 9,8 = 4128 (N).

Do đó khi kẹp, lực tác dụng lên các lò xo là :

Fmax = Q - N0= 17648 - 4128 =13520 (N).

Giả sử ta sử dụng 6 lò xo chịu nén phân bố đều trên chiều dài tấm kẹp.

Vậy lực tác dụng lớn nhất lên mỗi lò xo là : 13520/6= 2253 (N) .

Do hành trình vận chuyển của đầu dao H = 280mm và đầu kẹp đặt thấp hơn

mũi dao 15mm và khoảng cách giữa đầu kẹp với mặt trên của tấm thép là: b =

15mm.

Suy ra: Độ lớn chuyển vị x của lò xo là: x = 280 - 15 = 265mm .

Ta bắt đầu tính kích thước của lò xo chịu nén với lực tác dụng lớn nhất của một

lò xo là F lx = 2253 (N).

4.1.2. 2. Các thông số của bộ phận kẹp phôi

a. Chọn vật liệu và ứng suât cho thép cua lò xo

Đối với máy cắt thép tấm có tải trọng lớn, va đập và rung động mạnh do đó vật

liệu làm lò xo cần có tính đàn hồi cao và không thay đổi trong một thời gian dài, do

vậy ta chọn thép silic -mangan có b = 1600 1700 MPa (bảng14.1[10])

Suy ra: )(4801600.3,0.3,0 MPab

b. Chọn tỷ số đường kính


Trang 56

D

H

P

C = 7d

D

Do đó : hệ số kể đến độ tăng ứng suất của lò xo do dây bị uốn cong k là:

k = 2,137.4

27.4

3C.4

2C.4

c. Tính đường kính dây lò xo

Đường kính dây lò xo được tính theo công thức :

d

C.F.k

6,1 lx (mm) (4-7)

Trong đó:

Flx: lực lớn nhất lò xo chịu nén, Flx = 2253 (N).

C: tỷ số đường kính, C = 7.

: ứng suất xắn cho phép của thép chế tạo lò xo, = 480 Mpa.

thay số vào ta có:

d )mm(05,10480

7.2253.2,16,1

Chọn d = 11 mm

- Đường kính trung bình của lò xo:

Dtb= d.c = 11.7=77 (mm)

- Đường kính ngoài:

Dn = Dtb + d = 77+11=88 (mm)

- Đường kính trong:

Dt= Dtb- d = 77-11=66(mm)

Thông số của lò xo như hình vẽ:

Hình 4.3. Sơ đồ tính toán lò xo

d: đường kính tiết diện dây. H0: Chiều cao lò xo.


Trang 57

D: đường kính trung bình. p: Bước lò xo.

d. Xac định số vòng làm việc cua lò xo( n)

Có Fmax =Flx = 2253 (N).

Fmin = 0 ( do chọn ban đầu lò xo chưa chịu nén )

Số vòng làm việc n được xác định theo công thức :

n = )FF.(C.8

d.G.x

minmax

3 (4-8)

Trong đó:

x: biến dạng của lò xo, x = 265 (mm).

G: Mođun đàn hồi trượt, G = 8.104(N/mm

2)

C: Hệ số đường kính, C= 7

Thay số vào ta có:

n = 022537.8

11.10.8.2653

4

= 36 (vòng)

e. Xac định cac kích thước khác

Tổng số vòng của lò xo:

n0 = n + (1,5 2) =36 + 2 = 38 vòng

Chiều cao của lò xo khi các vòng sít nhau:

Hs = (n0 - 1).d = (36-1).11 = 385 mm

Bước của lò xo khi chưa chịu tải

t = d + n

x (4-9)

Trong đó:

F2 = biến dạng của lò xo khi chịu lực cắt lớn nhất chính bằng x do ban đầu lò

xo không chịu nén.

: độ hở giữa các vòng lò xo khi chịu lực cắt lớn nhất. Thường chọn

1,111.1,01,0 d . Chọn 5,1 .

Nên t = 11 + 265/36 + 1,5 = 23(mm).

Chiều cao ban đầu khi chưa chịu tải của lò xo :

H0 = Hs + n.(t - d) (4-10)

= 385 + 36.(23 - 11 ) = 817 (mm)


Trang 58

Kiểm nghiệm tỷ số: 3D

H0 (số tay thiết kế máy và chi tiết máy)

Có 6,1077

817

D

H0 >3, do vậy cần phải có lõi lồng bên trong.

f. Kiêm nghiệm ứng suât xoắn cho phép

2

lx

d.

C.F.k8 (4-11)

)mm/N(5,39811.14,3

7.2253.2,1.8 2

2 < =480 (N/mm

2)

Vậy thoả man điều kiện ứng suất cho phép.

g. Vậy các thông số cua lò xo

Đường kính trung bình Dtb = 77 mm

Đường kính ngoài Dn = 88 mm

Đường kính trong Dt = 66 mm

Đường kính dây lò xo d = 11mm

Số vòng n0 = 38 vòng

Bước lò xo t = 21 mm

Chiều cao lò xo H0 = 662 mm

Góc nâng tg : tg77.14,3

23

D.

t

tb

= 0,09513

Chiều dài khai triển L =

n.

cos

D.n 5,998536.

5cos

88.14,30

(mm)

4.2. Tính toán động lực học và kết cấu bộ phận cắt

Đây là bộ phận quan trọng nhất trong máy cắt, yêu cầu của việc tính toán động

học và kết cấu phải đảm bảo cơ cấu phải tạo đủ lực cắt, làm việc đủ công suất. Bao

gồm: Tính toán cho Piston thuỷ lực và tính kết cấu của bàn trượt giá dao.

4.2.1. Tính toán Xilanh thuỷ lực cho bộ phận tạo lực cắt

Truyền động thuỷ lực là một hệ thống truyền động dùng môi chất lỏng (các loại

dầu ép) làm khâu trung gian để truyền.Truyền động được thực hiện bằng cách cung

cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng, sau đó biến đổi thế năng của dầu

thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến.

Bất kỳ một hệ thống truyền động thuỷ lực nào cũng có hai phần chính:

- Cơ cấu biến đổi năng lượng ( bơm, động cơ ,xi lanh ).

- Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh (các loại van ).


Trang 59

- Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác để đảm bảo hệ thống làm việc.

Phần lớn các thiết bị cơ cấu trong truyền dẫn thuỷ lực đa được tiêu chuẩn hoá

nên việc thiết kế tính toán chỉ mang tính lựa chọn, sao cho máy hoạt động đúng yêu

cầu thiết kế.

* So với các loại truyền động khác, truyền động thuỷ lực có nhiều ưu điêm hơn:

- Kết cấu nhỏ gọn.

- Dễ đề phòng quá tải.

- Truyền được công suất cao,lực lớn, cơ cấu đơn giản, độ tin cậy cao, ít chăm

sóc và bảo dưỡng.

- Hoạt động ít gây tiếng ồn.

- Điều khiển vô cấp tốc độ, dễ dàng tự động hoá theo điều kiện làm việc hoặc

theo chương trình.

* Nội dung thiết kế tính toán Piston thuỷ lực bao gồm các phần sau:

- Tính toán các thông số của Piston- Xilanh.

- Lựa chọn các thông số của bơm (chọn động cơ, loại bơm dầu, áp suất, lưu

lượng..).

- Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng trong hệ thống và chọn các phần tử

thủy lực.

4.2.1.1. Tính toán, lựa chọn các thông số của Piston-Xilanh

* Tính sơ bộ chiều dài thân xilanh:

Sơ đồ bố trí như hình vẽ:

Hình 4.4. Sơ đồ tính chiều dài thân xilanh.

h1

c

H

h2

a


Trang 60

Đa tính được hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 165 mm.

Để quá trình kẹp chặt sảy ra trước thì đầu kẹp phải lắp đặt ở vị trí thấp hơn mũi

dao.

Chọn khoảng cách tương đối đầu kẹp thấp hơn mũi dao là a = 15 mm.

Do đó tổng hành trình dịch chuyển của mũi dao là :

H1 = H + a = 165 + 15 = 180 (mm)

Trong quá trình cắt do chịu phản lực cắt nên vận tốc cắt thay đổi (lớn nhất khi

quá trình cắt vừa kết thúc), gây va đập cho máy. Vì vậy cần phải giảm chấn cho dao

cắt. Đối với hệ thống dùng piston - xilanh thuỷ lực người ta giảm chấn bằng cách

tạo một lớp dầu còn lại trong xilanh ở đầu hành trình cũng như cuối hành trình của

piston, nhờ sự biến dạng đàn hồi của lớp dầu này sẽ không làm thay đổi đột ngột về

lực cũng như vận tốc của cần piston.

Chọn chiều dày của lớp dầu mà khi thiết kế xilanh để giảm chấn cho cơ cấu là

h1 và h2, trong đó : h1 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành tình piston đi lên,

h2 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành tình piston đi xuống. Với h1 = 30

mm,

h2= 30 mm

Do đó tổng chiều dài xilanh là:

l = H1 + h1 + h2 + c

Với: c: chiều dày piston. Chọn c = 80 (mm).

l = 180 +30 + 30 + 80 = 320 (mm).

* Lực tac động lên xilanh:

Với lực cắt thép tấm là rất lớn, ta sử dụng 3 Piston- Xilanh thuỷ lực, do đó lực

cần thiết ở mỗi xi lanh là:

Pci-xilanh =3

P

Trong đó P là lực cần thiết mà cả hệ Piston-Xilanh thuỷ lực nhận được ra:

P = Pc + Fmax = 504227 + 13520= 517747 (N)

Vậy: Pci-xilanh = 3

P = 172582

3

517747 (N).

* Lực cần thiết đê thắng phụ tải đặt lên xilanh:

Do có ma sát giữa piston và xi lanh, giữa bạc đở và cần piston, lực quán tính

của khối lượng chuyển động, đối áp ở khoang tải…để đặc trưng cho điều này ta có

khái niệm hiệu suất cơ khí:


Trang 61

xilanhct

xilanhci

ckP

P

[7]

Trong đó:

Pci-xilanh: lực có ích trên xilanh chính bằng lực của phụ tải trên xilanh.

Pct-xilanh: lực cần thiết trên xilanh để thắng phụ tải.

Trong tính toán kỹ thuật thường lấy 95,0ck . [7]

Lực ma sát phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu của xilanh, vật liệu và chất lượng

gia công xilanh, piston, vòng làm kín.

18166595,0

172582PP

ck

xilanhci

xilanhct

(N).

* Chọn kết câu cua xilanh:

Hình 4.5 kết câu xilanh

* Chọn áp suât làm việc cua xilanh:

Chọn áp suất đầu ra của bơm, Pb= 100 bar(≈ 100 KG/cm2).

Áp suất dầu tác dụng lên Piston-Xilanh, được tính như sau:

Từ phương trình cân bằng áp suất trong hệ thống:

Pb =Plx+ p1+ p2+ p3+ p4+ p5+ p6 (4.12)

Trong đó:

Pxl: áp suất dầu tác dụng lên bề mặt Piston - xilanh.

Pb: áp suất đầu ra của bơm, Pb= 100 bar(≈ 100 KG/cm2.).

P1: Tổn thất áp suất của bộ lọc dầu: P1 = 1,5 bar.

P2: Tổn thất áp suất của bộ van tràn, P2= 2,5 bar.

A

A


Trang 62

P3: Tổn thất áp suất của van tiết lưu điều chỉnh được, P3= 4 bar.

P4: Tổn thất áp suất của van đảo chiều, P4 = 2 bar.

P5: Tổn thất áp suất của van 1 chiều, P5 = 1,5 bar.

P6 : Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn dầu, P6= 1,5 bar.

Ta có: Pxl = Pb - P = 100 - (1,5 + 2,5 + 4 + 2 + 1,5 + 1,5 ) = 87 (bar)

= 87 bar = 8,7( N/mm2).

* Tiết diện làm việc cua piston:

F = )mm(208817,8

181665

p

P 2

xl

xilanhct .

* Đường kính trong cua xilanh là:

Từ F = )mm(1595,6317214,3

182

F2D

4

D2

Theo tiêu chuẩn chọn: D = 160 mm.

* Đường kính cần cua piston:

K = D.KdD

d

Do pb > 30 (bar) nên theo [7] chọn K = 0,5

d = 0,5 . 160 = 80 (mm)

* Lưu lượng làm việc cua xilanh là:

Qxl = Fpt.Vc

Trong đó:

Vc: vận tốc đầu dao khi ở hành trình cắt.Do lực cắt P = 517747 (N) <

20(MN)

nên Vct =( 5 100) mm/s, Chọn Vc = 50 (mm/s)

Fpt : Tiết diện piston, Fpt = 19837 mm.

Do đó : Qxl = Fpt.Vc

= 20881.50 = 1044050 ( mm3/s).

= 1,04405 dm3/s = 62,64 (lít/phút).

* Tính toán sức bền cua xilanh:

- Chiều dày thành xilanh:

cD.mtmin

[7]


Trang 63

c: đại lượng bổ sung cho chiều dày tố thiểu của xilanh có tính đến dung sai gia

công tra [7] ta được c = 1.

m: hệ số tra bảng 5-1[7] khi hệ số an toàn n = 3 ta được m = 0,05.

tmin 0,05.160 + 1 = 9mm. Chọn t = 10mm.

- Chiều dày của đáy xilanh:

ckp

d1,0CF

min

. [7]

Trong đó:

K = hệ số phụ thuộc vào dạng đáy, k = 0,3.

d: đường kính đáy: d = 160+2.10 = 180mm.

CE : ứng suất cho phép trên thành xilanh.

. [7]

b : giới hạn bền chọn vật liệu xilanh C45 có b

= 58 KG/mm2.

: hệ số độ bền của mối hàn với thép = 0,9.

4,179,0.3

58CF

KG/mm2.

6,2414,17

100.3,0180.1,0

min mm.

Chọn 25min mm.

* Vận tốc cua đầu dao khi đi lên:

Vlên = )s/mm(67

4

80.14,320881

1044050

FF

Q2

cán

xl

( ** )

Công suất cắt của máy:

N = P.v

Trong đó:

P: lực để cắt tấm thép và lực ép lên lò xo của xilanh (N), P = 517747 (N).

v: Vận tốc khi ở hành trình cắt (m/s), v =50 (mm/s)= 0,05 (m/s).

N: Công suất cắt (N).

Suy ra: N = 517747.0,05 =25887,35 (W) = 25,9 (KW).

4.2.1.2.Tính toán lựa chọn các thông số của bơm

a. Công suât cần thiết cua động cơ điện làm quay bơm dầu là

.n

bCE


Trang 64

Nct =

N

Với :8,06,0 Hiệu suất của bơm dầu, chọn 8,0

)KW(36,32)W(323598,0

35,25887N

ct

Do vậy cần phải chọn động cơ dùng để quay bơm dầu thích hợp vừa đảm bảo

đủ công suất cho yêu cầu của quá trình cắt vừa phải có tính năng làm việc phù hợp

với yêu cầu truyền động cho bơm, phù hợp với môi trường bên ngoài, vận hành

được an toàn và ổn định. Hơn nữa chọn công suất động cơ phải phù hợp để đảm bảo

tính kinh tế, hạ giá thành của sản phẩm, tăng hiệu suất của động cơ và kết cấu

không cồng kềnh.

Từ những yêu cầu cần thiết đặt ra ta cần chọn động cơ có công suất Nđc ctN

Do vậy ta chọn loại động cơ đồng bộ, che kín, có quạt gió loại A02-82-6 có

công suất 40 kw, số vòng quay 1000( v/ph ).

b. Chọn bơm dầu cho hệ thống cung câp thuỷ lực

Như đa tính, lưu lượng cần thiết cho 1 xilanh khi làm việc là Qxl = 62,64

lít/phút, nhưng trong sơ đồ thuỷ lực ta phân tích thì cần thiết phải dùng 3 xilanh.

Do vậy, lưu lượng cần thiết bơm phải cung cấp cho hệ thống là:

Qct = 3.Qxl = 3.62,64 = 188 ( l/ph)

Mặt khác áp suất cần thiết bơm phải tạo ra là Pct = 100 (bar), do vậy ta phải so

sánh chọn loại bơm hợp lý đảm bảo lưu lượng và áp suất yêu cầu.

Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng loại bơm thể tích, tức là loại thực hiện

việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể

tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích buồng

làm việc giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén. Nếu trên đường dầu bị đẩy ra

ta đặt một vật cản, dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ

lớn của sức cản và kết cấu của bơm .

Tuỳ thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể

phân biệt được 2 loại bơm thể tích: bơm có lưu lượng cố định và bơm có lưu lượng

có thể điều chỉnh được .

Về mặt kết cấu, bơm thể tích ( cả bơm cố định và bơm điều chỉnh ) có thể phân

ra các loại chính như: bơm bánh răng, bơm cánh gạt và bơm piston. Mỗi loại kết

cấu bơm đều có những ưu nhược điểm riêng, do vậy ta phải phân tích lựa chọn loại

bơm có hiệu quả kinh tế và đơn giản về kết cấu nhất đồng thời làm việc phải đáp

ứng được với yêu cầu cần thiết mà bơm phải tạo ra .


Trang 65

Sau khi phân tích lựa chọn ta xác định sử dụng loại bơm bánh răng có áp suất

100 bar, lưu lượng tạo ra là 200 (l/ph). Loại này thỏa mãn với áp suất và lưu lượng

tính toán.

* Ưu điêm và phạm vi ứng dụng cua bơm banh răng:

Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rải nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế

tạo đồng thời giá thành lại rẻ hơn các loại bơm khác. Phạm vi sử dụng của bơm

bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào,

phay, máy tổ hợp,.... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể từ

10 - 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo).

* Phân loại bơm banh răng:

Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có

thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chử V.

Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rải hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng

bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn. Ở đây ta chọn loại loại

bơm bánh răng ăn khớp ngoài.

* Nguyên lý làm việc cua bơm banh răng:

Hinh 4.6. Bơm banh răng ăn khớp ngoài

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của

buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén khi thể tích giảm, bơm

đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường dầu bị đẩy ra ta

đặt một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ

thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm.

Buồng đẩy B

Buồng hút A

Bánh răng chủ

động

Bánh răng bị

động

Thân bơm

nb


Trang 66

* Kết câu bơm banh răng:

Hình 4.7. Kết câu bơm banh răng

c. Xac định tiết diện ống dẫn dầu

Theo điều kiện liên tục của dòng chảy và tổn thất áp suất lớn nhất thì đường

kính các lỗ cấp dầu của xilanh được chọn sao cho tốc độ đường dầu trong:

Ống hút: 1 (m/s).

Ống nén: 5 (m/s).

Ống xã: 1 (m/s).

Đường kính ống: v..3

Q.2.10d

(mm).

Đường kính ống hút: 651.14,3.3

200.2.10d

h (mm).

Đường kính ống nén: 285.14,3.3

188.2.10d

n (mm).

Đường kính ống xả: 631.14,3.3

188.2.10d

x (mm).

Đường kính ống cấp dầu cho mỗi xilanh là:

165.14,3.3

64,62.2.10d

ôxl (mm).

4.2.1.3. Tính các tổn thất về áp suất, lƣu lƣợng trong hệ thống

a. Xac định tổn thât áp suât trên hệ thống

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do sức cản trên đường đi của dầu từ bơm

đến cơ cấu chấp hành (xi lanh thuỷ lực).Sức cản này chủ yếu được hình thành do

chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện ống dẫn, thay đổi hướng chuyển động cũng


Trang 67

như sự thay đổi của vận tốc chuyển động và độ nhớt của dầu gây nên. Vì vậy tổn

thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệ thống thuỷ lực.

Nếu gọi p0 là áp suất mà bơm cung cấp vào hệ thống, p1 là áp suất đo tại buồng

công tác cuả cơ cấu chấp hành, thì tổn thất áp suất của hệ thống đựơc biểu thị ở

dạng hiệu suất :

= 00

10

p

p

p

pp

.

Xét về mặt kết cấu của hệ thống thuỷ lực thì tổn thất áp suất có thể qui về hai

dạng tổn thất chính:

- Tổn thất áp suất qua van .

- Tổn thất áp suất trên ống dẫn.

* Tổn thât áp suât qua van :( p1).

Bằng thực nghiệm người ta đa xác định được những khoảng giá trị tổn thất áp

suất đối với từng loại van.

Bảng 4.1 Tổn thât áp suât qua van

Kiểu van Tổn thất áp suất p1

Van đảo chiều 1,5 3 (KG/cm2)

Van điều áp 2,56 (KG/cm2)

Van tiết lưu 23,5 (KG/cm2)

Van tiết lưu điều chỉnh 36 (KG/cm2)

Van giảm áp 310 (KG/cm2)

Van cản 1,52 (KG/cm2)

Van an toàn 23 (KG/cm2)

Như vậy đối với sơ đồ thuỷ lực như hình vẽ, ta có các giá trị tổn thất áp suất sau

đây:

Tổn thất áp suất qua van đảo chiều :2(KG/cm2)

Tổn thất áp suất qua van an toàn : 2,5(KG/cm2)

Tổn thất áp suất qua van tiết lưu điêù chỉnh :4(KG/cm2)

Tổng tổn thất áp suất trong van sẽ là:

p1 = 2 + 2,5 + 4 = 8,5(KG/cm2)

* Tổn thât áp suât trong ống dẫn:( p2).

Tổn thất áp suất trong ống dẫn có hai loại cơ bản :


Trang 68

+ Tổn thất đường dài.

+ Tổn thất cục bộ.

Xét về chiều dài ống dẫn trong hệ thống thuỷ lực của máy có thể coi là khá

ngắn nên ta có thể bỏ qua tổn thất áp suất do chiều dài ống. Ở đây ta chỉ quan tâm

đến tổn thất áp suất cục bộ trong hệ thống ống dẫn.

Giá trị tổn thất áp suất cục bộ được tính theo công thức sau:

p2 =10..g.2

.V

2 (N/m

2) . (4-13)

p2 =10-4

..g.2

.V

2 (KG/cm

2).

(4-14)

Trong đó:

: khối lượng riêng của dầu (KG/m3)

g: gia tốc trọng trường g = 9,81(m/s2)

: hệ số tổn thất cục bộ.

Hệ số này trong từng bộ phận của hệ thống thuỷ lực thường được xác định bằng

thực nghiệm. Nó phụ thuộc vào trị số Re, vào nhiệt độ, vận tốc, hướng chuyển động

của dòng dầu và hình dáng tiết diện tại nơi gây ra tổn thất.

Để đơn giản trong quá trình thiết kế, có thể lấy giá trị tổn thất áp suất cục bộ

trong ống dẫn theo công thức sau đây :

p2 = 0,05.p

ct

Trong đó:

pct: là áp suất của cơ cấu chấp hành. pct = p1 = 87(KG/cm2).

Vậy: p2 = 0,05.87 = 4,35 (KG/cm2).

Vậy:Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống: p = 8,5 + 4,35 = 12,85 (KG/cm2).

b. Xac định tổn thât thê tích trên hệ thống

Dạng tổn thất thể tích trong hệ thống thuỷ lực chủ yếu do dầu chảy qua các khe

hở gây ra. Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ, độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể

tích là đáng kể. Trong các yếu tố ảnh hưởng trên thì áp suất của hệ thống là yếu tố

quyết định đến giá trị tổn thất thể tích .

Tổn thất thể tích xảy ra ở mọi bộ phận trong hệ thống, chủ yếu là ở các cơ cấu

biến đổi năng lượng như: bơm dầu, động cơ dầu, xi lanh truyền lực.

Ước tính tổn thất thể tích trong hệ thống dầu ép theo công thức sau:

tttt

qp.q (4-15)

Trong đó:


Trang 69

: Trị số tổn thất thể tích ( cm3/s)

p : Tổn thất áp suất trên hệ thống.

p = p1 + p

2 +p

3 + p

4+.p

5 + p

6

Trong đó:

P1: Tổn thất áp suất của bộ lọc dầu : P1 = 1,5 bar.

P2: Tổn thất áp suất của bộ van tràn, P2= 2,5 bar.

P3: Tổn thất áp suất của van tiết lưu điều chỉnh được, P3= 4 bar.

P4: Tổn thất áp suất của van đảo chiều, P4 = 2 bar.

P5: Tổn thất áp suất của van 1 chiều, P5 = 1,5 bar.

p6

: Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn dầu, p6

= 4.35 bar.

Và 321

Trong đó:

1 : Trị số tổn thất thể tích đối với bơm : 0,6.10

-6 (cm3/s).

2 : Trị số tổn thất thể tích đối với van đảo chiều : 0,025.10

-6 (cm3/s).

3 : Trị số tổn thất thể tích đối với xilanh : 0,015.10

-6 (cm3/s).

35,45,1245,25,110015,0025,06,0q 6

tt

.60.

)ph/l(5,0q)ph/l(10.608tt

6 .

c. Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống

Hệ thống làm việc trong với vận tốc, áp suất và nhiệt độ khá lớn. Trong điều

kiện như thế, để đảm bảo cho các cơ cấu làm việc được bình thường thì dầu dùng

trong hệ thống phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Phải có tính bôi trơn tốt để đảm nhiệm chức năng bôi trơn các chi tiết máy mà

nó chảy qua .

+ Có chỉ số độ nhớt cao, tức là ít thay đổi theo nhiệt độ.

+ Phải có tính trung hoà đối với tất cả những vật liệu mà nó tiếp xúc, không gây

han rỉ đối với kim loại, không gây hư hỏng đối với các chất sơn, chất nhựa, chất

dẻo,...

+ Có độ nhớt thích hợp với điều kiện che chắn và khe hở của các chi tiết di

trượt nhằm đảm bảo độ dò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất.

+ Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan nước, có mođun đàn

hồi tỷ nhiệt lớn, dẫn nhiệt tốt, khối lượng riêng nhỏ...


Trang 70

Trong những yêu cầu trên, thì dầu khoáng chất hầu như thoả man được đầy đủ

nhất, hiện tại người ta đa chế tạo rất nhiều loại dầu khoáng chất khác nhau cho hệ

thống truyền động bằng dầu ép.

Đối với hệ thống dầu ép mà ta sử dụng có áp suất cao 100 bar, yêu cầu độ rò

dầu thấp, làm việc liên tục trong điều kiện khắc nghiệt, vì vậy ta sử dụng loại dầu có

độ nhớt 60.10-6

m2/s, tức dầu công nghiệp 60 ( hay D = 60 cst ) có khối lượng riêng

từ ( 890 930 ) kg/ m3.

4.2.1.4 Chọn các phần tử thuỷ lực khác

* Van tràn và an toàn có Qmax =200 (l/ph)

Van tràn và van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ

thống thủy lực vượt quá trị số quy định. Van tràn làm việc thường xuyên, còn van

an toàn làm việc khi quá tải.

Có nhiều loại:

+/ Kiểu van bi (trụ, cầu)

+/ Kiểu con trượt (pittông)

+/ Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp)

a. Kiêu van bi

Hình 4.8. Kết câu kiêu van bi

Giải thích: khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên vượt quá mức điều chỉnh, nó sẽ

thắng lực lò xo, van mở cửa và đưa dầu về bể. Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ

vít điều chỉnh ở phía trên.

Ta có: p1.A = C.(x + xo) (bỏ qua ma sát, lực quán tính, p2 0)

Trong đó:

Xo - biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu;

C - độ cứng lò xo

Fo = C.xo - lực căng ban đầu

x - biến dạng lò xo khi làm việc (khi có dầu tràn)


Trang 71

p1 - áp suất làm việc của hệ thống

A - diện tích tác động của bi

Kiểu van bi có kết cấu đơn giản nhưng có nhược điểm: không dùng được ở áp

suất cao, làm việc ồn ào. Khi lò xo hỏng, dầu lập tức chảy về bể làm cho áp suất

trong hệ thống giảm đột ngột.

b. Kiêu van con trượt

Hình 4.9. Kết câu kiêu van con trượt

Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3. Nếu như lực do

áp suất dầu tạo nên là F lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo Flx và trọng lượng G của

pittông, thì pittông sẽ dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dùng để

tháo dầu rò ở buồng trên ra ngoài.

Ta có: p1.A = Flx (bỏ qua ma sát và trọng lượng của pittông) Flx = C.x0

Khi p1 tăng F = P*.A > Flx pittông đi lên với dịch chuyển x. P

*.A = C.(x +

xo)

Nghĩa là: p1 pittông đi lên một đoạn x dầu ra cửa 2 nhiều p1 để ổn

định.

Vì tiết diện A không thay đổi, nên áp suất cần điều chỉnh p1 chỉ phụ thuộc vào

Flx của lò xo.

Loại van này có độ giảm chấn cao hơn lọai van bi, nên nó làm việc êm hơn.

Nhược điểm của nó là trong trường hợp lưu lượng lớn với áp suất cao, lò xo

phải có kích thước lớn, do đó làm tăng kích thước chung của van.

c. Van điều chỉnh hai câp áp suât

Trong van này có 2 lò xo: lò xo 1 tác dụng trực tiếp lên bi cầu và với vít điều

chỉnh, ta có thể điều chỉnh được áp suất cần thiết. Lò xo 2 có tác dụng lên bi trụ

(con trượt), là loại lò xo yếu, chỉ có nhiệm vụ thắng lực ma sát của bi trụ. Tiết diện

chảy là rãnh hình tam giác. Lỗ tiết lưu có đường kính từ 0,8 1 mm.


Trang 72

Hình 4.10. Kết câu cua van tràn điều chỉnh hai câp áp suât được chọn

Dầu vào van có áp suất p1, phía dưới và phía trên của con trượt đều có áp suất

dầu. Khi áp suất dầu chưa thắng được lực lò xo 1, thì áp suất p1 ở phía dưới và áp

suất p2 ở phía trên con trượt bằng nhau, do đó con trượt đứng yên.

Nếu áp suất p1 tăng lên, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua con trượt, lên van bi chảy

về bể. Khi dầu chảy, do sức cản của lỗ tiết lưu, nên p1 > p2, tức là một hiệu áp p =

p1 - p2 được hình thành giữa phía dưới và phía trên con trượt. (Lúc này cửa 3 vẫn

đóng)

0

2112 x.Cp.A và 31

0

32 A.px.C

Khi p1 tăng cao thắng lực lò xo 2 lúc này cả 2 van đều hoạt động.

Loại van này làm việc rất êm, không có chấn động. áp suất có thể điều chỉnh

trong phạm vi rất rộng.

Hình 4.11 Sơ đồ tính toán van tràn

Van tràn

Van an toàn P1

P3

P2

Lò xo 1

Độ cứng C1

Lò xo 2

Độ cứng C2

Vít đ/c

Bi cầu

Bi trụ

A2

A3

d

d 1

D

v 1 , p

1

v 1 , p

1

t

h


Trang 73

Qua phân tích ta chọn loại van tràn điều chỉnh hai cấp áp suất để tính toán.

Tính toán van tràn theo đặc tính tĩnh có nghĩa la xác định diện tích của cửa

thông để đảm bảo lưu lượng yêu cầu của chất lỏng Q, ứng với độ chênh áp suất p

p.g2

.f.Q

theo(7.1)[7].

Trong đó:

: hệ số lưu lượng phụ thuộc vào Re

: trọng lượng riêng của dầu = 850 (kg/m3).

p : độ chênh lệch áp suất trong van, 5,2ppp 21 (KG/cm3).

Q: lưu lượng tối đa qua van, Q = 200 – 3. 62,64 = 12 (l/ph).

f: diện tích có ích của khe hở thong van.

2

sin.h.d.t.2

ddf 1

. theo(7.1)[7].

Thay f vào ta có:

p.g.2

2sin.d..

Qh

. theo(7.1)[7].

Chọn 090 .

rv4

Re .

Trong đó:

v: tốc độ chất lỏng qua van v = 5 (m/s).

r: bán kính thủy lực của mặt cắt dòng chảy 142

28

2

dr mm

: hệ số nhớt động của dầu 60 cst.

6,460

5.14.4rv4R

e

.

6,06,4.126,0R.126,0e

.

Thế vào ta có:

24,25,2.14.2

850

45sin.20.14,3.42,0

12

p.g.2

2sin.d..

Qh

(mm).

* Van tiết lưu điều chỉnh được có Qmax = 200 (l/ph).


Trang 74

Van tiêt lưu điều chỉnh lưu lựơng dầu, qua đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu

chấp hành trong hệ thống.

Hình 4.12 Sơ đồ thuy lực có lắp van tiết lưu ở đường dầu vào

Van tiết lưu có thể đặt ở đường dầu vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành.

Van tiết lưu có hai loại:

+/ Tiết lưu cố định

+/ Tiết lưu thay đổi được lưu lượng

Ta có các phương trình:

Q2 = A2.v: lưu lượng qua van tiết lưu.

p = p2 - p3: hiệu áp qua van tiết lưu.

Lưu lượng dầu Q2 qua khe hở được tính

theo công thức Torricelli như sau:

p.g2

.A.Qx1

(m3/s).

hoặc: p.c.A. .vAX2

( constg2

c

).

2

X

A

p.c.A. v

Trong đó:

: là hệ số lưu lượng;

Ax: diện tích mặt cắt của khe hở.

p1

A1 A2

v

Ax

Q1, p2

Q1, P1

Vít đ/c


Trang 75

p = (p2 - p3): áp suất trước và sau khe hở 4kG/cm2 = 4.10

5 [N/m

2];

: khối lượng riêng của dầu = 850 [kg/m3].

Khi Ax thay đổi p thay đổi và v thay đổi.

Ax = 2 .rt.AB.

AB = h.sin.

cos2

sinhrr

t .

sin.r.h.2Ax .

(

cos.2

sin.h 2

: VCB bỏ qua. 06 ).

Thế vào ta có:

sinp.g2

..r.h.2p.g2

.A.Qx1

.

)mm(6

6sin.10.4.850

10.2.6,0.10.14.14,3.2.60

10.3.64,62

sinp.g2

..r.2

Qh

053

3

1

* Van đảo chiều 4/3 điều khiên trực tiếp bằng tín hiệu điện

Khi thiết kế van tịnh tiến xuất phát từ điều kiện làm việc, cần đảm bảo sao cho

kết cấu của van đơn giản và kích thước phải nhỏ gọn. Để thỏa mãn yêu cầu trên

Vận tốc chất lỏng trong thân van phải lớn hơn trong ống dẫn từ 2 đến 2,5 lần.

Đa chọn 5 m/s.

Mức chênh lệch áp suất khi qua van < 2% áp suất làm việc, đa có 4kG/cm2.

Diện tích mặt cắt ngang của dòng chất lỏng tại các vị trí bất kỳ của kênh kf

không nhỏ hơn 40 -50% diện tích mặt cắt ngang của ống dẫn f . Ta có quan hệ:

1,0f

fk

.

Rảnh vòng dẫn trên thân van co đường kính D là hợp lý nhất khi: 2d

dD

.

Đường kính của cần nòng van d1 cần chọn sao cho đảm bảo được diện tích mặt

cắt khe hở thông )dd.(4

x.d.f 2

1

2

, đồng thời đảm bảo được độ cứng vững

của nòng van. Theo [7] d1 hợp lý nhất khi:


Trang 76

3

2

5

4

d

d1

Số gờ nòng van n được chọn tùy theo kết cấu. Giữa chiều rộng của gờ h, đường

kính của gờ nòng van d, và n có quan hệ kinh nghiệm:

.3d

h.n

Để thỏa mãn các yêu cầu trên. Tra bảng 6.1[7] ta có:

Đường kính của gờ nòng van d = 25mm.

Đường kính của cần nòng van d1 = 15mm.

Độ mở x = 9mm.

Độ phủ kín nhỏ nhất h1 = 3mm.

Khoảng chạy nòng van H = 12mm.

Số gờ nòng van n = 3.

Tra bảng 6.3[7] ta có lực cần thiết để dịch chuyển nòng van là 2kG.

Hinh 4.13. Sơ đồ kết câu và kí hiệu Van đảo chiều 4/3

điều khiên trực tiếp bằng tín hiệu điện

1 - Lõi sắt cua nam châm điện 6, 8 – Lò xo

2, 4 - Cuộn dây cua nam châm điện 7 – Pittông

3 - Bạc lót có lỗ dầu 9 - Dầu ép

5, 10 – Vít điều chỉnh

* Van cản:

T A P B

A B

P T

2 4

5 6 8 10

1 3

7 9


Trang 77

Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống hệ thống luôn có

dầu để bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập.

Hình 4.14. Kết câu van cản

Trên hình 4.14, van cản lắp vào cửa ra của xilanh có áp suất p2. Nếu lực lò xo

của van là Flx và tiết diện của pittông trong van là A, thì lực cân bằng tĩnh là:

p2.A – Flx =0 A

Fp lx

2

Như vậy ta thấy rằng áp suất ở cửa ra (tức cản ở cửa ra) có thể điều chỉnh được

tùy thuộc vào sự điều chỉnh lực lò xo Flx.

* Các loại ống nối:

Hình 4.15 Các loại ống nối

-. Yêu cầu: Trong hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu tương đối cao về độ

bền và độ kín. Tùy theo điều kiện sử dụng ống nối có thể không tháo được và tháo

được.

1 2

4 3


Trang 78

-. Các loại ống nối: Để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các

phần tử thủy lực, ta dùng các loại ống nối được thể hiển như sau:

* Bê dầu

- Nhiệm vụ:

Bể dầu có nhiệm vụ chính sau:

+/ Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu

chảy về).

+/ Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.

+/ Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc.

+/ Tách nước.

- Chọn kích thước bê dầu:

Đối với các loại bể dầu cố định thì thể tích bể dầu được chọn như sau:

V = (3 5).Qv (theo 2.31[4])

Trong đó: V[lít]; Qv[l/ph].

)l(800200.4V

c. Kết câu cua bê dầu:

Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc. Khi mở động cơ bơm dầu

làm việc, dầu được hút lên qua bộ lộc cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được

cho vào một ngăn khác.

Dầu thường đổ vào bể qua một cửa bố trí trên nắp bể lọc và ống xả được đặt

vào gần sát bể chứa. Có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu.

b

a

Đến

bơm

Dầu từ hệ

thống

Bộ lọc

Vach ngăn

Đáy bê

dầu

h H

Lọc không khí

Lọc không khí

Dầu

Bäü loüc

Về thung

Hình 4.16. Sơ đồ kết câu bê dầu


Trang 79

Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo

sạch. Sau một thời gian làm việc định kỳ thì bộ lọc phải được tháo ra rữa sạch hoặc

thay mới. Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta gắn vào một van tràn

điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu.

4.2.2. Tính toán các thông số của lƣỡi dao và bàn trƣợt gá dao

Dao cắt là bộ phận quan trọng nhất của máy cắt thép tấm, nó không những tác

động trực tiếp tới chất lượng sản phẩm mà còn chi phối không nhỏ khả năng cắt của

máy, năng suất máy, tuổi thọ của máy..., vì vậy những hiểu biết cơ bản về dao nhằm

sư dụng chúng hợp lý là một trong những trọng tâm của công tác cắt gọt kim loại.

4.2.2.1. Chọn vật liệu chế tạo dao cắt

Do dao có cấu tạo bởi 3 phần có chức năng khác nhau trong quá trìng cắt gọt, vì

vậy vật liệu chế tạo các phần không giống nhau. Thông thường phần thân dao và

phần gá đặt thường được cùng một loại vật liệu, theo kinh nghiệm thì hầu hết các

loại dao cần chế tạo phần cắt và phần cán riêng. Vật liệu chế tạo phần cán phải đảm

bảo độ bền và thường được chế tạo bằng thép 45 hoặc thép hợp kim 40X. Phần gá

dao của máy cắt thép tấm ta sử dụng thép 45, phần lưỡi dao ta sử dụng thép hợp kim

9XC (theo TCVN : 90CrSi)

a. Đặc điêm và điều kiện làm việc cua dao

Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cắt dao làm việc trong điều kiện hết sức khắc

nghiệt, đó là:

- Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, thường từ 800-10000C và có khi cao

hơn. Ở nhiệt độ này có ảnh hưởng xấu đến cơ lí tính của vật liệu.

- Trong quá trình cắt, bề mặt làm việc của dao phải chịu áp lực rất lớn, điều này

dễ gây nên hiện tượng rạn nứt và gây vỡ dao.

- Khi cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao với phoi và chi tiết xảy ra hiện tượng

ma sát khốc liệt, hệ số ma sát có khi tăng từ 0,4-1.

- Đối với máy cắt thép tấm dao cắt phải làm việc trong điều kiện va đập và dao

động đột ngột về nhiệt độ, về tải trọng lực. Điều này ảnh hưởng xấu đến khả năng

làm việc của dao.

b. Nhưng yêu cầu đối với vật liệu làm dao

Từ những điều kiện làm việc khắc nghiệt trên, đòi hỏi dao cắt phải có những

yêu cầu sau đây:

- Vật liệu chế tạo dao phải có độ cứng đảm bảo về nguyên tắc dao phải có độ

cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công và độ cứng đó phải duy trì được ở nhiệt

độ cắt: 61 HRC, nhiệt độ cao phải lớn hơn 55 HRC.


Trang 80

- Vât liệu phải có độ bền và độ dẻo cần thiết, có như vậy mới chịu dược áp lực

lớn và va đập lớn.

- Vật liệu chế tạo phải có khả năng chịu mài mòn cao.

- Vật liệu chế tạo dao phải có tính công nghệ tốt và tính kinh tế cao, nghĩa là vật

liệu dùng để chế tạo dao phải được gia công dễ dàng, dễ kiếm và giá thành không

đắt.

Từ những yêu cầu đó ta chọn vật liệu làm dao là thép hợp kim 9XC. ( theo

TCVN 90CrSi)

Thành phần hoá học thép 9XC bao gồm:

%C = ( 0,85 0,95)%

%Cr = (1,3 1,6)%

% Si = 0,35%

% Mn = (0,15 0,4) %

Thép này có ưu điểm là độ cứng cao, sau khi tôi có thể đạt độ cứng 61 64 HRC

4.2.2.2. Các thông số của dao và bàn trƣợt gá dao

a. Thông số cua dao

* Phần lươi dao:

- Chiều dài lưỡi dao: L = 3080mm, nếu chia làm 4 đoạn thì chiều dài mỗi đoạn

là: Lo = 770mm.

- Bề dày lưỡi dao: Chọn e = 20 mm.

- Chiều cao lưỡi dao: Chọn h = 100 mm.

* Phần thân dao:

- Chiều dài thân dao: L' : Thường chọn L' = L + (50 100)mm

= 3080 + 70 = 3150 mm.

- Bề dày thân dao: E = 60 mm.

- Chiều cao thân dao: H = 500 mm.

Phần gá với bàn trượt gá dao ở 2 đầu thân dao phải gia công đạt Ra = 0,32µm.

và có kết cấu như hình 5.5.

b. Chọn số bulông trên một đoạn dao

Với chiều dài mỗi đoạn dao là Lo = 770 mm, ta sử dụng 4 bulông M12 để ghép

lưỡi dao lên thân dao, do vậy ta cần dùng 16 bulông cho cả dao.

Tương tự dao trên, kết cấu lưỡi dao dưới cũng được ghép từ 4 đoạn và dùng

bulông để cố định vào thân dao dưới.

c. Kết câu cua bàn trượt ga dao.(rãnh trượt dao)


Trang 81

Bàn trượt gá dao có tác dụng để thanh dao gá lên nó, để trượt lên xuống trong

ranh trượt của thân máy khi máy làm việc.

Các kích thước của bàn trượt như sau:

- Chiều dài thanh trượt: h = 400 mm.

- Bề dày bàn trượt : b = 100 mm.

Hình 4.17 Sơ đồ kết câu bàn trượt gá dao.

1. Bàn trượt ga dao. 2. Sóng trượt.

3. Lươi dao. 4.Thân dao.

4.2.2.3 Kiểm nghiệm sức bền của thanh dao gá lên bàn dao

Kiểm nghiệm bền là kiểm nghiệm các bulông gắn lưỡi dao lên thân dao trên khi

dao tiến hành cắt với lực cắt là lớn nhất. Để đơn giản, ta kiểm tra bền 1 bulông M12

Ta có:

Lực cắt lớn nhất: Pmax = 504227(N). Vậy lực cắt lớn nhất tác dụng lên 1 bulông

M12:

Po = Pmax/16 = 504227/16 =31514 (N).

Bulông M12 vật liệu là thép 45 có 2/610 mmNk

Điều kiện bền của 1 bulông gắn trên dao :

k

0

F

P.K

Trong đó:

k : ứng suất kéo khi bulông chịu kéo.

K: hệ số siết chặt không đều giữa các bulông.

K = 1,3 2 chọn k = 1,5

0,32

0,3

2 B

B

1 3 2

4

L

L

e

E

h


Trang 82

P0 : Lực tác dụng lên 1 bulông

F: Tiết diện của 1 bulông M12.

Bulông M12 có d = 12 (mm )

F = )mm(1134

12.14,3

4

d. 2

22

.

Thay vào ta được:

2

kmm/N33,418

113

31514.5,1 < 2/610 mmN

k

Vậy: Điều kiện bền được thoả mãn.

4.3.Tính toán bộ phận cấp phôi

4.3.1.Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phôi.

4.3.1.1. Sơ đồ nguyên lý: ( Hình 5.19)

Hình 4.18. Sơ đồ nguyên lý bộ phận câp phôi

1. Phôi 4. Trục can dưới (trục cán chu động).

2. Trục cán trên 5. Lò xo.

3. Hệ thống cac con lăn đơ 6-7.Hộp giảm tốc banh răng hành tinh gắn liền với động cơ.

4.3.1.2. Nguyên lý hoạt động

Khi phôi được đặt giữa 2 lô cán (2) và (4). Tiến hành tạo một áp lực ban đầu

từ lô cán(2) xuống lô cán (4). Động cơ 7 quay truyền momen xoắn qua hộp giảm tốc

hành tinh (6), dẫn động lô cán (4) quay làm cho phôi chuyển động trên sàn con lăn

tiến hành cấp phôi cho máy cắt.

4.3.1.3. Xác định số lƣợng con lăn trên sàn lăn và kích thƣớc sơ bộ chúng.

Theo tiêu chuấn sau khi cán thép tấm có chiều dày từ 4 60 mm, có chiều

rộng b = 600 5000 (mm) và chiều dài l = 4000 12000 (mm). Vậy giả sử phôi ta

sử dụng có chiều dài l = 6000 mm, thì như vậy sàn lăn phải có chiều dài l = 6000

mm

H

G

T

Fo

Fo A - A

5

7

6

A

A

d

3

2

4


Trang 83

Với chiều dài l = 6000 mm, ta dùng 10 con lăn rỗng có đường kính d = 150 mm, B

=3000(mm) hai đầu ta lắp ổ lăn đỡ và gắn lên hai thanh giằng của sàn lăn . Tại vị trí

cuối cùng cạnh bàn dao dưới là cặp tang được dẫn động từ động cơ riêng để cán đỡ

phôi vào đến vị trí cần thiết, với D = 200(mm), B = 3000 (mm).

Hình 4.19. a. Con lăn rổng; b. lô can đặc.

4.3.2. Tính lực kéo phôi thép tấm của tang dẫn động.

4.3.2.1. Tính trọng lƣợng của hệ thống cấp phôi tác dụng lên ổ lăn.

Ta có : P = Pphôi + Pconlăn + Ptang

Trong đó : P : Tổng tải trọng tác dụng lên các ổ lăn

Pphôi : Trọng lượng của tấm phôi thép

Pconlăn : Trọng lượng của day con lăn đỡ .

Ptang : Trọng lượng của cặp tang dẫn động .

- Kích thước lớn nhất của phôi đem cắt là :

lmax = 6000(mm), Bmax = 3000(mm), amax = 20 (mm).

Pphôi = V. N275188,9.8,7.10.20.3000.6000g. 6

.thép (4.16)

- Trọng lượng của day con lăn rỗng :

P conlăn )N(811610.8,9.8,7280.4

50.3000.135150

410 6

2

22

(4.17)

- Trọng lượng của cặp tang cán phôi vào :

Ptang=2. )N(146518,9.8,7.101404

70140

4

1003000

4

200. 6

222

(4.18)

Từ (4.16),(4.17),(4.18) )N(5028514651811627518P

4.3.2.2. Lực ma sát tại ổ lăn

Fms = P . fmsl

20

0

10

0

13

5

15

0

50

70

a

b


Trang 84

Fmsl: hệ số ma sát lăn tại các ổ lăn, fmsl = 0,05

Do đó : Fms = 50285.0,05=2514(N)

Vậy: Để tang quay cấp được phôi vào cho máy thì lực kéo của tang dẫn phải

thắng được lực ma sát trong các ổ lăn, hay Fkéo Fms =2514 (N).

4.3.3. Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc

4.3.3.1.Tính công suất động cơ dẫn động tang quay

Công suất cần thiết tang đẩy phôi là:

Nct =

N

Với: N = Fkéo .V/1000 (kw)

Trong đó : Fkéo: lực kéo tối thiểu của tang dẫn. Fkéo = 2514 (N).

V: vận tốc cấp phôi và . Chọn V = 0,276(m/s).

kw754,01000

3,0.2514N .

2

2

1 : hiệu suất chung.

1 : hiệu suất của một cặp ổ lăn: 99,0

1 .

2 : hiệu suất của hộp giảm tốc bánh răng hành tinh: 94,0

2 .

Do đó : Nct = kw818,094,0.99,0

754,02

Tính số vòng quay của tang dẫn :

n = D

V

.

.1000.60

Với: n: Số vòng quay của tang dẫn.

V: vận tốc cán phôi vào, V = 0,276 (m/s). (***)

D: Đường kính tang dẫn, D = 200(mm).

36,26200.14,3

276,0.1000.60n (vòng/phút).

Với công suất cần thiết Nct = 0,818 kw, số vòng quay tang n = 26,36 v/ph ta

chọn động cơ dẫn động là động cơ điện không đồng bộ được che kín, có quạt gió

loại AOC2-22-6 có công suất 1,3 kw, n = 870 v/ph ( Bảng 4P [10]).

Vậy tỷ số truyền của hộp giảm tốc là: i = 3336,26

870 .

4.3.3.2. Tính toán hộp giảm tốc


Trang 85

a. Phân tích phương an truyền động cua hộp giảm tốc

Ngày nay sử dụng hộp giảm tốc đang có xu thế sử dụng các loại có kích

thước nhỏ gọn, hiệu suất truyền cao, tỷ số truyền lớn. Với công suất của bộ truyền

lô cán cấp phôi tự động không lớn, yêu cầu độ dịch chuyển phôi chính xác, ta sử

dụng hộp giảm tốc cơ cấu bánh răng hành tinh lắp chung vào vỏ hộp động cơ.

Truyền động bánh răng hành tinh là cơ cấu có ít nhất một bánh răng có trục

quay di động, gọi là bánh vệ tinh. Bánh vệ tinh quay quanh trục quay của mình

đồng thời cùng với cần của nó quay quanh trục của bánh trung tâm (bánh có trục cố

định).

*.Công dụng cua hệ hành tinh:

- Cho phép thực hiện một tỷ số truyền i lớn và có thể rất lớn.

- Ngay khi i nhỏ hoặc vừa cũng dùng hệ hành tinh vì có ưu điểm:

+ Có thể dùng cặp bánh răng nội tiếp, có ưu điểm về sức bền so với các cặp

bánh răng ngoại tiếp.

+ Trong hệ hành tinh cần C thường có nhiều chạc phân bố đều, trên đó có lắp

các bánh vệ tinh giống nhau, do đó lực tác dụng lên bánh trung tâm và lên cần C là

rất nhỏ.

+ Tải trọng được phân bố cho các bánh vệ tinh, vì vậy mỗi bánh vệ tinh chỉ

chịu một phần tải trọng do đó kích thước nhỏ gọn.....

Với tỷ số truyền i =30 ta chọn hộp giảm tốc bánh răng hành tinh loại truyền

động với 3 bánh răng trung tâm vì loại này có thể nhận được tỷ số truyền lớn i = (19

352).

* Sơ đồ hộp giảm tốc:

2 C 4 5

3

1

na


Trang 86

Hinh 4.20. Sơ đồ hộp gảm tốc banh răng hành tinh.

1, 3, 5 : Cac banh răng trung tâm; C. Cần;

2, 4, k: cac banh răng hành tinh; 3. Banh răng trung tâm cố định.

* Hoạt động:

Động cơ quay truyền động làm bánh răng 1 quay, bánh răng 1 ăn khớp ngoài

với bánh răng hành tinh 2, bánh răng 2 ăn khớp trong với bánh răng cố định 3, đồng

thời cần C cũng quay. C quay đồng thời mang bánh răng vệ tinh 4 quay và ăn khớp

với bánh răng C làm cho trục nc quay.

b. Xac định số răng cua cac banh răng

+ Có tỷ số truyền từ trục bánh răng 1 đến cần C là:

5.2

4.3

1

3

3

5

3

13

15

1

1

zz

zz

z

z

n

ni

(4.16) [11]

+ Số răng Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 chọn từ điều kiện đảm bảo tỷ số truyền và lắp ráp

+ Điều kiện đồng trục đối với bánh răng không dịch chỉnh có mođun như sau:

Z1 + Z2 = Z3- Z2 = Z5 – Z4. ( 4.17) [11]

+ Điều kiện phân bố đối xứng các bánh răng Z1, Z3 và Z5 phải là bội số của

bánh vệ tinh C = 3, tức là Z1+ Z3+Z5 = K.C. [11]

K: là số nguyên.

C: là số bánh vệ tinh.

Từ (5.15), (5.16), (5.17) ta chọn số răng của các bánh răng như sau :

Z1= 30 răng, Z3 = 120 răng, Z5 = 132 răng, Z2= 45 răng, Z4 = 57 răng .

+ Kiểm tra điều kiện đồng trục đối với bánh răng không dịch chỉnh có cùng

mođun như sau:

Z1 + Z2 = Z3- Z2 = Z5- Z4

30 +45 =120 - 45 =132 -57

75 = 75 = 75 ( đúng )

Vậy điều kiện này thoả mãn .

+ Kiểm tra điều kiện phân bố đối xứng các bánh vệ tinh.

Ta có: Z1+ Z3+ Z5 = 30 + 120 + 132 = 282 = 94.3


Trang 87

Hay K =94, C : số bánh vệ tinh, C = 3

Điều kiện thoả mãn.

+ Kiểm tra tỷ số truyền:

33

132.45

57.1201

30

1201

1

1

5.2

4.3

1

3

3

15

zz

zz

z

z

ii

Vậy đảm bảo đúng tỷ số truyền i = 33, dấu (-) chứng tỏ trục ra nc quay ngược

chiều trục vào na.

Vậy: Z1= 30, Z3= 120, Z5= 132, Z2= 45, Z4 = 57.

c. Chọn vật liệu banh răng

Hộp giảm tốc dùng để cấp phôi cho máy chịu tải nhỏ, không liên tục, vì vậy

vật liệu chọn dùng để chế tạo bánh răng và các chi tiết khác không đòi hỏi yêu cầu

cao nhằm đảm bảo yêu cầu kinh tế, hạ giá thành chung của máy .

Đối với cặp bánh răng ăn khớp ngoài( Z1 và Z2) và bánh răng hành tinh 4 dùng

thép 45 thường hoá có tôi bề mặt đạt độ rắn HB = 190.

Với bánh răng ăn khớp trong 3 và 5 do số chu kỳ làm việc ít hơn nên dùng thép

35 thường hoá có tôi bề mặt đạt độ rắn HB = 160.

d. Xac định ứng suât cho phép

* Ứng suât tiếp xúc cho phép:

NtxNtxk '

0 .

Trong đó:

txN 0 : ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép ( N/mm2). Khi bánh răng làm việc

lâu dài, tra bảng (3-9) [10], có txN 0 =2,6 HB.

K'N: Hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, thông thường chọn K'N = 1.

Ứng suất tiếp xúc cho phép của các bánh răng nhỏ: 1, 2, 4 .

)/(4941.190.6,2 2

4,2,1mmN

tx

Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng ăn khớp trong 3 và 5 là:

)mm/N(416160.6,2 2

5,3tx

* Ứng suât uốn cho phép:

Khi bộ truyền làm việc các bánh răng 1, 3, 4, 5 làm việc một mặt, do đó :


Trang 88

k.n

k.6,14,1

k.n

k. '

N1

'

N0

u

Trong đó : + 10 , : giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong chu kỳ

đối xứng. Đối với thép lấy gần đúng bk

45,04,01

.

Với các bánh răng 3 và 5: 1 2/234208520.45,04,0 mmN . Lấy 220

Với các bánh răng 1;2 và 4: 1 2/270240600.45,04,0 mmN . Lấy 250

+ n: hệ số an toàn: Với bánh răng thường hóa lấy n = 1,5.

+ k : hệ số tập trung ứng suất ở chân răng đối với bánh răng bằng thép thường

hoá lấy 8,1k .

+ "

Nk : hệ số chu kỳ ứng suất uốn, thường "

Nk =1.

Do đó:

Ứng suất uốn cho phép bánh răng 1 và bánh răng 4:

2

4,1/140

8,1.5,1

1.250.5,1mmN

u .

Ứng suất uốn cho phép bánh răng 3 và bánh răng 5:

2

5,3/122

8,1.5,1

1.220.5,1mmN

u .

Ứng suất cho phép của bánh răng hành tinh 2 làm việc hai mặt:

2''1

2/931.

8,1.5,1

600.42,0

.mmNk

knNu

.

e. Chọn hệ số chiều rộng banh răng

Đối với bộ truyền bánh răng trụ, chịu tải nhỏ có thể chọn hệ số chiều rộng

bánh răng 35,03,0A

chọn 35,0A

.

f. Tính các thông số khác cua bộ truyền banh răng

* Bộ truyền banh răng ăn khớp ngoài 1, 2:

- Tính khoảng cách trục :

A12=0,5 ( Z1 + Z2 ).m

Trong đó:

Z1, Z2: số răng của bánh trung tâm 1 và bánh hành tinh 2 .

m: mođun bánh răng. Đối bộ truyền chịu tải trọng nhỏ, có nhiều bánh răng

hành tinh cùng chịu tải trọng nên lực tác dụng ở mỗi bánh răng nhỏ, do vậy ta chọn

mođun m cho các bánh răng là 1,5mm.


Trang 89

Suy ra : A12= 0,5 (30 +45).1,5=56,25 (mm).

- Chiều cao răng:

h1 = 2,25.m = 2,25.1,5 = 3,375 (mm).

- Đường kính vòng chia :

+ dc1 = m.Z1 = 1,5.30 = 45 (mm).

+ dc2 = m.Z2 = 1,5.45 = 67,5 (mm).

- Đường kính vòng đỉnh :

+ De1 = dc1+2.m = 45 +2 .1,5 = 48 (mm).

+ De2 = dc2 + 2.m = 67,5 +2 .1,5 = 70,5 (mm).

- Đường kính vòng chân răng :

+ Di1= dc1 - 2,5.m = 45 – 2,5.1,5 = 41,25 (mm).

+ Di2= dc2 - 2,5.m = 67,5 – 2,5 .1,5= 63,75 (mm).

- Chiều rộng bánh răng b:

b = mmAA

2025,56.35,0. .

- Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng :

uubnZym

NK

...

.10.1,192

6

.

Trong đó:

K: hệ số tải trọng, chọn K = 1,2.

N: Công suất của bộ truyền (kw), N = 0,82(kw).

y: hệ số dạng răng được chọn theo số răng tương đương.(bảng3.18 [10] )

y1= 0,451 ; y2 =0,476.

m: mođun bánh răng : m = 1,5

Z: Số răng tương đương.

n: Số vòng quay của trục : n1=870v/ph.

b: chiều rộng bánh răng, b = 20 (mm).

Suy ra:

2

1u

2

2

6

umm/N140mm/N44,35

20.870.30.5,1.451,0

82,0.2,1.10.1,191

.

22

2

1 /93/58,33476,0

451,0.44,35.

212mmNmmN

y

yuuu .

* Bộ truyền banh răng ăn khớp trong 2, 3.


Trang 90

Do bánh vệ tinh 2 cùng ăn khớp với bánh răng cố định 1 và bánh răng cố định

ăn khớp trong 3 nên khoảng cách trục giữa bánh răng hành tinh 2 với bánh răng b

bằng khoảng cách trục giữa bánh răng ăn khớp ngoài 1 với bánh răng 2; hay A23 =

56,25 mm.

-Đường kính vòng chia: dc3= m.Z3 = 1,5.120 = 180 (mm).

-Đường kính vòng chia bánh răng ăn khớp trong 3:

dc3= 2.A23 + dc2

dc2 là đường kính vòng chia của bánh răng hành tinh, dc2= 67,5 (mm).

Suy ra : dc3 = 2.56,25 + 67,5 = 180 (mm).

- Đường vòng đỉnh răng : De= dc3 -2.m.

Trong đó:

dc3: đường kính vòng chia bánh răng ăn khớp trong 3, dc3 = 180 (mm).

m: mođun bánh răng, m= 1,5.

Suy ra: De3 = 180 - 2.1,5 =177 (mm).

- Đường kính vòng chân răng:

Di3 = dc3 + 2,5.m = 180 + 2,5 .1,5 = 183,75 (mm).

* Tương tự ta tính được cac kích thước cua banh răng ăn khớp trong 4, 5:

- Đường kính vòng chia:

dc4 = m.Z4 = 1,5.57 =85,5 (mm).

dc5 = m.Z5 = 1,5.132 =198 (mm).

- Đường kính vòng đỉnh:

De4 = dc4 +2.m = 85,5 + 2.1,5 =88,5 (mm).

De5 = dc5 – 2.m = 198 - 2.1,5 = 201 (mm).

- Đường kính vòng chân răng:

Di4 = dc4 - 2,5. m = 85,5 - 2,5 .1,5 = 81,75 (mm).

Di5 = dc5 + 2,5.m = 198 + 2,5 .1,5 = 201,75 (mm).

g. Xac định các tỷ số truyền trong hộp giảm tốc banh răng hành tinh

Hộp giảm tốc có ba bánh trung tâm 1, 3, 5 trong đó bánh trung tâm 3 là cố

định, hai bánh răng hành tinh là 2 và 4, hai bánh này có trục vừa di động quanh trục

bánh trung tâm và vừa quay quanh nó. Trục ra của hộp giảm tốc nhận chuyển động

từ chuyển động quay của bánh răng ăn khớp trong 5.

Theo đa phân tích chọn được số răng của các bánh răng là :

Z1 = 30 răng; Z2= 45 răng; Z3= 120 răng; Z4= 57 răng và Z5= 132 răng.

* Xac định các tỷ số truyền cần thiết:


Trang 91

+ Tỷ số truyền trong chuyển động từ bánh răng trung tâm 1 đến bánh răng

trung tâm 3 khi dừng cần C là :

430

120

1

3

3

1

13

Z

Zi

c

cc

Trong đó: 1 , c ,3 lần lược là vận tốc góc của bánh trung tâm 1, bánh

trung tâm 3 và cần C, dấu (-) chứng tỏ bánh răng 1 và bánh răng 3 quay ngược

chiều nhau.

Ở sơ đồ bánh trung tâm 3 cố định, chuyển động được truyền từ bánh trung tâm

1 đến cần C thay ,03 ta được:

1

311

130 Z

Zi

c

c

c

cc

Suy ra: 1

31 1Z

Z

c

+ Tỷ số truyền giữa trục 1 và cần C :

541111

3

13

1

1

Z

Zii c

c

c

+ Giả sử khi dừng cần C, ta có tỷ số truyền chuyển động tương đối của bánh 1

và bánh 2 trong chuyển động tương đối của hệ đối với cần C:

5,130

45

1

2

2

1

12

Z

Zi

c

cc

Dấu (-) chứng tỏ bánh 1 và bánh 2 quay ngược chiều nhau.

+ Tỷ số truyền từ trục 1 đến trục 2.

c

c

i

ii

2

1

12

Trong đó:

ci1 : tỷ số truyền giữa trục 1 và cần C, c

i1 =5 . (4.19)

ci

2 : tỷ số truyền giữa trục 2 và cần C.

67,145

120111

2

3

232

Z

Zii c

c (4.20)

Từ (4.19) và (4.20) suy ra : 367,1

5

2

1

12

c

c

i

ii .

+ Tỷ số truyền giữa bánh răng 4 và bánh răng 5 :

c

c

i

ii

5

4

45

Với c

cii434

1

Trong đó:


Trang 92

ci43

: tỷ số truyền giữa bánh 4 và cần C .

67,245

120

2

3

2343

Z

Zii cc

Do đó: i4c= 1-2,67 = -1,67 (4.21)

5

4

2

3

535.11Z

Z

Z

Zii c

c = 1- 15,0

132

57.

45

120 (4.22)

Từ (4.21) và (4.22) suy ra i45= 1115,0

67,1

>0, có nghĩa 4 và 5 quay cùng chiều

(đúng).

+ Tỷ số truyền chung từ bánh răng 1 đến bánh răng 5.

c

c

i

ii

5

1

15

Trong đó: i1c = 5, i5c = -0,15.

Do đó: 3315,0

515

i .

Dấu (-) chứng tỏ bánh răng 1 và bánh răng 5 quay ngược chiều nhau, hay trục

vào và trục ra quay ngược chiều.

4.3.3.3 Tính trục

a. Chọn vật liệu

Hộp giảm tốc cần thiết kế chịu lực không lớn lắm, ta chọn vật liệu chế tạo

trục là thép 35, có 2/500 mmN

b , trị số ứng suất cho phép

2/50][ mmN , giới

hạn chảy 2/270 mmN

ch , nhiệt luyện đạt độ cứng HB170, có trị số ứng suất

pháp cho phép 2/30][ mmN

x .

b. Tính sức bền trục

* Tính sơ bộ đường kính cua các trục

Công thức:

)(2,0

3 mmM

dx

x

sb

.

Trong đó : dsb: đường kính sơ bộ của trục (mm).

Mx: momen xoắn trên trục cần tính (Nmm).

-Đối với trục 1 có Ndc = N1 = 0,82 Kw, n1= 870 v/ph.

Nên: NmmMx

9001870

82,0.10.55,9 6

1 .

Do đó : mmdsb

44,1130.2,0

90013

1 .


Trang 93

-Đối với trục 2 : 12

1

2.

C

NN Với:

C: số bánh răng hành tinh, C = 3 .

12 :Hiệu suất truyền động từ trục 1 đến trục 2.

12 =

brol .2

=0,9925. 0,97 = 0,955.

Do đó: N2 =0,82/3.0,955 = 0,26(Kw). ; 12

1

2i

nn

i12: tỷ số truyền từ trục 1 đến trục 2, i12 = 3.

Nên: n2 = 870/3=290 (v/ph).

Suy ra: NmmMx

8562290

26,0.10.55,9 6

2 .

Vậy:

mmM

dx

x

sb26,11

30.2,0

8562

.2,033

2

2

.

- Đối với trục 3: trục mang bánh răng trung tâm ăn khớp trong 5.

N3= N1. chung .

chung : hiệu suất hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, chung =0,94 .

Do đó: N3= 0,82 . 0,94 = 0,77 (Kw).

n3: số vòng quay trục ra, n3= 26,36 (v/ph ).

Nên: )(27925436,26

77,0.10.55,9 6

3NmmM

x .

Suy ra:

mmM

dx

x

sb97,35

30.2,0

279254

.2,033

3

3

.

* Tính gần đúng trục

- Trục 1:

RAy RAx RBy RBx

Pv21 Pr1

a b

B A

1500 Nmm

4400 Nmm

9001 Nmm

Mux

Mx

Muy

n

n


Trang 94

Hình 4.21 Biêu đồ momen trên trục 1.

Ở đây Pv21: lực vòng trên bánh 1

Pv21 = Cd

Mx

.

2

1

1

Trong đó:

d1: đường kính vòng lăn của bánh răng 1, d1= 45mm.

C: số bánh răng hành tinh, C = 3.

Suy ra: Pv21 = )(1333.45

9001.2N .

+ Pr1: lực hướng tâm của bánh 1.

Pr1 = Pv21 . Ntgtg 4520.133 0

0 .

+ Chọn: a = 50 mm, b = 98 mm.

+ Tính phản lực ở các gối đỡ :

0.1

aPbaRmArByy .

RBy = Nba

aPr 15

9850

50.4,45.1

.

RAy = Pr1 - RBy = 45 - 15 = 30(N).

0.21

aPbaRmAvBxx .

RBx = )(459850

50.133.21 N

ba

aPv

.

RAx= Pv21-RBx= 133 - 45 = 88 (N).

Momen uốn tại tiết diện nguy hiểm n-n.

22

yuxununMMM

.

Trong đó:

NmmaRMAxux

440050.88. .

NmmaRMAyuy

150050.30. .

NmmMuMuMyxnun

464815004400 2222

.

Đường kính trục tại tiết diện n-n.

d

mmM

tđ3

.1,0 .

Trong đó:


Trang 95

Mtđ: momen tương đương tại tiết diện n-n.

Mtđ = NMMxu

90759001.75,0464875,0 2222 .

Vậy: dn-n mm1250.1,0

90753 .

Do trên diện n-n có rãnh then nên chọn đường kính diện n-n: d = 22( mm). Tại

tiết diện lắp ổ lăn chọn d = 20 mm. Tại nơi lắp với khớp nối chọn d = 18 (mm).

- Trục 2:


Ở đây Pv12, Pv32, Pv54 : lần lượt là lực vòng bánh răng 1 tác dụng lên bánh răng

2, bánh răng 3 tác dụng lên bánh răng 2 và bánh răng 5 tác dụng lên bánh răng 4 .

Pv12 = Pv32 = Pv21 = 133 (N).

Pv54 = Pv45 = Nd

Mx 200

5,85

8562.22

4

2 .

Chọn: c = 23 mm, d = 40 mm, e = 23 mm.

Pr2 = Pr1 = 45 (N).

Pr4 = Pv54.tg )(8,7220.200 0

0Ntg .

Tính phản lực tại các gối đỡ :

cPPdcPedcRmCvvvDxx

).(123254

= 0.

RDx =

edc

cPPdcP vvv

.123254.

RDx =

)(65,217234023

23).133133(4023200N

.

RC

y

RC

x

RD

y

RD

x

Pv3

2

Pr

2

c e

D C

6540

Nmm

1206

Nmm

8562

Nmm

Mu

x

Mu

y

Pv5

4

Pr

4

d Pv1

2

h

h

l

l

5006

Nmm

1503

Nmm


Trang 96

RCx = (Pv32 +Pv12 + Pv54) - RDx= 133 + 133 + 200 – 217,65 = 248,35 (N).

0.24

cPdcPedcRmCrrDyy .

RDy =

)(36,65234023

23.4540238,72.24 N

edc

cPdcPrr

.

RCy = Pr2 + Pr4 - RDy = 45 + 72,8 - 65,36 = 52,44( N).

Momen uốn tại tiết diện nguy hiểm h-h và l-l.

Mu = 22

uyuxMM .

Tại tiết diện h-h:

Mux = -c.Rcx = -23.284,35 = -6540 (Nmm).

Muy = c.Rcy = 23.52,44 = 1206 (Nmm).

Muh-h = )(665012066540 2222NmmMM

yuxu .

Tại tiết diện l-l:

Mux = -e.RDx = -23.217,65 = -5006 (Nmm).

Muy = e.RDy = 23.65,36 = 1503 (Nmm).

Mul-l = )522715035006 2222NmmMM

yuxu .

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm h-h:

Mtđh-h = )(99608562.75,0665075,0 2222NmmMM

hxhhhu

.

dh-h

)(58,1250.1,0

9960

1,033 mm

Mtđ

.

Đường kính tiết diện nguy hiểm l-l:

Mtđl-l = )(90728562.75,0522775,0 2222NmmMM

lxlllu

.

dl-l

mmM

tđ 2,1250.1,0

9072

1,033

.

Chọn đường kính trục 2 tại các tết diện h-h và l-l là d2 = 18 mm (vì có rảnh then

nên lấy lớn hơn một chút). Chổ lắp ổ lăn lấy d = 15 mm.

- Trục 3:

Trục mang bánh răng ăn khớp trong 5 hay trục ra.

Ở đây Pv45: lực vòng bánh răng 4 tác dụng lên bánh răng 5.

Pv45 =Pv54 = 200(N).

Pr5 = Pr4 = 72,8 (N).

Chọn: f = 72 mm, g = 40 mm.


Trang 97

Tính phản lực tại các gối đỡ:

0..45

fPgRmGvHxx .

RHx = )(36040

72.200.45 Ng

fPv .

RGx = Pv45 + RHx = 200 + 360 = 560(N).

fPgRmGrHyy

..5

.

RHy = )(13140

72.8,72.5 Ng

fPr .

RGy = Pr5 +RHy = 72,8 + 131 = 203,8(N).


Momen uốn tại tiết diện nguy hiểm q-q:

Mux = -RHx.g = -360.40 = -14400 (Nmm).

Muy = RHy.g = 131.40 = 5240 (Nmm).

Mu = NmmMMyuxu

15324524014400 2222 .

Momen tương đương tại tiết diện q-q:

Mtđ = )(242326279254.75,01532475,0 2222NmmMM

xtđu .

Đường kính trục tại tiết diện q-q:

RG

y

RG

x

RH

y

RH

x

Pv4

5

Pr

5

f g

H G

1440

Nmm

5240

Nmm

279254

Nmm

Mu

x

M

x

Mu

y

q

q


Trang 98

dq-q

mmM

tđ 46,3650.1,0

242326

1,033

.

Do trục này có lồng ổ lăn của trục 1 bên trong nên ta chọn đường kính trục ra

tại chổ lắp ổ lăn chọn d = 40 mm.

4.3.3.4. Tính chọn ổ và bôi trơn

Theo tính toán trong hộp giảm tốc không có lực dọc trục, vì vậy ta dùng loại ổ

lăn đỡ 1 day, để cố định các ổ lăn theo phương dọc trục ta dùng các nắp ổ và để

điều chỉnh khe hở của ổ ta dùng các tấm thép mỏng giữa nắp ổ và thân hộp của nắp.

a.Tính chọn ổ

- Trục 1:

Sơ đồ chọn ổ cho trục 1:

Hình 4.24 Sơ đồ lực trên ổ trục 1.

Hệ số khả năng làm việc: C = Q(nh)0,3

CBảng

Với: n = nI = 870 (v/p).

Chọn: h = 1000(giờ).

Tải trọng tương đương: Q = (kv.R + m.A).kn.kt

Theo bảng 8-2 [10]: m = 1,5.

Theo bảng 8-3 [10] hệ số tải trọng: kt = 1.

Theo bảng 8-4 [10] hệ số nhiệt độ dưới 100oC kn = 1.

Theo bảng 8-5 [10] vòng trong của ổ quay có kv = 1.

NRRR

NRRR

ByBxB

AyAxA

471545

933088

2222

2222

QA = RA = 9,3 daN.

QB = RB = 4,7 daN.

Vì QA > QB. nên ta chọn ổ cho gối trục A còn ổ của gối trục B lấy cùng kích

thước với gối trục A để tiện việc chế tạo và lắp ghép.

C = QA ( nI.h)0,3

= 9,3.(870.1000)0,3

= 563.

Tra bảng 14P [10] với d = 20 mm lấy ổ có ký hiệu104 có:

CBảng = 11000.

RA

A

RB

B


Trang 99

Đường kính ngoài của ổ: D =42 mm.

Chiều rộng ổ: B =12 mm.

* Tương tự như trên ta cũng chọn được ổ đơ cho 2 trục còn lại:

Trục 2:

Ổ có ký hiệu 102 có, đường kính ngoài D = 32, chiều rộng B = 9 mm.

Trục 3:

Ổ có ký hiệu 108 có CBảng = 20000 > Ctính, đường kính ngoài D = 68, chiều

rộng B = 15 mm.

b. Bôi trơn ổ lăn

Do vận tốc bộ truyền bánh răng thấp nên ở các ổ lăn ta bôi trơn bằng mỡ,

lượng mỡ chứa không quá 2/3 chỗ rỗng của bộ phận ổ, để mỡ không chảy ra ngoài

và không cho dầu rơi vào trong ổ ta dùng các vòng chắn dầu..

4.4. Tính toán bộ phận đỡ sản phẩm

Bộ phận đỡ sản phẩm là bộ phận cuối cùng của máy, có nhiệm vụ nhận sản

phẩm để đưa đến bộ phận bốc xếp, đóng gói sản phẩm hoặc đưa sang khâu sản xuất

khác. Thông thường bộ phận này là một hệ thống băng tải được dẫn động riêng và

liên tục từ khi máy bắt đầu hoạt động hoặc hệ thống con lăn đỡ sản phẩm.

Trong hệ thống dây chuyền này ta chọn hệ thống con lăn đỡ sản phẩm nhằm

mục đích đơn giản hệ thống,chỉ cần lợi dụng trọng lực của phôi cắt để nó tự đọng

trượt với hệ số ma sát rất nhỏ trên hệ thống con lăn đa được thiết kế.

Hình 4.25 hệ thống con lăn đơ sản phâm

Chú thích : 1 – con lăn đỡ sản phẩm

2 – gối đỡ trục

3 – sản phẩm cắt

4 – xà đỡ con lăn

4.5 Thiết kế động học hệ thống uốn thép


Trang 100

4.5.1 Chọn vận tốc uốn.

Với các phương án trên ta chọn phương án truyền động bằng xích kết hợp

với bánh răng.Với phương án bố trí truyền động ở hai bên thành máy. Một bên

truyền động xích từ động cơ lên dàn trục lô uốn dưới một bên truyền động từ trục lô

uốn dưới lên trục lô uốn trên bằng bộ truyền bánh răng.

Ta phải thiết kế sao cho vận tốc dài tại điểm tiếp xúc của lô dưới và trên với

phôi bằng nhau ở tất cả các lô uốn để tránh phôi bị chùn ép.

Từ sơ đồ biên dạng thép U (hình 3.20) ta có 14trục , trong đó có 11 trục uốn

bao gồm:

+Trục 1,2,3: mang phôi thép sau khi quá trình cắt kết thúc vào trục 4

+Trục 4: Uốn sửa phẳng và cuốn phôi vào.

+Trục 5,6,7,8,9,10,11: Uốn gấp thân chữ U

+Trục 12: Nắn thẳng thép U.

+Trục 13: Bóp quá góc để khử tính đàn hồi.

+Trục 14: Uốn thẳng thanh thép U.

Vận tốc uốn thép phụ thuộc rất nhiều yếu tố trong đó quan trong là: giới hạn

tốc độ chảy dẻo vật liệu, năng suất làm việc cần thiết và công suất hoạt động của

máy. Chẳng hạn dựa vào tốc độ chảy dẻo của vật liệu để chọn tốc độ uốn tối đa.

Nếu tốc độ uốn quá lớn sẻ làm góc uốn sản phẩm bị nứt, đứt rời làm chất lượng sản

phẩm giảm xuống đáng kể. Còn nếu tốc độ uốn quá chậm thì ảnh hưởng đến năng

suất, hiệu quả kinh tế.

Theo kinh nghiệm thực tế người ta thường chọn vận tốc uốn thép U khoảng

v=0.25 0,3(m/s) . Ta chọn vận tốc uốn thép cho máy là v=0,3(m/s).

4.5.2 Thiết kế sơ đồ động máy uốn thép U

Sơ đồ như hình 4-26 và 4-27:


Trang 101

Hình 4-26: Sơ đồ động máy uốn thép chư U

98

7

6

5

4

3

1

2

M


Trang 102

Hình 4-27:Sơ đồ trong cơ câu uốn thép chư U

T

ru

yền

độn

g b

án

h r

ăn

g t

ừ l

ô d

ƣớ

i lê

n l

ô t

rên

Tru

yền

độ

ng

xíc

h t

ừ đ

ộn

g c

ơ đ

ến d

àn

lô

dƣ

ới


Trang 103

4.5.3 Chọn đƣờng kính con lăn và số vòng quay của chung.

Các bước uốn có hình dạng khác nhau nên con lăn có đường kính và hình

dạng khác nhau. Do vậy, việc bố trí các bổ truyền để có tốc độ uốn bằng nhau trên

các lô uốn rất khó khăn.

Ta bố trí các con lăn dưới có đường kính tăng dần từ lô uốn 1 đến lô uốn gấp

thân cuối. Các con lăn trên có đường kính phần trụ bằng nhau và còn phần côn thay

đổi và được truyền bằng bánh răng riêng từ lô uốn dưới lên lô uốn trên để có vận

tốc dài tại điểm chịu áp lực lớn nhất bằng nhau để vật uốn không bị kéo, ép làm

giãn hay bị đùn nén phôi khi kéo uốn.

Chọn sơ bộ đường kính lô trên tất cả các con lăn trên là d=140mm.

Phụ thuộc vào từng bước gấp (theo hình 3-20) mà đường kính dưới tăng dần

ta chọn như sau :

Trục 1: dd = 148 mm

Trục 2: dd2= 148 mm




Trúc 6: dd6= 200 mm


Trục 8 : dd8 = 236 mm.

Trục 9: dd9 = 248 mm.

Trục 10: dd10=256 mm.

Trục 11: dd11=140 mm.

Trục 12: dd12=140 mm.

Trục 13: dd13=140 mm.

Trục 14: dd14=140 mm.

Với vận tốc uốn v=0,3 (m/s) ta có số vòng quay của các trục lô dưới là:

Ta có công thức:d

vn

.

.60.1000

(4.23)


Trang 104

Trục 1,2,3: 71,38148.1416,3

3,0.60.1000321 ddd nnn (vòng/phút)

Trục 4: 26,36158.1416,3

3,0.60.10004 dn (vòng/phút)

Trục 5: 83.31180.1416,3

3,0.60.10005 dn (vòng/phút)

Trục 6: 65,28200.1416,3

3,0.60.10006 dn (vòng/phút)

Trục 7: 04,26220.1416,3

37,0.60.10007 dn (vòng/phút)

Trục 8: 28.24236.1416,3

3,0.60.10008 dn (vòng/phút)

Trục 9: 1,23248.1416,3

37,0.60.10009 dn (vòng/phút)

Trục 10: 38,22256.1416,3

37,0.60.100010 dn (vòng/phút)

Trục 11,12,13,14: 9.40140.1416,3

3,0.60.100014131211 dddd nnnn (vòng/phút)

4.5.4 Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền.

Chọn động cơ bao gồm nhửng việc: chọn loại động cơ, kiểu động cơ, số

vòng quay động cơ, công suất, áp suất.

Với động cơ dầu sử dụng trong máy uốn thép chữ U có công suất tương đối

lớn nên để đảm bảo được khả năng truyền lực, tỷ số truyền ta chọn động cơ dầu

kiểu piston hướng kính có số vòng quay trục chính n=180(vòng/phút)

Tỉ số truyền từ động cơ đến trục lô uốn thứ 9: 8,71,23

180

9

n

ni dcc

Chọn bộ truyền xích từ trục A đến trục 9 có tỷ số truyền iA9=1,5.

Chọn số răng đĩa xích trên trục A là: ZA=20(răng).

Chọn số răng đĩa xích trên trục 9 là: Z9=30 309 Z (răng)

Tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục A là: 2,55,1

8,7BRi


Trang 105

Khi đó tỉ số truyền của các phần khác của hệ thống sau:

Tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục A:iBR = 5,2

62,342,5

180n (vòng/phút).

Từ trục A đến trục 8: iA8=1,5.

Từ trục A đến trục 5: 21,165,28

62,345 Ai

Từ trục 6 đến trục 5: 9,083,31

65,2865 i .


83,3154 i


26,3643 i .

Từ trục 3 đến trục 2: 132 i .

Từ trục 2 đến trục 1: i21=1.

Từ trục 9 đến trục 10: 032,138,22

1,23910 i

Từ trục 9 về trục 8 : 95,028,24

1,2398 i


65,2867 i

4.5.5 Tính và chọn các bộ truyền của máy.

4.5.5.1 Tính chọn bộ truyền xích:

Với tỉ số truyền đa tính được ở trên ta tính số răng trong các bánh xích và xác

định lại các tỉ số truyền.

-Từ trục A đến trục 9: Tỉ số truyền là iA9=1,5.

Chọn số răng ở trục A là: 20AZ răng

Số răng trên trục 9 là : 309 Z răng

Số vòng quay trên trục 9 là: 08,2330

20.9 nnd (vòng/ph)


Trang 106

- Từ trục 9 đến trục 10:ta chọn 20'

9 Z răng

Số răng trên trục 10 là: 64,20032,1.2010 Z răng.

Số vòng quay trục 10 là: 98,2121

20.91 nnd vòng/ph.

-Từ trục A đến trục 6:Có tỉ số truyền 21,16 Ai

Số răng trục 6 là: 2,2421,1.206 Z răng.

Chọn 246 Z răng.


20.62,34

24

206 Ad nn (vòng /phút)

-Từ trục 6 đến trục 5: Có tỷ số truyền là 9,065 i

Chọn số răng trên trục 6 là 24'

6 Z răng

Số răng trên trục 5: 6,219,0.245 Z răng.

Chọn 225 Z răng.


24.85,28

22

24.65 dd nn (vòng/ph)

-Từ trục 5 đến trục 4: Có tỷ số truyền i54=0,88.

Chọn số răng trên trục 5là: 24'

5 Z răng.

12,2188,0.244 Z răng . Chọn 214 Z răng.

Số vòng quay trục 4: 97,3521

24.54 dd nn vòng/phút.

-Từ trục 4 đến trục 3:Có tỉ số truyền i43=0,94.

Chọn số răng trên trục 4 là: 24'

4 Z răng.

Số răng trên trục 3 là: 56,2294,0.243 Z răng. Chọn 233 Z răng.


24.43 dd nn (vong/ph)

-Từ trục 3 đến trục 2:có tỷ số truyền: i32=1

Chọn số răng trên trục 3 là: 24'

3 Z răng. 24'

22 ZZ


Trang 107

Tương tự từ trục 2 về trục 1 ta có i21=1 24'

11 ZZ

Để truyền cho cụm luốn số 4 ta dùng xích truyền cho lô dưới còn lô trên chỉ

ép phôi và ma sát giửa bề mặt lô uốn và phôi sẻ đẩy phôi đi. Chọn đường kính cặp

lô này là d=158mm.

Ở các trục 11, 12, 13, 14 không cần dẩn động con lăn trên.các con lăn dưới

dẫn động bằng xích. Chọn đường kính các con lăn này bằng đường kính con lăn

trên d=140 mm.

Từ trục 10 đến trục 11 có tỷ số truyền: i=256

140=0,546

Chọn Z10’=30 răng 38,16546,0.3011 Z (răng) . Chọn Z11=16 răng.

Số vòng quay trục 11là: 12,4116

30.98,21

16

30.1011 nnd (vòng/ph).

Trên các trục 12, 13 chọn số răng của đĩa xích bằng trục 11.Z12=Z13=Z11=16

răng.

* Tính chính xác đường kính các con lăn dưới:

Ta có công thức: n

vd

.

.60.1000

+ Trục 3: nd3=37,53 (vòng/ph)

)(7,15253,37.1416,3

3,0.60.10003 mmdd

+ Trục 4: 97,354 dn (vòng/ph)

)(3,15997,35.1416,3

3,0.60.10004 mmdd

+Trục 5: 47,315 dn (vòng/ph)

)(1,18247,31.1416,3

3,0.60.10005 mmdd


)(6,19885,28.1416,3

3,0.60.10006 mmdd


Trang 108


)(2,24808,23.1416,3

3,0.60.10005 mmdd


)(7,26098,21.1416,3

3,0.60.100010 mmdd


)(13921,41.1416,3

3,0.60.100011 mmdd

4.5.5.2 Tính và chọn bộ truyền bánh răng truyền động từ lô dƣới lên lô trên

trong các cặp lô uốn.

Các trục lô uốn trên được thiết kế ở phần trụ thẳng bằng nhau từ trục 4 đến

trục 14.Ta chọn đường kính là d=140mm.

Tỉ số truyền ở mổi cặp lô uốn:

.88,03,159

140

4

44

d

t

d

di

.77,01,182

140

5

55

d

t

d

di

.71,06,198

140

6

66

d

t

d

di

.64,0220

140

7

77

d

t

d

di

.59,0236

140

8

88

d

t

d

di

.56,02,248

140

9

99

d

t

d

di

.54,07,260

140

10

1010

d

t

d

di

+ Cặp bánh răng trục 4 có tỉ số truyền i4=0,88.

Khoảng cách trục của cặp bánh răng này là :


Trang 109

)(15,1525,22

1403,159

2

444 mms

ddL dt

Với môdun m = 4 ta có:

46,40)188,0(4

15,152.2

)1(

2

4

44

im

LZ (răng)

Chọn Chọn 404 Z (răng) 2,3588,0.40'

4 Z (răng). Chọn Z4’=35 răng.

Khoảng cách trụ thực tế:

)(1504.2

3540.

2

'

444 mmm

ZZL

875,040

354 i

Vậy 404 Z (răng), 35'

4 Z (răng).

+ Cặp bánh răng trục 5 có tỉ số truyền 77,05 i .


)(55,1635,22

1401,182

2

555 mms

ddL dt


2,46)177,0(4

55,163.2

)1(

2

5

55

im

LZ (răng)

Chọn 465 Z (răng) 42,3577,0.46'

5 Z (răng). Chọn 35'

5 Z .


)(1624.2

3546.

2

'

555 mmm

ZZL

76.046

355 i

Vậy 465 Z (răng), 35'

5 Z (răng).

*Tính cặp bánh răng ở trục 6, trục 7, và bánh răng trung gian truyền động từ

trụ 6 đến trục 7:


Trang 110

Vì hai cặp bánh răng 6 và 7 truyền động bằng bánh răng trung gian nên phải

tính số răng phù hợpvới tỷ số truyền.

Tỷ số truyền trong cặp bánh răng 6: 71,06 i .


Từ trục 6 đến trục 7: 1,167 i .

Ta có khoảng cách trục của cặp lô uốn 6 và 7:

)(8,1715,22

1406,198

2

666 mms

ddL dt

)(5,1825,22

140220

2

777 mms

ddL dt


2,50)171,0(4

8,171.2

)1(

2

6

66

im

LZ (răng)

6,55)164,0(4

5,182.2

)1(

2

7

77

im

LZ (răng)

Chọn 506 Z (răng) 5,3571,0.50'


6 Z .

Chọn 567 Z (răng) 84,3564,0.56'


7 Z .


)(1724.2

3650.

2

'

666 mmm

ZZL

)(1844.2

3656.

2

'

777 mmm

ZZL

Tỷ số truyền thực tế:

72.050

366 i

64.056

367 i

Ta chọn khoảng cách giửa hai căp trục giữa cặp 6 và 7 là:L=400 mm.

Giả sử khoảng cách giữa truc của Z6 và Ztglà L’ (mm)


Trang 111

khoảng cách giữa truc của 7Z và tgZ là L’’ (mm).

Ta có: L= L’ +L’’ =400 (mm)

Hay LmZZ

mZZ tgtg

22

76

472

5650

4

400

2

76

ZZ

m

LZ tg răng.

Khoảng cách trục thực tế: )(1944.2

4750

2'

6mmm

ZZL

tg

)(2064.2

4756

2''

7mmm

ZZL

tg

L = L’ +L’’=194+206=400 (mm).

*Tính cặp bánh răng ở trục 8, trục 9, và bánh răng trung gian truyền động từ

trụ 9 về trục 8:



Từ trục 9 đến trục 8: 95,098 i .

Ta có khoảng cách trục của cặp lô uốn 8 và 9:

)(5,1905,22

140236

2

888 mms

ddL dt

)(5,1965,22

140248

2

999 mms

ddL dt


9,59)159,0(4

5,190.2

)1(

2

8

88

im

LZ (răng)

98,62)156,0(4

5,196.2

)1(

2

9

99

im

LZ (răng)

Chọn 608 Z (răng) 4,3559,0.60'


8 Z .

Chọn 639 Z (răng) 28,3556,0.63'


9 Z .



Trang 112

)(1904.2

3560.

2

'

888 mmm

ZZL

)(1964.2

3563.

2

'

999 mmm

ZZL

Tỷ số truyền thực tế:

58.060

358 i

556.063

357 i

Ta chọn khoảng cách giửa hai căp trục giữa cặp 8 và 9 là:L=400 mm.

Giả sử khoảng cách giữa truc của 8Z và tgZ là L’ (mm)

khoảng cách giữa truc của 9Z và tgZ là L’’ (mm).

Ta có: L= L’ +L’’ = 400 (mm)

Hay LmZZ

mZZ tgtg

22

98

5,382

6360

4

400

2

98

ZZ

m

LZ tg răng.

Chọn 39tgZ răng

Khoảng cách trục thực tế: )(1984.2

3960

2'

8mmm

ZZL

tg

)(2044.2

3963

2''

7mmm

ZZL

tg

L = L’ +L’’=198+204=402 (mm).

+ Cặp bánh răng trục 10 có tỉ số truyền 54,010 i .


)(5,2005,22

140256

2

101010 mms

ddL dt


1,65)154,0(4

55,163.2

)1(

2

10

1010

im

LZ (răng)


Trang 113

Chọn Z10=65 (răng) Z’10=65.0,54=35,1(răng). Chọn Z

’10=35 (răng) .

Khoảng cách trục thực tế:

)(2004.2

3565.

2

'

101010 mmm

ZZL

54.065

355 i

Vậy Z10=65 (răng),Z’10=35 (răng).

Ta có bảng số liệu về kết quả:

Bảng 4-2:Bảng kết quả thiết kế động học.

Trục dlô dưới

(mm)

dlô trên

(mm)

Zđĩa xích dẫn

(răng)

Zđĩa xích bị dẫn

(răng)

Zrăng lô dưới

(răng)

Zrăng lô trên

(răng)

1 148 - - 24 - -

2 148 - 24 24 - -

3 148 - 24 23 - -

4 159,3 140 24 21 40 35

5 182,1 140 24 22 46 35

6 198,6 140 24 24 50 36

7 220 140 - - 56 36

8 236 140 - - 60 35

9 248,2 140 29 30 63 35

10 260,7 140 30 21 65 35

11 139 140 16 16 - -

12 139 140 16 16 - -

13 139 140 16 16 - -

14 139 140 - 16 - -

4.6 Tính toán động lực học và kết cấu máy uốn

4.6.1 tính toán động lực học:


Trang 114

Để tính toán chọn động cơ điện, động cơ dầu và các bộ phận khác một cách

thích hợp ta cần tính lực tác dụng lên các bộ phận máy, cần phân tích lực trên cơ

cấu để xác định mô men xoắn và sức bền cho chi tiết máy.

4.6.1.1 Tính áp lực lên các trục uốn:

Khi xem xét quá trình định hình của những góc không đồng bộ, trong trường

hợp không trực tiếp sắp xếp lại các thành phần tạo nên sự thay đổi của hình dáng

mà nó hướng thẳng góc với kích thước trục. Điểm đặt của lực uốn cong bằng 2/3

chiều rộng của thành phần bị uốn cong (lực P1) lực P3 tác động từ mặt cạnh của trục

trên được đặt vào chổ uốn cong.

Việc hình thành của thép U là đối xứng nên các thành phần lực của hai góc

uốn là bằng nhau. Do đó, mômen uốn tạo nên sự cân bằng ở hai phia trong quá trình

uốn.

Hình 4.28: Phân bộ lực khi uốn thép U.

Hình 4.29:Sơ đồ lực khi xét một bên thép chư U.

Từ hình 4.28 do kết cấu thép U đối xưng nên ta có:

43

21

PP

PP

Ta có: P1=P2 = s.l1.s2/(4b) (4.24)

Với s: giới hạn chảy của vật liệu(N/mm2).


Trang 115

l1:khoảng cách các điểm đặt lực uốn (mm)

b: chiều dài đoạn cần uốn (mm)

s : chiều dày vật liệu (mm). s=2,5 mm.

Ở đây cần tính cho một bên, còn bên kia đối xứng nên có các thành phần lực

đối xứng tương xứng bằng nhau.

Gọi lực tác dụng tổng cộng của trục lên thép chữ U ở đoạn giửa là PH (N).

Ta có PH=Pp+Pt =2Pt (do lực đối xứng)

Pt , Pp: Là lực tác dụng lên nửa bên trai và nửa bên phải (N).

- Tính lực Pt:

Ta có phương trình cân bằng mômen tại A là :

P1.3

2.b - Pt.l=0 Pt=

l3

2.P1.b

Ta chọn điểm đăt Pt tại điểm có bl3

2 ta sẻ có :

Pt = P1 (4.25)

Ta có Pt = Pp =P1 =P2

-Tính lực P3:

Từ hình 4.31 ta có phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đưng:

P3cos(/2) =P1y+ Pt

P3 =P1(1+cos/cos(/2) (4.26)

Vật liệu để sản xuất là thép CT38 ta có s =240(N/mm2).

Ta có chiều dày vật liệu: s=2,5 (mm).

* Khi gấp thân: b3 =b4 = 50 mm

l3 = l4 = b3

2= 50.

3

2= 33,3 mm.

P3 =P4=4

5,2.3

2.240 2

=250 (N).

Các trục tác dụng lên lô uốn quy về tâm trục.

Các thành phần lực tâm x đối xứng và cân bằng trên từng lô uốn tự triệt tiêu với

nhau, chỉ còn thành phần lực thẳng đứng tác dụng lên trục.


Trang 116

P1y=P2y=P1cos.

P3y= P3cos(2)=P1(1+cos (4.27)

Vậy lực tác dụng lên trục theo phương hướng kính:

Trục trên: PT=PH+P1y+P2y=2Pt+2P1cos

PT =2P1(1+cos) (4.28)

Trục dưới: PD=P3y+P4y=2P3Cos(/2)=2P1(cos+1).

Lực tác dụng hướng kính ở trục và trục dưới bằng nhau nên ta có bảng lực

tác dung sau.

Bảng 4-3: Bảng lực tác dụng lên trục.

Trục Góc uốn()

Lực thành phần (N) Lực tác dụng lên

trục Pt(N) P1 P3y

5

6

7

8

9

10

13

26

39

52

65

78

250

250

250

250

250

250

493,6

474,7

444,3

403,9

355,7

302

987,2

949,4

888,6

807,8

711,4

604

* Cặp lô uốn (11) bóp thân đến 850.

+ Với con lăn đứng:

Lực ngang: Png=P1cos50=250cos5

0=249 (N)

Lực dọc trục: Pd =Pmsin50=250sin5

0= 21,8 (N).

+ Với con lăn ngang:

Lực hướng kính: Pk =P1cos100= 250cos10

0= 246,2(N)

Lực tác dụng lên trục: Pt =2Pk=2. 246,2=492,4 (N).

Hình 4-30: Sơ đồ lực khi bóp thân và bóp mép.


Trang 117

* Cặp lô uốn (12): sửa đúng góc .

Con lăn đứng: Png =P1 =250 (N).

Con lăn ngang: Pk=Pm=250(N)

Pt=2Pk=2.250=500(N).

* Cặp lô uốn (13): Bóp quá góc:

Góc đàn hồi vật liệu ta chọn =20 Bóp thân và bóp mép đều bằng 92

0.

+ Con lăn đứng : lực ngang : Png=P1 cos20=250cos2

0=249,8 (N).

lực dọc : Pd =P1Sin20= 250Sin20=8,7 (N).

+ Con lăn ngang: Pk =Pm cos20 =250cos2

0= 249,8(N).

Pt =2Pk=2.249,8=499,6 (N).

4.6.1.2 Tính momen quay trục uốn.

Momen cần để quay trục uốn được tính:

M=2Mms +M1 +Mc (4.29)

Trong đó:

* Mms: Mômen ma sát sinh ra tại cổ trục (N.mm)

Mms=R.f1.d/2 (4.30)

R: lực tác dụng lên cổ trục (N).

f1: hệ số ma sát giữa trục và ổ đỡ, chọn f1 =0,17.

d: đường kính cổ trục. chọn sơ bộ d=70mm.

* M1: mômen ma sấtgiữ thép tấm và con lăn(N.mm).

M1=Pt.f.D/2 (4.31)

Pt: áp lực tác dụng lên trục (N).

f: hệ số ma sát giửa con lăn và phôi kim loại. Chọn f=0,17.

D: đường kính con lăn(mm).

* Mc: Mômen uốn để làm biến dạng kim loại: Mc=2Mu.

Mu= 4

.lPt (N). (4.32)

Pt:áp lực tác dụng lên trục (N).

l: cánh tay đòn phia đầu uốn, l=(2/3)b (mm).


Trang 118

Mu: Mômen uốn một phía.

Vậy M=2Mms+M1+2Mu.

Ở trục 1 chỉ để là phẳng kim loại và cuốn phôi đi nên áp lực tác dụng lên

trục uốn là chọn theo lực lớn nhất trên các lô uốn là:Pt= 987,2(N). và Mu=0.

* Trong quá trình uốn áp lực tác dụng lên trục ta xem như tập trung ở giủa

trục. Do đó áp lực tác dụng lên cổ trục ở một bên P=Pt/2.

Mômen tác dụng ở từng trục uốn ở bảng sau:

Bảng 4-4:Momen ở các trục uốn

Với Ti: Trục trên thứ i.

Di: Trục dưới thứ i.

4.6.1.3 Tính công suất động cơ:

Để tính công suất động cơ ta tiến hành tính công suất trên từng trục rồi quy

về trục động cơ .

Công suất trục động cơ được tính theo công thức:

N=9550

.nM(KW). (theo [8]) (4.33)

Với: M: momen để quay trục (N.mm)

n: số vòng quay của trục(vòng/phút).

Trục Pt(N) R(N) D(mm) Mms(Nmm) M1(Nmm) Mu(Nmm) M(Nmm)

1

D2

D3

D4

T4

D5

T5

D6

T6

D7

T7

D8

T8

D9

T9

D10

T10

T11

T12

T13

T14

987,2

949,4

807,8

604

604

987,2

987,2

949,4

949,4

888,6

888,6

807,8

807,8

711,4

711,4

604

604

492,4

500

499,6

499,6

493,6

474,7

403,9

302

302

493,6

493,6

474,7

474,7

444,3

444,3

403,9

403,9

355,7

355,7

302

302

246,4

250

249,8

249,8

133,6

133,6

152,7

159,3

140

182,1

140

198,6

140

220

140

236

140

248,2

140

260,7

140

140

140

140

140

2936,9

2824,5

2403,2

1796,9

1796,9

2936,9

2936,9

2824,5

2824,5

2643,6

2643,6

2403,2

2403,2

2116,4

2116,4

1796,9

1796,9

1466,1

1487,5

1486,3

1486,3

11210,6

10781,4

10484,8

8178,5

7187,6

15280,4

11747,7

16026,8

11297,9

16616,8

10574,3

16204,5

9612,8

15008,4

8465,7

13384,3

7187,6

5859,6

5950

5945,2

5945,2

0

3963,7

3372,6

2521,7

2521,7

8218,4

8218,4

7903,8

7903,8

7397,6

7397,6

6724,9

6724,9

5922,4

5922,4

5028,3

5028,3

4099,2

4162,5

4159,2

4159,2

17084,4

24357,8

22036,4

16815,7

15824,8

37591

34058,3

37483,4

32754,5

36699,2

30656,7

34460,7

27869

31086

24543,3

27034,7

20838

16990,2

17250

17236,2

17236,2


Trang 119

Công suất cần thiết: Nct=

N (KW).

Với Hiệu suất của bộ truyền.

Ta có bảng công suất tính cho từng trục.

Bảng 4-5: Bảng công suât từng trục.

Trục M(N.mm) n(vong/ph) N (KW)

1

D2

D3

D4

T4

D5

T5

D6

T6

D7

T7

D8

T8

D9

T9

D10

T10

T11

T12

T13

T14

17084,4

24357,8

22036,4

16815,7

15824,8

37591

34058,3

37483,4

32754,5

36699,2

30656,7

34460,7

27869

31086

24543,3

27034,7

20838

16990,2

17250

17236,2

17236,2

42,89

42,89

37,53

35,97

40,65

31,47

40,62

28,85

40,71

26,23

40,55

24,3

40,45

23,08

40,74

21,98

40,63

38,79

38,79

38,79

38,79

0,077

0,109

0,087

0,063

0,067

0,124

0,145

0,113

0,140

0,101

0,130

0,088

0,118

0,075

0,105

0,062

0,089

0,069

0,070

0,070

0,070

Chọn hiệu suất bộ truyền bánh răng: br =0,95.

Hiệu suất bộ truyền xích: x=0,92.

Công suất quy về một trục: Nqđ= N/. (4.34)

Ta có bảng công suất quy đổi.


Trang 120

Bảng 4-6: Bảng công suât quy đổi

Trục Công thức quy đổi Nqđ(Kw)

1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

D13

D14

N1

N2qđ=N1/x+N’2/br+N2

N3qđ=N2qđ/x+N’3/br+N3



N6qđ=N5qđ/x+N’6/br+N7qđ/

2br +N6

N7qđ =N’7/br+N7

N8qđ =N’8/br+N8

N9qđ=N10qđ/x+N’9/br+N8qđ/

2br +N9


N11qđ =N’12qđ/x+N11



N14qđ=N14

0,077

0,304

0,51

0,688

1,034

1,644

0,264

0,212

0,966

0,502

0,319

0,229

0,146

0,07

N’i: Công suất trục trên thư i.

Ni: Công suất trục dưới thứ i.

Công suất trên trục A:

NA=N9qđ/x+N6qđ/x=92,0

966,0

92,0

644,1 =2,837(KW).

Công cần thiết trên trục động cơ:

Nct=NA/br =2,837/0,95=2,986(Kw)

Ta chọn động cơ dầu có công suất 4KW và tốc độ quay n=180(v/ph)

4.6.2. Tính toán kết cấu máy

4.6.2.1 Thiết kế bộ truyền xích.

Ta thiết kế bộ truyền xích từ trục A đến trục 9.

Để thiết kế bộ truyền xích ta cần chọn loại xích,định bước xích,số dãy xích, số răng

đĩa xích, khoảng cách trục, số mắt xích và tính lực tác dụng lên trục.


Trang 121

Ta chọn loại xích ống con lăn giá thành rẻ, bộ truyền làm việc êm, không ôn.

Các thông số đa có: ZA=20 răng (trục A) -số răng đĩa xích nhỏ .

Z9=30 rằng -số răng đĩa xich lớn.

Tỉ số truyền iA9=AZ

Z 9=1,5.

a. Định bước xích.

Bước xích t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và

số vòng quay trong một phút của đĩa xích nhỏ, phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn.

+ Để định bước xích t, trước hết ta chọn hệ số điều kiện sữ dụng :

k =kđ .kA.k0.kđc.kb.kc (theo[8]) (4.35)

Trong đó:

kđ:hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, chọn kđ=1,25.

kA: hệ số xét đến chiều dài xích, chọn kA=1 ứng với A=(30 50)t.

k0: hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, chon k0=1 khi đường nối 2 tâm đĩa

xích làm với đường nằm ngang 1góc nhỏ hơn 600.

kđc: hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích kđc = 1,25 (trục không

điều chỉnh được)

kb: hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, kb=1 (bôi trơn nhỏ giọt).

kc: hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, chọn kc=1(chế độ làm việc

một ca).

Từ (4.12) k= 1,2.1.1.1,25.1.1=1,5.

+ Hệ số răng đĩa dẫn:kz=20

2501 Az

z=1,25.

+ Hệ số vòng quay đĩa dẫn: kn=62,34

5001 An

n=1,44.

Với z01, n01 số răng, số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở z01=25 răng và

n01=50 (v/ph) (theo [8])

Công suất tính toán của bộ truyền xích:


Trang 122

Nt =k.kz.kn.N =1,05.1,5.1,44.1,25=2,835 (Kw).

( Với N là công suất danh nghĩa của bộ truyền N=N9qđ/x=0,966/0,92=1,05 (Kw)).

Ta chọn xích ống con lăn một dãy có bước xích t=25,4mm.

* Kiểm nghiệm số vòng quay của đĩa xích dẫn theo điều kiện :nAngh.

Tra bảng 6-5 của [8] ta có ngh=1000>nA=34,62(vòng/ph)thỏa mãn.

b. Định khoảng cách trục và số mắt xích.

Với A= (30 50)t. Chọn A=30t=30.25,4=762(mm)

Số mắt xích được tính theo công thức:

X=A

tzz

t

Azz AA

2

99

2

2

2

(4.36)

= 1,85762

4,25

2

2030

4,25

762.2

2

30202

Chọn số mắt xích bằng 85.

kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây:

uX

nzu

.15

. (4.37)

Với z, n:là số răng,số vòng quay trong một phút của đĩa xích.

u 543,085.15

62,34.20

Tính chính xác khoảng cách trục:

A=

28

224

9

2

99 AAA zzzzX

zzX

t (4.38)

=

2

20308

2

302085

2

302085

4

4,252

=760,93(mm)

Để xích khỏi chịu lực căng quá lớn ta phải rút bớt khoảng cách A đa được

tinh một đoạn:

A= (0,002 0,004)A

Khoảng cách trục thực tế.


Trang 123

At=A-(0,002 0,004)A 758,65mm.

c. Đường kính vòng chia của đĩa xích.

37,162

20

180sin

4,25

180sin

A

cA

z

td (mm)

243

30

180sin

4,25

180sin

9

9

z

td c

(mm).

d. Lực tác dụng lên trục:

Lực tác dụng lên trục được xác định theo công thức:

R kt.P=ntz

Nk t

..

.10.6 7

(N) (4.39)

Trong đó kt là hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích lên trục. Chọn

kt=1,15.

R=62,34.4,25.20

05,1.15,1.10.6 7

=4119.5 (N)

4.6.2.2 Thiết kế một cặp bánh răng:

Ta thiết kế một bộ truyền bánh răng tại cặp trục có công suất lớn nhất là cặp

trục thứ 6. Các cặp trục khác chọn tương tự.

a. Chọn vật liệu làm banh răng:

Chọn vật liệu làm bánh nhỏ là thép 45 thường hóa.

vật liệu làm bánh lớn là thép 35 thường hóa.

Thép 45 có : b =580 (N/mm2), ch=290 (N/mm

2), HB=200 (phôi rèn,

đường kính phôi khoảng 100 300 mm).

Thép 35 có : b =500 (N/mm2), ch=260 (N/mm

2), HB=170 (phôi rèn,

đường kính phôi khoảng 100 300 mm).

b. Định ứng suât tiếp xúc và ứng suât uốn cho phép.

* Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Ta có [tx =[Notx.kN’ ( theo [8]) (4.40)

Trong đó:


Trang 124

[tx: Ứng suất tiếp xúc cho phép (N/mm2), khi bánh răng làm việc lâu

dài, phụ thuộc vào độ rắn Brinen HB hoặc độ rắn Rocven HRC.

kN’:hệ số chu kỳ ứng suất tiếp.

kN’= m

tdN

N0

Lây m=6 đối với thép thường hóa kN’= 6

0

tdN

N (4.41).

Với N0: chu kỳ cơ sở của đương cong mòn tiếp xúc. Tra bảng ta có N0=107.

Ntd=60.u.n.T (4.42)

n: số vòng quay trong một phút của bánh răng nhỏ (vong/ph).

T:tổng thời gian làm việc (h).

U:số lần ăn khớp của một răng, Khi bánh răng quay một vòng. Với bánh

răng may uốn thép U, yêu cầu làm việc 5 năm, mỗi năm làm viêc 300 ngày, mỗi

ngày làm việc 8h ta có:Ntd=5.300.8.60.40,87=29,43.107. kN

’=1.

Ứng suất tiếp xúc của bánh lớn :

[tx2=2,6.HB.kN’ =2,6.170.1=442(N/mm

2).

Ứng suất tiếp xúc của bánh nhỏ :

[tx1=2,6.HB.kN’ =2,6.200.1=520(N/mm

2).

Để tính sức bền ta sử dụng trị số nhỏ: tx=442(N/mm).

* Ứng suất uốn cho phép:

Vì bánh răng làm việc một mặt (răng chịu ứng suất thay đổi mạch động) nên:

u=

kn

k

kn

k nn

.

.6,14,1

.

. "

1

''

0 (4.43)

Trong đó 0 và -1:giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch động và chu kì đối

xứng, đối với thép (0,4 0,45)bk. Chọn 0,4bk=0,4.500=200(N/mm2)

(bánh lớn)

Đối với bánh nhỏ:0,4bk=0,4.580=232(N/mm2)

n: hệ số an toàn. chọn n=1,5(thép rèn, thường hóa).


Trang 125

k hệ số tập trung ứng suất ở chân răng, chọn k

kN”: hệ số chu kỳ ứng suất uốn, được tính theo công thức:

m

td

NN

Nk 0" (4.44)

m: bậc đường cong lõm uốn, chọn m=6.

N0:số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn, có thể lấy N0=5.106.

Ntd: được tính theo công thức (7.19). Đối với bánh lớn:

Ntd=5.300.8.60.31,47=22,66.107.

kN”=

7

6

10.66,22

10.5=0,53

Đối với bánh nhỏ:

Ntd=5.300.8.60.40,87=29,43.107

7

6"

10.43,29

10.5Nk =0,51

Ứng suất cho phép của bánh lớn:

u=8,1.5,1

53,0.170.5,1=55,75 (N/mm

2)

Ứng suất cho phép của bánh nhỏ:

u=8,1.5,1

51,0.200.5,1=58,62 (N/mm

2)

Chọn hệ số tải trọng: k=1,5

Chọn hệ số bề rông răng: A=b/A=0,2.

Khoảng cách trục: ta tính được là :A=164,5 (mm).

b=0,2A=0,2.164,5=32,9(mm). Chọn b=35 (mm).

Tính vận tốc vòng cua banh răng và chọn câp chính xác chế tạo banh răng:

v= )177,0.(100.60

47,31.5,164..2

)1.(100.60

.2 1

i

nA=3,06(m/s).

Tra bảng 3-11[8] với vận tốc nay ta chọn cáp chính xac 8.


Trang 126

c. Định chính xác hệ số tải trọng:

K=Ktt.Kđ ;Ktt=2

1tbangK; Ktt: hệ số tập trung tải trọng trong thực tế

Ktbang: hệ số tập trung tải trọng khi bộ truyền chạy mòn.

Kđ: Hệ số tải trọng động.

Vì bánh răng có độ rắn HB<350 và làm việc với vận tốc không đổi nên

Ktt=1.theo bảng 3-13 tìm được hệ số tải trọng động Kđ=1,5.

vậy hệ số tải trọng : K=1,5.1=1,5 không khác so vói dự đoán K=1,5 ta giữ

nguyên khoảng cách trục.

d. Xac định môdun :

m= (0,1 0,3)A = (0,1 0,3)164,5=(1,645 4,935)

chọn m=4mm.

e. Kiêm nghiệm sức bền uốn cua banh răng:

Ta kiểm nghiệm theo công thức sau:

uubnzmy

Nk

....

..10.1,192

6

(4.45)

Trong đó y, z, n hệ số dạng răng, số răng, số vòng quay trong một phút của

bánh răng đang tính.

Ứng suất uốn bánh nhỏ :

4,5287,40.35.4.467,0

145,0.5,1.10.1,192

6

u (N/mm2) <[mm

2).

Ứng suất uốn bánh lớn :

9,5049,0

476,04,52

'' y

yuu (N/mm

2)<[u=83,3(N/mm).

Vậy bánh răng thỏa mãn sức bền uốn.

f. Kiêm nghiệm sức bền tiếp xúc cua banh răng:

Ta có:

txtxnb

NKi

Ai

.

.110.05,136

(4.46)

Đối Với bánh nhỏ:


Trang 127

)/(265

65,40.35

145,0.5,1177,0

77,0.5,164

10.05,1 2

36

mmNtx

<[=520(N/mm2).

Đối Với bánh lớn:

)/(1,27

47,31.35

124,0.5,1177,0

77,0.5,164

10.05,1 2

36

mmNtx

<[=442(N/mm2).

g. Kiêm nghiêm sức bền banh răng chịu quá tải đột ngột:

Hệ số quá tải: M

MK

qt (4.47)

Với Mqt: momen xoắn quá tải(N.mm).

M : Momen xoắn danh nghĩa(N/mm).

Chọn K=1,8.

* Ta kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc lớn nhất sinh ra khi quá tải theo công

thức: txqtqttxtxqt K (4.48)

Với [txqt là ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải (N/mm2).

Ta có: [txqt=2,5 [Notx=2,5.442=1105(N/mm2)

[’txqt=2,5 [

’Notx=2,5.520=1300 (N/mm

2) .

Ta dễ dàng thấy rằng txqtqttxtxqt K ở cả hai bánh.

* Ứng suất uốn lớn nhất sinh ra khi quá tải được tính theo công thức:

uqtu.Kqt [uqt (4.49)

[uqt: ứng suất uốn cho phép khi quá tải.

Ta có: [uqt=0,8.260=208 (N/mm2).

Trên bánh nhỏ:

uqtu.Kqt=52,4.1,8=94,32(N/mm2)<[uqt=208 (N/mm

2).

Trên bánh lớn:

uqtu.Kqt=50,9.1,8=91,62(N/mm2)<[uqt=208 (N/mm

2).

Vậy bánh răng thỏa mãn được điều kiện bền khi chịu quá tải đột ngột.

h. Tính lực tác dụng:

Vì bánh răng thiết kế là bánh răng thẳng nên ta có hai lực thành phầnlà: lực

vong và lực hướng tâm (Pr).


Trang 128

Ta có:

020.

2

tgPP

d

MP

r

x

(4.50).

Với d là đường kính vòng chia của bánh răng.

d5=Z5.m=46.4=186 (mm).

P5=186

37591.2=404,2 (N).

Pr=404,2.tg200=147,1 (N).

4.6.2.3 Thiết kế trục uốn:

a. Tính sơ bộ đường kính trục:

Ta có: 3

n

NCd (4.51)

Chọn vật liệu trục là thép 45. Ta lấy C=150.

Ta chọn trục thiết kế là trục có công suất lớn nhất, đó là trục 6.còn các trục

khác lấy tương tự, ta tính cho trục dưới của cụm trục 6 có: N=1,644 (Kw),

n=28,85(vòng/ph).

)(5,5885,28

644,11503 mmd

Chọn sơ bọ đường kính d=60mm.

Để chuẩn bị tính gần đúng ta lấy chiều rộng ổ B=31mm.

b. Tính gần đúng trục:

Định các kích thước chiều dài trục:từ hình 4-4 ta chọn như sau:

+ Phần lắp chiều dài con lăn a=480mm.

+ Khoảng cách từ chi tiết quay đến thành trong hộp l1=10mm.

+ Chiều cao nắp và đầu bulong tính từ cạnh ngoài ổ, lấy sơ bộ l2=20mm.

+ Khoảng cách thành trong bánh răng đến nắp ổ lấy sơ bộ l3=20 mm.

+ Chiều dài phần may ơ lắp với trục l4=1,5d =1,5.60 =90mm.

+ Chiều rộng bánh răng b=35mm.


Trang 129

Hình 4.31: Mô hình hình học cua trục.

Ta có: u=2

b+l2+l3+

2

B=

2

35+20+20+

2

31=73 (mm)

v=w=2

B+l1+

2

a=

2

31+10+

2

480=265,5(mm).

x=2

B+l2+l3+

2

4l =2

31+20+20+

2

90=100,5 (mm)

Hình 4.32: Sơ đồ lực trên trục.

Các lực tác dụng lên trục:

Px= ntz

Nk t

..

.10.6 7

=85,28.4,25.20

644,1.15,1.10.6 7

=7740 (N).

Lực uốn tác dụng lên trục: Pt=949,4 (N).

Lực ma sát: Fms=Pt.f=949,4.0,17=161,4 (N).

Các lực tác dụng lên bánh răng:

Mx=85,28

644,1.10.55,9.10.55,9 66

n

N=544210(N.mm).

Pxbr= )(1,54424.50

544210.2.2N

d

M x .

Pybr=Pxbr.tg200=5442,1.tg20

0=1980,7 (N).

* Lực tác dụng lên gối:

Theo phương y ta có:

Ta có 0AyM Pybr.u-Pt.v +RBy.(v+w)=0.

l1 a

B

bl3

l8

l4

l2

l3

vu w x

u v w x

FmsPxbr

Pybr

RAy

RAx

Pt

RBy

RBx

Px

Z

YX


Trang 130

X Y

Z

Px

Pt

Pybr

PxbrFms

xwvu

777870

211651

397273,3

544210

m

m

Mux (N.mm)

Mx (N.mm)

Muy (N.mm)

53737,2

144540

RBy= 4,2025,265.2

73.7,19805,265.4,949..

wv

uPvP ybrt (mm).

Mà : 0Y RAy-Pybr-Pt+RBy=0

RAy=Pybr+Pt-RBy=949,4+1980,7-202,4=2727,7 (N).

Theo phương X ta có:

0AxM Pxbr.u-Fms.v-RBx(v+w)+Px(v+w+x)=0.

RBx=wv

vFuPxwvP msxbrx

..)(

= )(4,98725,2655,265

5,265.4,16173.1,5442)5,1005.2655,265.(7740N

.

Mà: 0X Pxbr+RAx+Fms+RBx-Px=0

RAx=Px-Pxbr-Fms-RBx=7740-5442,1-161,4-9872= -7735,6 (N).

Ta có biểu đồ mômen nhu hình 4.32:

Hình 4.33 : Biêu đồ mô men.


Trang 131

Ta thấy tải trọng tại tiết diện (m-m) là lớn nhất nên đây là mặt cắt nguy hiểm

nhất.

).(77787022

)( mmNMMM uyuxmmu

Mtd(m-m)=2222 544210.75,077787075,0 xu MM =909580,2 (N.mm).

Đường kính tại tiết diện nguy hiểm nhất được xác định theo công thức sau:

d

3

1,0 tdM

(Theo[8]) (4.52)

Với [] là ứng suất cho phép của thép chế tạo trục.

Tra bảng ta có: []=50(N/mm2).

d )(7,5650.1,0

2,9095803 mm

Chọn d=60 mm (tại vị trí lắp ổ lăn).

c. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn:

Hệ số an toàn được tính theo công thức:

n= nnn

nn

22

(4.53)

Trong đó: [n]: hệ số an toàn cho phép [n] =1,5 2,5.

n: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp.

n

ma

K

.

1

n: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp.

n

ma

K

.

1

4

Với là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng vói chu kì đối xứng. Có thể lấy

gần đúng:

(0,4 0,5)b=0,45.600=270 (N/mm).


Trang 132

-1=(0,2 0,3)b=0,25.600=150 (N/mm).

a, a: biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện trục.

Vì trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng.

a=max=-min=W

M u (4.56).

m=0.

Vì ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động nên:

a=W

M u2

max

m, m là trị số trung bình của ứng suất pháp, tiếp.

W, W0 là mômen cản uốn và cản xoắn của tiết diện trục.

W= 75,2120532

60.1416,3

32

33

d

(mm3).

W0=16

60.1416,3

16

33

d

=42411,5(mm3).

a= 8,3675,21205

777870 (N/mm

2).

a=5,42411.2

544210=6,4(N/mm

2).

Chọn =0,1; =0,05:là hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung

bình đến sức bền mỏi.

hệ số tăng bền. Chọn =1.

Tra bảng ta có:

K=2,632.

16.01

KK=1+0,6(2,632-1)=1,98.

Khi đó ta có:

n0.1,08,36.632,2

270


Trang 133

n=4,6.05,04,6.98,1

150

=11,55.

Từ (7.32) n=22 92,1179,2

55,11.79,2

=2,71>[n].

4.6.2.4 Tính và chọn ổ lăn:

Vì trục không có lực dọc trục tác dụng nên ta tính gối đỡ 1 dãy:

Ta có: RA =2222 7,27277735 AyAx RR =8201,9(N)

RB= 2222 4,2024,9872 ByBx RR =9874,5 (N).

Vì RB>RA nên ta tính gối đỡ theo vị trí B.

Ta có điều kiện để chọn là:

C=Q.(n.h)0,3 [C].

n: số vòng quay ổ n=28,85 (vòng/ph).

h: thời gian phục vụ(giờ). Thời gian máy làm việc trong 5 năm, môt năm làm

việc 300 ngay, một ngày làm 8 giờ.

h=5*300*8=12000 (giờ)

Q: tải trọng tương đương.

Q=(Kv.R+A.m).Kn.KZ.

Do không có tải trọng dọc trục nên A=0.

Kv=1: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay (vòng trong).

Kn=1: hệ số nhiệt.

Kt=1,2:hệ số tải trọng động.

Q=1*9874,5*1*1,2= 11849,4 (N)=1184,9 (daN).

(n.h)0,3

=(28,85*12000)0,3

=46.

C=1184,9*46=54505,4.

Tra bảng 14P của [8] ta chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ nhỏ có ký hiệu 212 và có

Cbảng=62000>C=54505,4.

4.6.2.5 Tính và chọn then:


Trang 134

Đối với vị trí lắp bánh răng có55 có chiều dài may ơ khoảng 68(mm) chọn

chiều dài then l2 =45(mm).

Vị trí lắp bánh xích (hai bánh) có =55, có chiều dài may ơ khoảng 134

(mm). Chọn chiều dài then 60mm .

Ta chọn then ở hai vị trí này có các thông số sau: b=18(mm), h=11(mm),

t=5,5(mm), t1=5,6(mm) k=6,8 (mm).

Ta kiểm nghiệm theo công thức:

d= dx

dkl

M

2(N/mm

2)

Và c= cx

dbl

M

2(N/mm

2).

Với []d, []c là ứng suất dập và ứng suất cắt cho phép. Tra bảng ta có

[]d=100(N/mm2), []c=87(N/mm

2).

Tại vị trí lắp bánh răng:

d= dmmN )/(7,6445.8,6.55

544210.2 2

c= cmmN )/(4,2445.18.55

544210.2 2.

Tại vị trí lắp lô uốn có đường kính trục là 70. Ta chọn chiều dài then là

l=210 (mm) và các thông số tương tự như trên.

Ta có: d= dmmN )/(9,13210.8,6.55

544210.2 2

c= cmmN )/(2,5210.18.55

544210.2 2.

4.7 Tính toán thủy lực cho dây chuyền uốn

Việc tính toán các thông số dựa vào sơ đồ động của máy thủy lực. Đối với

may ta thiết kế có 3 phần tử làm việc chính là:

+ Động cơ thủy lực quay trục uốn.

+ Piston-xilanh đột lỗ.


Trang 135

+ Piston-xilanh dao cắt.

Các phần tử này không hoạt động cùng một lúc chỉ một trong ba phần tử hoạt

động. Do vậy khi tính và chọn công suất của bơm ta dựa vào áp suất, lưu lượng và

công suất của các phần tử lớn nhất.

4.7.1 Sơ đồ thủy lực của bộ phận máy uốn thép chữ U:

Sơ đồ như hình 4.33:

Hình 4.34: Sơ đồ thuy lực cua may uốn.

1- Cụm dao cắt đầu 2 – Hệ thống bơm nước làm mát

3-Hệ thống truyền động chính 4 -cụm dao đột lỗ 5- Cụm dao cắt đuôi.

4.7.2 Tính toán hệ thống thủy lực cho hệ thống máy uốn.

4.7.2.1 Tính toán cho động cơ thủy lực:

Ở phần trước ta tính toán được công suất cần thiết cho động cơ thủy lực là

N=2,986(Kw).Và ta chọn công suất động cơ là Nđc=4(KW) và số vòng quay là

n=180(vòng/ph).

Ta chọn động cơ có lưu lượng riêng là:qd=120(cm3/vòng).

Lưu lượng cần cung cấp cho động cơ là:

Q=n.qd=180.120=21600(cm3/ph) =21,6(l/ph)

Áp suất làm việc của động cơ dầu là:


Trang 136

dD P1

P2

F1 F2

Q1 Q2

PL

V1

Ta có: N=612

.PQ(Kw) (Theo[6]) (4.58)

P= 3,1136,21

0,4.612612

Q

N(bar)

4.7.2.2 Tính toán cho hệ thống dao cắt trƣớc:

Việc truyền động cho hệ thống dao cắt cũng lấy từ nguồn của bơm dầu

chung cho toàn hệ thống. Vì các bộ phận làm việc không cùng một lúc, lực cắt của

dao củng không lớn lắm. Do đó, công suất của nó củng bé. Đối với máy uốn thép U,

hệ thống dao cắt trước sử dụng một xi-lanh.

Lực cắt được tính theo công thức:

Pc=

tg

s c.5,0 2

(N) (theo[5]) (4.59)

Với: : là góc nghiêng của dao so với phương ngang, =30.

s: chiều day vật liệu(mm). Chọn s=2,5mm.

c: ứng suất cắt của vật liệu(N/mm2). Tra bảng ta có c(CT38) =

360(N/mm2).

Pc= 0

2

3

360.5,2.5,0

tg=21466,3(N)

Ta chọn vận tốc cắt V1=0,1(m/s)=6(m/ph).

Chọn P1=60(bar)=60(KG/cm3).

Chọn hệ số kết cấu của xi-lanh là k=D

d=0,5 (theo[6])

d=0,5D. Vì P2 thông với bể dầu nên chọn P2 0.

Ta có sơ đồ như hình sau:

Hình 4-35: Sơ đồ phân bố lực.


Trang 137

Để dễ dàng tính toán ta bỏ qua lực ma sát (vì nhỏ hơn nhiêu lực căt Pc)

Ta có phương trình cân bằng lực:

P1.F1=PcP1. 4

2DPc D=2

1P

Pc

(4.60)

D=2.510.60.1416,3

3,21466=0,0675 (m)

Chọn D=80(mm) d=0,5.70=40 (mm).

+ Lưu lượng làm việc của xi-lanh:

Q1=v1F1=v1.4

1416,3.07,0.6

4

22

D

=0,0231(m3/ph)=32,1(l/ph).

Lực cắt lớn nhất có thể cung cấp:

Pmax=P1.F1=60.105,

4

1416,3.07,0 2

=23090,7(N).

Vận tốc lùi dao:

v2= 22

1

)4080.(1416,3

1,23.4

)(

.4

dD

Q

=66,7(m/ph)

4.7.2.3 Tính toán cho hệ thống dao đột lỗ:

Với hệ thống dao đột lỗ ta sử dụng một xi-lanh.

Lực cắt tính theo công thức:

Pc=k..d.s.c(N) (4.61)

Trong đó : d: đường kính đột lỗ (mm). Chọn d=15(mm).

k: hệ số tính đến sự không đều về chiều dày, tính chất của vật

liệu k=1,1 1,3.

s: chiều dày đột lỗ (mm). s=2,5 mm.

c:ứng suất cắt của vật liệu (N/mm2). c(CT38)=360(N/mm

2)

Pc=1,2.3,1416.15.2,5.360=50893,8(N).

Chọn vận tốc cắt v1=0,05 (m/s)=3(m/ph).

Sơ đồ lực như hình (7-8).


Trang 138

Ở đây ta có: D=2.1.P

Pc

theo [7.37].

Chọn P1=60 bar=60(KG/cm2)=60.10

5(N/m

2).

D=2.510.60.1416,3

8,50983=0,104(m)=104(mm).

Chọn D=120 (mm) d=0,5.120=60 (mm).

Lưu lượng làm việc của xi-lanh:

Q1=F1.v1= 3.4

1416,3.12,0.

4

2

1

2

vD

=0,0285 (m3/ph)=28,5 (l/ph).

4.7.2.4 Tính toán và chọn các thông số làm việc của bơm cung cấp cho hệ

thống.

* Chọn công suât bơm :

Chọn bơm piston hướng trục.

Do các bộ phận thủy lực của dây chuyền uốn không làm việc cùng một lúc .

Do vậy, ta chọ công suất của bơm lớn hơn công suất cần thiết của bộ phận lớn nhất

là động cơ (ta dễ dàng nhận ra khi kiểm tra theo công thức N=612

.QP).

- Ta chọn công suất của bơm dầu Nb=7,5(Kw). Ta kiểm tra điều kiện làm

việc của bơm trong hệ thống.

Lưu lượng bơm phải lớn hơn lưu lượng cần thiết lớn nhất khi một trong ba

cụm hoạt động. Ta thấy lưu lượng cần thiết cho đột lỗ là lớn nhất trong ba bộ phận

trên Qct=28,5 (l/ph).

Chọn bơm có qb=30(cm3/vòng), nb=1450(vòng/ph).

Lưu lượng của bơm là:Qb=nb.qb=1450.30=43500(cm3/ph)=43,5(l/ph).

Ta thấy Qb>Qct nên hệ thống đảm bảo về mặt lưu lượng làm việc.

Áp suất làm việc của bơm là:

Pb= 5,1055,43

5,7.612612

b

b

Q

N(bar)> Pct=99,166(bar).


Trang 139

CHƢƠNG 5:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC

5.1. Giới thiệu về điều khiển tự động bằng PLC

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật đa đem lại

những lợi ích to lớn cho con người. Việc cơ khí hoá, tự động hoá trong sản xuất

giúp con người giải phóng được sức lao động, tăng năng xuất và chất lượng sản

phẩm. Trong các ngành sản xuất nói chung và cơ khí nói riêng thì điều khiển tự

động bằng PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi và khá hiệu quả nhờ những tính

năng nổi bậc của nó:

- Điều khiển chính xác, ổn định.

- Bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ sử dụng.

- Giá thành không cao.

- Thay đổi chương trình diều khiển một cách dễ dàng.

5.1.1. Bộ điều khiển PLC

5.1.1.1. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC

Hình 5.1. Sơ đồ khối cua bộ điều khiên PLC

a. Bộ xử lý trung tâm

- Chức năng: Điều khiển, tính toán và quản lý toàn bộ hoạt động của PLC.

Trong đó bao gồm:

+ Bộ thuật toán, logic: Xử lý số liệu, tính toán các phép tính số học và logic

+ Bộ điều khiển : Điều khiển chuẩn thời gian thực hiện các phép tính.

+ Bộ nhớ : Các thanh ghi lưu những thông tin đến việc thực thi chương trình.

b. Bộ nhớ : Bao gồm:

- Bộ nhớ chỉ đọc : ROM.

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM : Dành cho người sử dụng.

Giao diện Nhập

Bộ xử lí

Trung tâm Giao diện

xuất

Bộ nguồn

Bộ nhớ

Thiết bị lập trình

PLC

Chương trình

t/h ra t/h vào


Trang 140

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM :Lưu trữ thông tin của thiết bị xuất nhập,

chuẩn giờ đến dữ kiện và lưu trữ các địa chỉ vào ra.

- Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá - lập trình lại EFROM.

c. Giao diện xuât nhập

Làm tương thích điện áp và dòng vào ra của thiết bị với PLC.

d. Bộ nguồn

Dùng để chuyển điện áp AC thành DC để cung cấp cho PLC.

e. Thiết bị lập trình

Là thiết bị dùng để viết chương trình và nhập chương trình vào bộ nhớ. Có thể

là bàn phím bằng tay hoặc có thể lập trình trên máy tính. Ngoài ra còn có các đường

dẫn để truyền tín hiệu gọi là các bit (các bộ dây dẫn hoặc mạch dẫn), bao gồm:

+ Bit dữ liệu: Dùng để tải các dữ liệu trong chương trình xử lý CPU.

+ Bit địa chỉ: Dùng để tải các địa chỉ trong CPU.

+ Bit điều khiển: Dùng để truyền tín hiệu điều khiển trong CPU.

+ Bit hệ thống: Dùng để truyền thông tin giữa các thiết bị xuất - nhập và các

cổng xuất - nhập.

5.1.1.2. Lập trình các thiết bị logic chuẩn

Bao gồm việc lập trình cho các thiết bị chuẩn sau:

- Rơle.

- Thanh ghi.

- Bộ định thời.

- Bộ đếm.

*. Ở đây ta sử dụng bộ PLC do hãng Mitsubishi của Nhật sản xuất.

a. Lập trinh rơle phụ trợ.(M : M0, M500...)

X001 X002 M100

M100

X004 X003 M101

M101

M100 M101 Y000


Trang 141

b. Lập trình thanh ghi :D

Việc lập trình khi sử dụng thanh ghi rất quan trọng khi xử lý số liệu được nhập

từ ngoài vào. Các số liệu này được đọc - ghi và xử lý để xuất đến cổng ra.

c. Lập trình bộ đếm :C

Dùng để đếm các sự kiện. Việc lập trình bộ đếm được cài đặt theo giá trị cho

trước. Khi nhận được số xung của tín hiệu vào thì bộ đếm sẽ vận hành các thiết bị

tương ứng.

d. Lập trình bộ định thời : T

Dùng để định thời gian cho các xự kiện. Độ phân giải 1ms, 10ms, 100ms...

5.1.1.3. Nội dung của một chƣơng trình điều khiển

Nội dung bao gồm:

- Chương trình điều khiển chế độ hoạt động.

- Lập trình theo trình tự hay logic tổ hợp.

- Chương trình để kích các cổng vào ra.

- Chương trình chỉ thị, chỉ báo.

S- Kết thúc.

a. Dạng chương trinh điều khiên:

Thường được viết dưới 2 dạng: + Dạng câu lệnh.

+ Dạng Ledder (Dạng bậc thang).

Ví dụ : Lệnh điều khiển dạng Ledder.

Kí hiệu:

b. Các lệnh cơ bản:

LD : Dùng để vẽ công tắc logic thường mở.

t/điểm thường đóng.

t/điểm thường mở. Thiết bị nhập.

Thiết bị xuất.

Thiết bị đăc biệt.

Kết thúc END

Hoặc

X001 Y000

X004 X003 Y001

X004 Y002

X005

END

Cổng vào


Trang 142

L

v ph

1

4

2 3

Mép cắt

LDI: Dùng để vẽ công tắc logic thường đóng.

OUT: Đặt 1 rơle logic cuối dòng chương trình.

AND: Đặt 1 công tắc logic thường mở vào sau 1 công tắc logic thường mở

khác (nối tiếp).

OR: Đặt 1 công tắc logic thường mở song song.

ANI: Đặt 1 công tắc thường đóng nối tiếp.

ORI: Đặt 1 công tắc thường đóng song song.

ORB: Tạo ra nhiều nhánh song song.

ANB: Tạo ra nhiều nhánh nối tiếp.

SET: Dùng để đặt các tham số với giá trị 1 ở chế độ vĩnh viễn.

RST: Dùng để đặt các tham số với giá trị 0 ở chế độ vĩnh viễn.

MPS, MRD, MPP : Dùng để thực hiện việc rẽ nhánh ở phía phải của nhánh.

CJ: Nhảy có điều kiện.

CALL: Khi có 1 đoạn chương trình lặp lại nhiều lần thì dùng chương trình con.

(lệnh gọi chương trình con).

CMP: So sánh giá trị nhập vào bộ đếm, bộ định thời với giá trị đa lưu trong

thanh ghi.

5.2. Phân tích và chọn phƣơng án điều khiển

Một phương án tối ưu là phương án mà xét về phương diện kỹ thuật vẫn đảm

bảo được những yêu cầu kỹ thuật đa đặt ra khi thiết kế (làm việc ổn định, hiệu quả,

năng xuất...), về kinh tế phải đảm bảo thấp nhất về chi phí chế tạo và trong điều

kiện cụ thể có thể đáp ứng được.

5.2.1. Dùng một công tắc hành trình

*. Sơ đồ: Như hình vẽ sau: Hình 5.2.

Hình 5.2. Sơ đồ đo dùng một công tắc hành trình


Trang 143

1. Công tắc hành trình. 2. Thướt đo. 3. Vít hãm. 4. Phôi.

*. Hoạt động: Phôi (4) được bộ phận cấp phôi đưa vào với vận tốc Vph khi

chạm công tắc hành trình (1) sẽ ngắt điện ở động cơ cấp phôi, phôi ngừng chuyển

động, đồng thời tín hiệu đưa về từ công tắc (1) qua bộ điều khiển sẽ tác động làm

đầu dao trên đi xuống, thực hiện quá trình cắt. Công tắc (1) được gắn trên thướt đo

(2) và có thể chuyển động dọc theo thân thướt. Ta có thể cắt với những cách L khác

nhau bằng cách di chuyển công tắc (1) theo thân thướt và cố định ở vị trí mong

muốn bằng vít hãm (3).

*. Ưu, nhược điêm:

- Ưu: + Chỉ dùng 1 công tắc hành trình, ít tốn kém.

+ Đơn giản cho bộ phận điều khiển và cho cả chương trình điều khiển.

- Nhược: Với mỗi khoảng cách L khác nhau của sản phẩm, ta phải điều chỉnh

(dịch chuyển) công tác hành trình một cách thủ công.

5.2.2. Sử dụng cảm biến hồng ngoại

*. Sơ đồ: Hình 7.4.

Hình 5.3. Sơ đồ đo dung cảm biến hồng ngoại

1. Cảm biến phát. 2. Cảm biến thu (cảm biến nhận)

3. Thướt đo. 4. Bộ điều khiên.

5. Phôi.

*. Hoạt động: Hoạt động tương tự trường hợp đầu tiên (dùng công tắc hành trình),

chỉ khác ở chỗ khi phôi tiến vào sẽ ngăn dòng ánh sáng phát ra từ cảm biến phát, do

đó cảm biến thu sẽ không nhận được ánh sáng. Điều này sẽ được chuyển thành tín

hiệu truyền về bộ PLC để điều khiển các động cơ. Để cắt được những độ dài khác

nhau ta dịch chuyển các cảm biến theo thân thướt cố định (2).

5.2.3. Dùng cảm biến đo độ dài

Lvph

2

5

PLC

u (V)

4

-F

Chuìm tia häöng ngoaûi

3


Trang 144

*. Sơ đồ: Hình 5.4.

Hình 5.4. Sơ đồ đo

dung cảm biến đo dộ dài

1. Bánh ma sat. 2. Cảm biến độ dài.

3. Bộ điều khiên. 4. Phôi.

*. Hoạt động: Bề mặt bánh ma sat (1) của bộ cảm biến được ép tiếp xúc với bề

mặt phôi (4) và sẽ lăn không trượt trên bề mặt này khi phôi chuyển động đi vào.

Cảm biến độ dài (2) có nhiệm vụ đo độ dài của phôi đi vào thông qua số vòng quay

hoặc góc quay được của bánh ma sat, chuyển thành tín hiệu điện và truyền về bộ

điều khiển. Ở bộ PLC đa được lập trình sẵn tuỳ theo độ dài cần cắt mà điều khiển

chu trình hoạt động.

5.2.4. Kết luận

Qua phân tích các phương án đa đề ra như trên, ta chọn phương án sử dụng cảm

biến đo độ dài bởi các ưu điểm sau:

- Điều khiển chính xác độ dài cần cắt.

- Tránh được va chạm dẫn đến hư hỏng thiết bị như trong trường hợp nếu dùng các

công tắc hành trình (bằng cách không đặt trực tiếp bánh ma sat lên phôi mà cho

bánh ma sat tiếp xúc thông qua một truyền giản đơn nối từ hộp giảm tốc, có vận

tốc dài đúng bằng vận tốc của phôi).

- từ (*) tr 34;(**) tr 63 và (***) trang 84 ta có :

+ thời gian xy lanh cắt là t = 280

50 = 5.6 (s)

+ thời gian xy lanh đi lên là t = 280

67 = 4.2 (s)

+ thời gian cấp phôi là 𝑡𝑚𝑖𝑛 = 0.276 x 0.194 = 0.7 (s)

Như vậy tổng thời gian quá trình cắt là t = 5.6 + 4.1 + 0.7 = 10.14 (s)

d

PLC

U (V)

L

14

3

-F


Trang 145

Tổng thời gian lớn nhất để quá trình uốn hết 1 thanh thép chữ U là : t = 3

0.3 = 10(s)

Ta có thời gian cắt > thời gian uốn như vậy đảm bảo dây chuyền hoạt động nhịp

nhàng không bị trùng lặp phôi. Do đó ta hoàn toàn có thể thiết kế 2 chương trình

điều khiển khác nhau mà không sợ bị trùng lặp hay không nhịp nhàng giứa 2 quá

trình.

*. Sơ đồ bố trí thiết bị cua phần điều khiên như sau: (Hình 5.5).

Hình 5.5. Sơ đồ bố trí thiết bị cua phần điều khiên

1. Bánh ma sat. 2. Cảm biến độ dài.

3, 3'. Các công tắc hành trình. 4. Bộ đ/k PLC.

5. Phôi.

*. Hoạt động: Phôi (5) được bộ phận cấp phôi đẩy vào với vận tốc Vph, làm

quay bánh ma sat (1), cảm biến độ dài (2) sẽ đếm số vòng quay hoặc vận tốc (tuỳ

theo loại cảm biến) của (1) để tính độ dài phôi đa đi qua. Khi đa đếm đủ độ dài cần

cắt (độ dài này do ta lập trình sẵn) sẽ xuất tín hiệu về bộ điều khiển. Theo chương

trình đa được viết sẵn, bộ điều khiển xuất tín hiệu ra ngắt điện ở động cơ cấp phôi,

khởi động phanh điện từ để ham động cơ, đồng thời điều khiển đầu dao đi xuống

thực hiện quá trình cắt. Ở cuối hành trình dao chạm công tắc hành trình (3) và dừng.

Tín hiệu truyền về từ công tắc (3) làm bộ PLC xuất tín hiệu điều khiển đầu dao đi

lên lại cho đến khi chạm công tắc (3') thì dừng. Lúc này bộ PLC lại bắt đầu cho

động cơ ở bộ phận cấp phôi hoạt động đẩy phôi vào. Chu trình cứ tiếp tục như vậy

cho đến khi cắt đủ số lượng sản phẩm (hoặc khi thay đổi chiều dài sản phẩm).

5.3. Chƣơng trình điều khiển PLC trên hệ thống cắt.

5.3.1. Sơ đồ nguyên lý (Hình 5.6)

Lvph

5

PLCu (V)

4

vd

H

T/h vaìo

T/h ra (âiãöu khiãøn Â/C)

Nguäön

312

3


Trang 146

Hình 5.6. Sơ đồ nguyên lý chương trinh điều khiên PLC

5.3.2. Biểu đồ trạng thái (Hình 5.7)

Hình 5.7. Biêu đồ trạng thái

p

Y430

Y431

n1

Phanh

CTHT 1.0

Van p/phäúi

XilanhÂI

VÃÖ

(A+)

1

0

1

0

N

CTHT 1.1

(A-)

0 1 2 3 4 5=1

1.1

1.0

1

0

C/biãún 1.2

ÂCÂ

N

K/â SÂ

N

Â


Trang 147

RESET

OUT

END

RESET

OUT

X400

X403

X402

C460

C461

Y432M100C460

M100

M100

Y433M100

X400

Y434X404C461

X404 C461

X400Y430

Y431

C460

M100

C461

X402

5.3.3. Chƣơng trình điều khiển (Hình 5.8)

Đầu vào:

X400 - Khởi động So (tự duy trì)

X401 - CTHT 1.0

X402 - CTHT 1.1

X403 - Cảm biến 1.2

X404 - Lùi phôi khi mất điện(tự duy trì)

Đầu ra:

Y430 - Rơle ko (quay lô cán)

Y431 - Rơle k1(đóng phanh)

Y432 - Rơle k2(A+)

Y433 - Rơle k3(A-)

Y434 - Rơle k4(lùi phôi)

Hình 5.8. Chương trinh điều khiên PLC

5.4 Hệ thống điều khiển PLC trên hệ thống uốn thép

5.4.1 Quy định các ngõ vào ra:

Cổng vào:

S0 I0.0 : Nút nhấn khởi động.

a0 I0.1 : Cử hành trình đột.

a1 I0.2 : Cử hành trình đột

a2 I0.3 : Cử hành trình cắt.

a3 I0.4 : Cử hành trình xilanh đột xong lùi về.

a4 I0.5 : Cử hành trình xilanh cắt xong lùi về.

a5 I0.6 : Cử hành trình.

a6 I0.7 : Cử hành trình.

a7 I0.8: Cử hành trình.

a9 I0.9 : nút nhân cắt trước.


Trang 148

A+ Q2.0: Quay môtơ uốn.

A- Q2.1 : Dừng môtơ uốn.

B+ Q2.2 : Đột lỗ.

B- Q2.3 : Xilanh đột lùi về.

C+ Q2.4 : Dao cắt sau cắt thép U.

C- Q2.5: Dao cắt sau lùi về.

D+ Q2.6 Dao cắt trước hoạt động.

D- Q2.7: Dao cắt trước lùi về.

5.4.2 Chƣơng trình điều khiển(SIEMENS):

a) Giãn đồ thời gian biêu diễn quá trình uốn thép chư U:

Điều khiển máy uốn ta điều khiển các cơ cấu cháp hành: môtơ thủy lực A,

các xilanh thủy lực B, C, D, qua các van phân phối (van Servo).

Các cơ cấu cháp hành hoạt động không cùng lúc, khi cắt và đột thi môtơ uốn dừng.

Giản đồ thời gian của quá trình uốn thép chữ U:

Hình 5.9: Giản đồ thời gian quá trình uốn thép chư U.

b) Sơ đồ điều khiên:

Hình 5.10: Sơ đồ điều khiên.

a4

a3

a0

a5

a6


Trang 149

c) Chương trinh PLC (SIEMENS ):

Hình 5.11: Chương trinh PLC

I0.4

I0.0

Q2.0

I0.1 I0.2 I0.3 Q2.0

Q2.1

Q2.4

Q2.5

Q2.6

I0.3

I0.3

I0.2

I0.1

Q2.2I0.5I0.1

I0.2

Q2.3

I0.5

Q2.1

Q2.3

I0.5

Q2.6

I0.7

I0.3

I0.6

Q2.5

Q2.7I0.7

Q2.6

END


Trang 150

d) Sơ đồ nối PLC:

Hình 5.12 Sơ đồ nối PLC.

Hệ thống điều khiển PLC có ưu điểm hơn so với một số dạng điều khiển

khác thường dùng là:giá thành của các phần tử PLC rẻ, kích thước nhỏ, tốc độ điều

khiển nhanh, lắp đặt và lập trình đơn giản, dễ thay đổi chương trình điều khiển, các

modul được tiêu chuẩn hóa do đó công tác bảo trì đơn giản dễ thay thế.

I0.9m

+24V+24V

R8

R7

R6

R5

D-R8

R7 D+

C-R6

R5 C+

B-

B+

R4

R3

R4

R3

R2A-

Q2.7

Q2.6

Q2.5

Q2.4

Q2.3

Q2.2

Q2.1

Q2.0

R1

R2

A+R1

I0.8

I0.4

I0.5

I0.7

I0.6

I0.2

I0.3

I0.1

I0.0

a7

a3

a4

a6

a5

a1

a2

a0

PLC

S


Trang 151

CHƢƠNG 6:

AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY

Tuổi thọ và hiệu quả sử dụng máy phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp sử

dụng và bảo quản máy. Nếu tổ chức sử dụng và bảo quản một cách hợp lý, máy có

thể làm việc được trong một thời gian dài, từ 10 đến 15 năm, có khi đến 20 năm.

Do đó, sử dụng và bảo quản máy, ngoài tính chất kỹ thuật, còn có ý nghĩa về

kinh tế.

Để cho máy cắt làm việc được an toàn và hiệu quả đòi hỏi những công nhân vận

hành máy phải nghiên cứu kỹ về máy qua bản chỉ dẫn vận hành của máy, nghĩa là:

- Biết điều khiển các chức năng của máy một cách thành thạo.

- Nắm được các kiến thức cơ bản về vật liệu cắt.

6.1. Trƣớc khi làm việc

Trước khi làm việc người công nhân vận hành máy phải kiểm tra toàn bộ máy,

tức là kiểm tra các bộ phận truyền động, có làm việc an toàn hay không.

- Kiểm tra các thiết bị điều khiển, nắp đậy che chắn và đặc biệt là vấn đề bôi

trơn các bộ phận ổ đỡ, ranh trượt.

- Kiểm tra hệ thống bơm dầu thuỷ lực (động cơ, dây dẫn, đồng hồ đo áp, van...)

- Kiểm tra dao cắt không được mẽ, vỡ.

- Ấn nút khởi động động cơ, cho cho máy chạy thử khi chưa có phôi cắt vài

hành trình, kiểm tra lại dao và hệ thống thuỷ lực đa an toàn hay chưa. Khi đa đảm

bảo các yêu cầu trên mới được vận hành máy.

6.2. Trong khi làm việc

Quá trình làm việc người công nhân đứng máy phải mang bảo hộ lao động

đúng quy đinh, phải đặt phôi vào đúng vị trí trên bàn cấp phôi, phải chú ý vật liệu

cắt đúng quy định cho phép mới được đưa vào cắt.

Ở vị trí làm việc phải gọn gàng sạch sẽ tạo điều kiện cho việc thao tác bằng tay

với sản phẩm được dễ dàng nhanh chóng và an toàn.

6.3. Sau khi làm việc

Tuổi thọ của máy được kéo dài thêm và các hỏng hóc sẽ được loại trừ nhờ vào

việc bảo dưỡng thường xuyên và đúng lúc.

Nghỉ làm việc phải ngắt cầu dao điện an toàn

Sau khi làm việc, phải thu gọn phôi và sản phẩm cắt đúng vào nơi quy định, lau

chùi sạch dao và dầu mỡ trên bề mặt trượt.

Phải có chu kỳ bảo dưỡng hợp lý : xem xét- tiểu tu- trung tu- đại tu.

Đặt biệt khi ngừng máy để sửa chữa phải treo biển báo.


Trang 152

KẾT LUẬN CHUNG

Qua 3 tháng thực hiện nhiệm vụ được giao, cùng với sự hướng dẫn tận tình

của giảng viên hướng dẫn, đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế Dây Chuyền Thiết Bị

Cắt,Uốn Thep Định Hình Chư U đa được hoàn thành. Đồ án trình bày các vấn đề

chủ yếu như:

- Trình bày sơ lược về cắt ,uốn thép tấm.

- Trình bày nguyên lý làm việc và phương án cắt ,uốn thép tấm

- Tính toán một số kết cấu, chi tiết máy trong 2 bộ phận của dây chuyền, đó

là bộ phận cắt và bộ phận uốn.

Dây chuyền sản xuất thép chữ U là dây chuyền quan trọng trong các doanh

nghiệp cơ khí trên toàn quốc. Dây chuyền sản xuất này góp phần thúc đẩy sự nghiệp

công nghiệp hóa- hiện đại hóa của đất nước, đáp ứng nhu cầu vật liệu,kết cấu cơ khí

cho xây dựng và cuộc sống, góp phần phát triển nền kinh tế- kỹ thuật đất nước.

Đề tài Thiết kế Dây Chuyền Thiết Bị Cắt,Uốn Thep Định Hình Chư U gồm

có 1 tập thuyết minh và 10 bản vẽ trình bày các đặc điểm, nguyên lý làm việc và kết

cấu của máy. Nhìn chung, Dây Chuyền Thiết Bị Cắt,Uốn Thép Định Hình Chữ U

có kết cấu, nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản, đảm bảo an toàn khi làm việc,

số người điều khiển, vận hành ít, năng suất phù hợp với điều kiện sản xuất của từng

doanh nghiệp, chất lượng đảm bảo theo yêu cầu và tiêu chuẩn kỹ thuật.

Với khả năng và thời gian có hạn, kiến thức thực tế còn nhiều hạn chế nên đề

tài còn rất nhiều sai sót. Rất mong nhận được sự thông cảm cùng ý kiến đóng góp

của giảng viên hướng dẫn và các giảng viên khác trong khoa Cơ khí, bạn đọc để em

có điều kiện học hỏi, nâng cao và phát huy các kiến thức sau này.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn giảng viên Nguyễn Thế Tranh, các

thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí đa hướng dẫn tận tình, giúp đỡ em hoàn thành đề tài

này.

Đà Nẵng, ngày 25 thang 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Việt


Trang 153

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Công nghệ tạo phôi (Lưu Đức Hoà).

[2] Vật liệu học.

[3] Công nghệ Laser.

[4] Thiết kế chế tạo máy cán thép và các thiết bị trong nhà máy cán thép (Đỗ Hữu

Nhơn)

[5] Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực (Nguyễn Ngọc Phương - Huỳnh Nguyễn

Hoàng).

[6] Nguyên lý cắt.

[7] Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại (Nguyễn Ngọc Cẩn).

[8] Chi tiết máy tập 1.

[9] Chi tiết máy tập 2.

[10] Thiết kế chi tiết máy (Nguyễn Trọng Hiệp-Nguyễn Văn Lẫm).

[11] Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1, tập 2.

[12] Sức bền vật liệu tập 1.

[13] Nguyên lý máy.

[14] Vẽ kĩ thuật cơ khí .Tập 1

[15] Vẽ kĩ thuật cơ khí .Tập 2

[16] Sổ tay thiết kế máy và chi tiết máy.

[17] Dung sai và lắp ghép (Ninh Đức Tốn - NXBGD)

[18] Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy (Nguyễn Đắc Lộc – Lưu Văn Nhang)

[19] Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1



[22] Sổ tay vật liệu chế tạo máy - Thép gang- NXB KH Kỹ thuật -1976.

[23] Trang bị công nghệ và cấp phôi tự đông - Châu Mạnh Lực- ĐHBK Đà Nẵng

Khoa Cơ Khí.

[24] Hệ thống truyền động thủy khí -Trần Xuân Tùy - NXB Khoa học và kỹ thuật

HN – 2002.

[25] Điều khiển lôgic – Bộ môn tự động đo lường -Khoa Điện – ĐHBK Đà Nẵng.

[26] Giáo trinh tập lệnh S7 200 – Ngành cơ điện tử - Cao Đẳng Công Nghệ - ĐH

Đà Nẵng.

đồ án tốt nghiệp thiết kế dây chuyền cắt uốn thép định hình chữ u

Art & Photos

Transcript of đồ án tốt nghiệp thiết kế dây chuyền cắt uốn thép định hình chữ u