Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng

Thép vằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép rằn được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, giữa hai

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP VẰN XÂY DỰNG

Người hướng dẫn: PGS.TS LÊ CUNG

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TÚ

\

Đà Nẵng, 2017

Tên đề tài: Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tú

Số thẻ SV: 101120273 Lớp: 12C1C

Thép vằn là loại vật liệu được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng Với đề tài thiết

kế máy cán thép vằn xây dựng em xin được trình bày tóm tắt nội dung như sau

Giới thiệu chung về sản phẩm và quá trình cán Giới thiệu về các loại máy cán thép, qua đó lựa chọn ra loại máy thích hợp cho đề tài Phân tích lựa chọn hệ thống lỗ hình trục cán phù hợp Thiết kế các bộ phận cơ bản của máy như: hộp giảm tốc, hộp phân lực, gián cán…

Do thời gian tìm hiểu và hiểu biết của bản thân còn hạn chế nên sẽ không thể tránh những sai sót, rất mong được các thầy cô nhiệt tình chỉ bảo

Em xin chân thành cảm ơn!

Họ tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC TÚ Số thẻ sinh viên: 101120272

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế máy cán thép vằn dùng trong xây dựng

2 Đề tài thuộc diện: ☒ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực

hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Số liệu ban đầu : Thép vằn Φ16 Năng suất cán : 1000m/giờ

Các số liệu khác : Tham khảo thực tế tại xí nghiệp

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tìm hiểu nguyên liệu, sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật

- Phân tích các phương án máy và chọn phương án hợp lý cho máy thiết kế

- Xây dựng sơ đồ động của máy

- Tính toán và lựa chọn các thông số kỹ thuật chủ yếu

- Tính toán thiết kế kết cấu và sức bền

- Hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa An toàn lao động

5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý/ sơ đồ động (1A0)

- Bản vẽ các phương án máy thiết kế (1A0)

- Bản vẽ kết cấu chung của toàn máy (1A0)

- Bản vẽ một số cụm chi tiết (hộp giảm tốc, hộp phân lực, cụm trục cán ) 4A0)

(3-Tổng cọng : 6-7 bản vẽ A0

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/02/2017

8 Ngày hoàn thành đồ án: 20/05/2017

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017

Trong giai đoạn phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật mạnh mẽ như hiện nay ngành

cơ khí nói chung và cán thép nói riêng đóng vai trò vô cùng quan trọng để đưa đất nước ngày càng phát triển

Để có thế đáp ứng được nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng để phát triển tất cả các ngành công nghiệp thì không thể thiếp vật liệu thép xây dựng Chính vì thế việc phải tăng năng suất thé là điều tất yếu

Được sự đồng ý của khoa em được thầy giáo hướng dẫn giao đề tài tốt nghiệp: Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng Kích thước của sản phẩm là Φ16, với nội dung chính như sau:

+ Tìm hiểu và giới thiệu về sản phẩm thép vằn

+ Giới thiệu về quá trình cán thép vằn

+ Đưa các phương án, phân tích và lựa chọn phương án thích hợp cho máy thiết kế

+ Tính toán thiết kế máy

+ Tính thiết kế đầy đủ một số chi tiết Được sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, quý thầy cô và bạn bè trong khoa Cơ Khí đến nay em đã hoàn thành đồ án Do kiến thức của bản thân và thời gian

có hạn nên không thể tránh được những sai sót Em rất mong được quý thầy cô góp ý

để đề tài được hoàn thiện hơn

Lần nữa cho em xin được cảm ơn đến PGS.TS Lê Cung cùng toàn thể quý thầy

cô và bạn bè trong khoa Cơ Khí đã nhiệt tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong thời gian qua!

iv

Em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án tốt nghiệp này đã được chỉ rõ nguồn gốc và được phép công bố

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Ký tên

Nguyễn Ngọc Tú

TÓM TẮT i 

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii 

LỜI NÓI ĐẦU VÀ CÁM ƠN iii 

CAM ĐOAN iv 

MỤC LỤC v 

DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ vii 

CHƯƠNG I: SẢN PHẨM THÉP VẰN XÂY DỰNG VÀ QUÁ TRÌNH CÁN 1 

1.1 Giới thiệu chung về sản phẩm thép vằn xây dựng: 1 

1.2 Giới thiệu chung về quá trình cán: 2 

1.2.1 Quá trình cán và đặc điểm của quá trình cán kim loại : 2 

1.2.2 Phân loại quá trình cán: 3 

1.2.3 Vùng biến dạng và các thông số của vùng biến dạng: 3 

1.2.4 Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán: 4 

1.2.5 Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán: 6 

CHƯƠNG II:GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁN THÉP 7 

2.1 Máy cán: 7 

2.1.1 Định nghĩa : 7 

2.1.2 Phân loại : 7 

2.1.3 Cấu tạo máy cán: 7 

2.2 Khái niệm về trục cán và lỗ hình trục cán 8 

2.2.1 Khái niệm về trục cán: 8 

2.2.2 Khái niệm về lỗ hình trục cán: 8 

2.2.3 Phân loại lỗ hình 9 

2.2.4 Cách bố trí lỗ hình trên trục cán: 9 

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÁY 10 

3.1 Giới thiệu chung 10 

3.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy 10 

3.2.1 Phân tích lựa chọn số trục cán và giá cán: 10 

3.2.2 Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động cho máy cán : 11 

3.2.3 Chọn máy thiết kế : 13 

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 14 

4.1 Thiết kế lỗ hình trục cán 14 

4.1.1 Tính toán lỗ hình 14 

4.1.2 Chọn phương án cán và hình dáng trục cán: 19 

4.2 Tính lực cán, momen cán và chọn động cơ 20 

vi

4.2.2 Tính mômen cán và các mômen khác sinh ra khi cán: 25 

4.2.3 Tính công suất và chọn động cơ 28 

4.3 Tính toán thiết kế các cụm kết cấu máy: 29 

4.3.1 Thiết kế hộp giảm tốc: 29 

4.3.2 Thiết kế hộp phân lực: 52 

4.3.3 Tính toán thiết kế giá cán: 56 

4.3.4 Tính chọn khớp nối và trục nối: 63 

CHƯƠNG V: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY CÁN 67 

5.1 Lắp đặt máy cán: 67 

5.2 Vận hành máy cán: 67 

5.3 Bảo dưỡng máy cán: 68 

5.4 Thay thế các bộ phận của máy cán: 68 

KẾT LUẬN 69 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 

HÌNH 1.2: Kích thước và hình dáng của lỗ hình tinh

HÌNH 1.3: Tiết điện kim loại

HÌNH 1.4: Sơ đồ vùng biến dạng của kim loại và trục cán

HÌNH 1.5: Sơ đồ phân bố lực khi vật cán tiếp xúc với trục cán

HÌNH 4.10: Sơ đồ kích thước hộp giảm tốc

HÌNH 4.11: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các bánh răng

HÌNH 4.12: Biểu đồ mômen của trục I

HÌNH 4.13: Biểu đồ mômen của trục II

HÌNH 4.14: Biểu đồ mômen của trục III

HÌNH 4.15: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ tại trục I

HÌNH 4.16: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ tại trục II

viii

HÌNH 4.18: Biểu đồ mômen của trục trong hộp phân lực

HÌNH 4.19: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ trục của hộp phân lưc

HÌNH 4.20: Các kích thước của khung

HÌNH 4.21: Cấu tạo vít me dưới

CHƯƠNG I: SẢN PHẨM THÉP VẰN XÂY DỰNG VÀ QUÁ TRÌNH CÁN

1.1 Giới thiệu chung về sản phẩm thép vằn xây dựng:

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 như nhu cầu về sử dụng thép trong công nghiệp 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 cán thép lại đóng một vai trò chủ chốt, là khâu không thể thiếu được để góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác Mà sản phẩm thép rằn lại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực xây dựng

Thép vằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép rằn được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, giữa hai trục có hệ thống các lỗ hình và có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu Kết quả làm cho tiết diện ngang của phôi thay đổi chiều dài tăng lên, tạo thành lỏi thép

Cán thép vằn có thể được tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, với mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau Thép rằn được phân loại theo đường kính danh nghĩa của thép: bao gồm thép rằn Φ12, Φ 14, Φ 16 …

- Vật liệu phôi cán: thép CT51

- Kích thước phôi ban đầu: 32x32mm2

Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép CT51 theo bảng sau: (theo tài liệu [8])

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật và thành phần hóa học của thép CT51

d1=17,5 mm: đường kính ngoài của thép vằn

d=14,5 mm: đường kính trong của thép vằn

S=2 mm: khe hở giữa hai trục cán

1.2 Giới thiệu chung về quá trình cán:

1.2.1 Quá trình cán và đặc điểm của quá trình cán kim loại :

a Định nghĩa quá trình cán:

Là quá trình gia công kim loại bằng bằng áp lực trong đó kim loại bị biến dạng dẻo liên tục giữa các vật thể quay tròn, được gọi là trục cán

b Cơ sở của quá trình cán:

Cơ sở của quá trình cán là dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra những sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu thông qua các lổ hình trên trục cán

c Đặc điểm của quá trình cán:

Quá trình cán là một quá trình tạo phôi kim loại bằng phương pháp gia công áp lực do đó nó có đầy đủ các đặc điểm của phương pháp gia công áp lực:

- Quá trình cán là quá trình gia công không phoi

- Trong quá trình làm việc, kim loại bị thay đổi về tổ chức tế vi; hạt kim loại bị kéo dài theo hướng cán thành sớ, tính chất cơ lý cũng thay đổi: kim loại có tính dị hướng

- Phôi di chuyển và biến dạng nhờ sự quay liên tục của trục cán và ma sát giữa trục cán với phôi

- Hình dạng sản phẩm cán phụ thuộc vào lỗ hình giữa hai trục cán

Hình 1.2 Kích thước và hình dáng của lỗ hình tinh

Ø17,5 Ø14,5

1,25

Hình 1.1 Sản phẩm thép vằn

1.2.2 Phân loại quá trình cán:

Tuỳ theo cơ sở dựa vào để phân loại mà người ta có các kiểu:

a Phân loại theo chuyển dịch tương đối của kim loại so với trục cán:Gồm 3 dạng:

- Cán dọc

- Cán ngang

- Cán nghiêng (cán ngang xoắn)

b Phân loại theo trạng thái kim loại biến dạng:

Dựa vào nhiệt độ của kim loại khi biến dạng mà phân ra làm 2 loaị là cán nóng

và cán nguội

c Phân loại theo thông số đặc trưng trong biến dạng:

Chia làm 2 loại

- Cán đối xứng: Khi mọi yếu tố của quá trình cán giống nhau trên cả hai trục

- Cán không đối xứng: Khi có một vài yếu tố của quá trình cán trên hai trục không giống nhau

d Phân loại theo sản phẩm cán:

- Cán phôi: tạo ra các thỏi kim loại để tiếp tục gia công theo các phương pháp khác, hoặc cán thô

- Các hình: tạo ra các sản phẩm hình như cán thép chữ I, U, L…

- Cán tấm: sản phẩm tạo ra dạng tấm

- Cán ống: Cán ra các ống thép trụ tròn rỗng

e Phân loại theo mức độ liên tục:

- Cán không liên tục: là sản phẩm cán bị gián đoạn trong các lần cán

- Cán liên tục: phôi được cán một cách liên tục cho đến thành phẩm

- Cán bán liên tục

1.2.3 Vùng biến dạng và các thông số của vùng biến dạng:

Vùng biến dạng:

Khi hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát mà vật cán được

ăn vào liên tục và được biến dạng Bề mặt của kim loại tiếp xúc với trục cán gọi là vùng tiếp xúc, phần kim loại nằm trong vùng tiếp xúc gọi là vùng biên dạng

Như vậy vùng biến dạng là vùng kim loại xảy ra biến dạng dẻo, nằm trong phạm vi tác dụng của trục cán Các thông số đặc trưng của vùng biến dạng:

+ Góc : là góc ăn kim loại

+ ltx = AB= CD là chiều dài của vùng biến dạng

+ h1, h2: chiều cao của vật trước và sau khi cán

+ b1, b2:chiều rộng của vật trước và sau khi cán

+ l1, l2: chiều dài của vật trước và sau khi cán

1.2.4 Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán:

Xét một vật thể kim loại có tiết diện hình chữ nhật có chiều dài l được cán giữa hai trục cán phẳng (hình 1.3)

a Biến dạng theo chiều cao:

- Lượng ép tuyệt đối h:

- Mối quan hệ giữa h,  và l: h  h h BE

2 2 2

2 1

Mà

2sin2)cos1(cos

R R

R R OE OB

Vì  quá nhỏ nên

2 2

Thay  từ () vào ta có: l D h

Chiều dài cung tiếp xúc tỉ lệ thuận với D và h

b Biến dạng theo chiều rộng:

-Lượng giãn rộng tuyệt đối: bb2b1(mm)

- Lượng giãn rộng tương đối: 100 %

Công thức tính lượng giãn rộng của Baxtino:

2 ( 2 15 , 1

h h R h

 luôn lớn hơn 1 vì l2 luôn lớn hơn l1

Quan hệ giữa hệ số giãn dài() và lượng ép() theo công thức sau:

% 100 ).

1 1 (



Từ 3 hệ số ,  và  ta thấy rằng:

1

.

.

.

1

2 1 1 1

2 2 2

l b h

n

F

F l

l  () Trong đó:

tổng : hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán

ln, lo : chiều dài của vật cán sau n lần cán và của lúc ban đầu

Fo, Fn : diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần cán

F F

2

1 1

0 

tổng=1.2 n (II)

Vì  có trị số khác nhau nên để tiện tính toán người ta đưa ra khái niệm về hệ

số giãn dài trung bình tb Với

n

n tb







  1 2  (III) Kết hợp (I), (II) và (III) ta có:



n

F

F0 tổng=tb.tb tb= (tb)nLogarit hoá hai vế ta được: lgF0 lgF n n lgtb

n

lg

lg

lg 0 



Như vậy nếu biết được tiết diện ngang ban đầu của phôi cán, tiết diện sản phẩm

và biết được hệ số giãn dài trung bình thì tính được ngay số lần cán n (lấy n là 1 số nguyên)

1.2.5 Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán:

sin

f N T

T

N N

Vậy để vật cán ăn được vào trục cán phải đảm bảo điều kiện: hR f2

b Các phương pháp làm cho vật cán dễ ăn vào trục cán khi cán dọc:

Từ điều kiện f> để vật cán dễ ăn vào trục ta tìm các biện pháp để tăng f và giảm 

+ Giảm h nhờ đập bẹp đầu phôi

+ Tăng đường kính D của trục cán

Trong thực tế, phương pháp làm tăng hệ số ma sát f người ta thường dùng hơn

Hình 1.5: Sơ đồ phân bố lực khi vật cán tiếp xúc với trục cán

CHƯƠNG II:GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁN THÉP

2.1 Máy cán:

2.1.1 Định nghĩa :

Tổ hợp các máy móc và thiết bị như nguồn năng lượng, các bộ phận truyền

động, giá cán có chứa các trục cán,… để cho ra được các sản phẩm cán bằng kim loại

gọi là máy cán kim loại

- Máy cán ống: dùng để cán ra các ống tròn

- Máy cán chuyên dùng: thường được gọi theo tên sản phẩm như: máy cán bi, máy cán bánh răng, máy cán vành bánh xe lửa,…

b Phân loại theo cách bố trí thiết bị chính:

- Máy cán một giá (máy cán đơn)

2.1.3 Cấu tạo máy cán:

Máy cán thường gồm có các bộ phận chính sau:

2- Bánh đà: đối với máy cán 1 chiều thì đặt thêm bánh đà để làm đều chuyển động cho máy giữa những lần cán phôi Nghĩa là bánh đà sẽ tích luỹ năng lượng khi chạy không tải và sẽ bù một phần năng lượng khi máy mang tải Giúp ổn định tốc độ cán Khi mômen cán thay đổi không nhiều người ta có thể không lắp bánh đà

3- Khớp nối: thường sử dụng trục khớp nối vạn năng, trục khớp nối hoa mai, trục khớp nối vuông, trục khớp nối xích

4- Hộp giảm tốc: phần lớn hộp giảm tốc của máy cán dùng cặp bánh răng chữ V để khử lực dọc trục và làm kết cấu hộp nhỏ gọn hơn

5- Hộp phân lực: dùng để chia đều momen quay cho các trục cán Đường kính vòng lăng của bánh răng hộp phân lực gọi là đường kính danh nghĩa của máy cán

6- Trục truyền: truyền momen xoắn từ hộp phân lực đến các trục cán

7- Trục cán: cấu tạo gồm 3 phần: thân, cổ và đầu trục Thân trục cán có dạng trơn hoặc có rãnh tạo lỗ hình

8- Gía cán: là bộ phận cơ bản của máy cán bao gồm thân giá cán và các chi tiết khác như trục cán, gối đỡ trục cán, cơ cấu điều chỉnh lượng ép, các cơ cấu dẫn hướng,

…được lắp đặt trên thân giá cán

Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn, hình vuông, thép góc, thép chữ U, chữ I, chữ H, thép rằn, thép ray xe lửa, thép định hình v.v …

2.2.2 Khái niệm về lỗ hình trục cán:

Có thể nói tất cả các loại thép có biên dạng (tiết diện) đơn giản như: tròn, vuông, ba cạnh, chữ nhật, ….và có biên dạng phức tạp như: thép góc, thép chữ I, thép chữ C, thép đường ray, … đều được cán trên các trục đã được tạo các rãnh có biên dạng tương ứng Biên dạng rãnh của 2 hay 3, 4 trục tạo thành một biên dạng “calip” gọi là lỗ hình trục cán

2.2.3 Phân loại lỗ hình

a Phân loại theo hình dáng: Lỗ hình đơn giản như chữ nhật, vuông, ô van, tròn; lỗ

hình phức tạp như lỗ hình góc, chữ I, chữ C,…

b Phân loại theo công dụng: Lỗ hình giãn dài (cán phá) nhằm giảm nhanh tiết

diện của phôi; lỗ hình cán thô; lỗ hình trước thành phẩm, có tác dụng khống chế được kết tinh của sản phẩm; lỗ hình tinh

c Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán:

- Lỗ hình kín: Ở lỗ hình này, đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm ngoài phạm vi rãnh lỗ hình được cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của hai trục cán

- Lỗ hình hở: Là loại lỗ hình mà có đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh được gia công trên 1 hay 2 trục

- Lỗ hình nửa kín: Ở loại lỗ hình này, trên trục cán vừa có phần lồi vừa có phần

lõm Khe hở giữa 2 trục cán được cấu tạo ở thành bên lỗ hình

b Bố trí lên xuống:

Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng cho trục trên và trục dưới Do đó

bố trí được nhiều lỗ hình Tuy nhiên sử dụng cách bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ hình sẽ phức tạp hơn.(Hình 2.1b)

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÁY

3.1 Giới thiệu chung

Máy cán chuyên dùng để cán thép ở trạng thái nóng hoặc ở trạng thái nguội được gọi là máy cán thép Máy cán thép được chia ra nhiều loại, máy cán thép hình được gọi là máy cán hình, máy cán thép tấm được gọi là máy cán tấm, còn máy cán ống chuyên dùng để cán các loại ống … Máy cán nói chung và máy cán thép nói riêng đều do ba bộ phận hợp thành, đó là: nguồn năng lượng, bộ phận truyền dẫn động và giá cán

Với đề tài này chúng ta sẽ thiết kế loại máy cán thép hình chuyên dùng để cán thép vằn xây dựng Yêu cầu máy có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, năng suất tốt, dễ chế tạo và sửa chữa, có thể tháo lắp và bảo dưỡng dễ dàng

3.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy

3.2.1 Phân tích lựa chọn số trục cán và giá cán:

a Máy cán hai trục:

Gồm máy cán hai trục đảo chiều và máy cán hai trục không đảo chiều

Đối với máy cán 2 trục đảo chiều, 2 trục cán được dẫn động bởi hai động cơ điện một chiều Sau mỗi lần cán động cơ điện đảo chiều quay ngược lại Máy không dùng hộp giảm tốc và bánh răng truyền lực Ngày nay người ta không dùng loại máy cán này để sản xuất các loại phôi thỏi, phôi ống và phôi tấm, vì phương pháp này kinh

tế hơn, thiết bị gọn nhẹ hơn, năng suất cao và có trình độ tự động hoá cao

b Máy cán ba trục:

1- Động cơ 4- Hộp giảm tốc 7- Trục cán

2- Bánh đà 5- Hộp phân lực 8- Thân giá cán 3- Khớp nối trục 6- Trục khớp nối

Loại máy cán này có một giá cán với ba trục cán Có hai loại: loại có 2 trục to

và trục giữa nhỏ dùng để cán tấm, còn loại có 3 trục bằng nhau thì dùng để cán phôi, cán hình và thường được dùng làm nhiệm vụ cán phá trong dây chuyền công nghệ

Hình 3.1: Sơ đồ động máy cán ba trục

6 2

7 8

Phôi liệu được cán theo hai hướng Giữa hai trục trên và dưới có các cơ cấu điều chỉnh lượng ép cho nên năng suất của máy khá cao Máy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và sữa chữa, thao tác sử dụng và bảo dưỡng khá thuận lợi Khi tính toán thiết

kế và chế tạo lỗ hình trên 3 trục cán cũng tương đối đơn giản và rẻ tiền nên hiện nay, hầu hết các nhà máy cán thép ở nước ta đều sử dụng loại máy này dùng để sản xuất thép rằn

Máy cán càng nhiều trục thì cán được sản phẩm càng mỏng và càng chính xác

vì nó có khả năng khử hết độ võng do biến dạng đàn hồi của trục cán gây nên

e Máy cán hình 2 giá cán:

Loại máy này có hai giá cán, giá đầu tiên dùng cán thô, giá thứ hai dùng để cán tinh Do hai giá cán nên bố trí không gian sản xuất lớn Việc tính toán, sản xuất và lắp đặt tốn kém nhiều, khó khăn và phức tạp Loại này ít được dùng để cán thép rằn

f Máy cán hình liên tục:

Đặc điểm của máy cán này là sử dụng nhiều động cơ dẫn động cho nhiều giá cán bố trí liên tục nhau Trên mỗi giá cán chỉ bố trí một lỗ hình Máy này yêu cầu phải tính chọn cho thật kỹ để bố trí giá cán cho hợp lý

Ngoài các máy giới thiệu trên, còn có rất nhiều loại máy cán khác, tuy nhiên ít thông dụng ở thị trường Việt Nam nên ít được sử dụng

3.2.2 Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động cho máy cán :

Chọn hộp hai cấp khai triển bánh răng nghiêng

Ưu điểm: Hiệu suất cao, khả năng truyền những công suất khác nhau, tuổi thọ lớn, làm việc chắc chắn, đơn giản, dễ chế tạo Nhưng nhược điểm là bánh răng phân

bố không đối xứng với gối tựa vì vậy tải trọng phân bố không đều trên các ổ trục Các

 Trục khớp nối: Trong máy cán người ta thường dùng 4 loại khớp nối

 Trục khớp nối vạn năng: là trục khớp nối sử dụng nhiều trong máy cán, do cấu tạo của nó mà trục có khả năng nâng lên 1 góc α và hạ xuống 1 góc α’ để tăng khe hở giữa trục cán và cán những vật có chiều dày lớn

Hình 3.2: Trục khớp nối vạn năng 1- Bánh răng chữ V ;2- Trục cán;3-Vật cán;4-Khớp nối vạn năng;

α-góc nâng trục cán; α’-góc hạ trục cán;d- đường kính trục khớp nối

h- chiều cao nâng hạ trục cán

 Trục khớp nối hoa mai : Có cấu tạo đơn giản, không cần độ chính xác cao dễ chế tạo và góc nâng không cần lớn lắm, nó được dùng rộng rãi ở các máy cán hình, máy cán tấm và máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn Dễ chế tạo hơn khớp nối vạn năng và giá thành hạ ( hình 3.3 )

Hình 3.3 Trục khớp nối hoa mai

1 -bánh răng chữ V; 2 -Ổ nối hoa mai; 3 -Trục nối hoa mai; 4 -Trục cán

 Trục khớp nối vuông (hình 3.4): là loại trục khớp nối thường được dùng nhiều nhất trong tất cả các máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn, trong các máy cán thí nghiệm và các máy cán cỡ nhỏ hỗn hợp vừa cán hình vừa cán tấm

Hình 3.4 Trục khớp nối vuông 1.Bánh răng của hộp phân lực;2 Khớp nối vuông; 3 Vòng đệm

Hình 3.5 : Sơ đồ động máy thiết kế

1 Động cơ; 2 Nối trục đàn hồi; 3 Hộp giảm tốc; 4 Nối trục xích

5 Hộp phân lực; 6 Trục nối vạn năng; 7 Giá cán

F

F F

F F

F F

3

2 2

1 1

201 lg 1024

≈ 5 (lần) Vậy chọn số lần cán là n = 5 lần

Ta có hệ thống lỗ hình sản xuất thép rằn Φ16 như sau:

Do phôi thép ban đầu có biên dạng hình vuông và sản phẩm có biên dạng hình tròn nên ta sẽ chọn hệ thông lỗ hình vuông –ôvan để giảm nhanh tiết diện vật cán Với lần cán tinh ta sẽ chọn hệ thống lỗ hình ôvan-tròn để có sản phẩm tiết diện tròn Theo tài liệu [3] ta có :

b Phân bố lượng giãn dài μ:

Việc xác định kích thước các lỗ hình cần thiết đối với thép rằn Φ16 theo phương án tối ưu cho trong tài liệu [3] trước hết ta phải tính tổng và phân bố tổng cho phù hợp với từng lỗ hình Ta có:

n

o tong

-Lần đầu tiên cán thì lượng biến dạng nhỏ nhất vì phôi mới nung trong lò ra còn chứa nhiều Oxit ở trên bề mặt ngoài, nhiệt độ nung trên toàn bộ tiết diện chưa đều lắm cho nên lần này có μ tương đối nhỏ

-Các lần tiềp theo, khi đó phôi đã ổn định và có đầy đủ điều kiện tốt nên ta cán với lượng biến dạng tăng dần

-Đến gần với lỗ hình tinh thì ta cần phải giảm lượng biến dạng xuống để đạt được kích thước thông số và độ bóng của sản phẩm

Ta có

tong=t.ov.v.ov.v= 5,1

tong= 1,37.1,68.1,38.1,31.1,23 Trong đó:

+ t = 1,37 là hệ số giãn dài cho lỗ hình tròn (tinh)

+ ov = 1,68 là hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan trước tinh

+v = 1,38 là hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông trước tinh

+ov = 1,31 là hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan (cán lần thứ 2)

+v = 1,23 là hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông (cán lần đầu tiên)

c Xác định kích thước của lỗ hình ôvan trước tinh:

Theo lý thuyết hệ thống lỗ hình giãn dài ôvan-tròn [3] ta có:

) 8 , 0 1 (

b

d b

k a

ad k

) 8 , 0 1 (

b

d b

k a

d k

)74,01(

)8,01(

b

b ak

ad k









Diện tích tiết diện lỗ tròn: Ft=0,785dd2=0,785.162= 201 (mm2)

Hệ số giản dài trong lổ hình tròn: t=

t

ov F

F

2 1

).74,01(

)8,01(

b

b k a

k a

16 2 ).

2 , 0 8 , 0 1 (



ov=

2 , 0 2 74 , 0 1

16 ) 2 , 0 8 , 0 1 (

ov

ov ov





 4

2 2

(mm) Với S= 0,15hov = 0,15.14 = 2,1 mm là khe hở giữa hai trục cán

4

1 , 2 14 5 ,





 = 20 (mm)

d Kích thước của lỗ hình vuông trước lỗ hình ôvan trước tinh:[3]

Ta có lượng ép trung bình trong lỗ hình ôvan theo công thức: htb=C1-0,74hov

Trên cơ sở mức độ giãn rộng trong lỗ hình ôvan ta có thể có một chiều rộng của lỗ hình bov

Hình 4.3: Lỗ hình Ôvan trước tinh

2 8 ,5

R2 0

ov b ov

ov b k a

C k







74,0

)1

bov=a

ov b

ov b k a

C k







74,0

)1

Diện tích tiết diện của lỗ hình ôvan: Fov=0,7bov.hov =  

2 1

74 , 0

1

74 , 0

ov b

ov b

k a

C a k









Theo trên ta tính được : Fov=0,74.28,5.14=295,26 (mm2)

Diện tích tiết diện phôi vuông cán trong lỗ hình ôvan: Fv=0,98C12



ov=

ov

v F

F

=

ov F

C12

98,0

=

2

2

)1

(

)74,0(33,1

ov b ov

ov

ov b ov

ov

k h b

k h

(

)74,0(

ov b

ov b ov

k a

k a

) 7 , 0 74 , 0 5 , 2 ( 28

20,526

e Kích thước của lỗ hình ôvan của lần cán thứ hai:

Đối với lỗ hình vuông của hệ ôvan-vuông thì trên thực tế hệ số giản dài ov

cũng phụ thuộc vào diện tích tiết diện ôvan cán trong lổ hình vuông

Ta có : hov=bv-kbv(btbov – htbv)=1,29C1-kbv(0,74bov-0,76C1)

=(1,29+0,76kbv)C1-0,74kbv.bov

v b

v b

ov ov

ov

b k C

k

b a

h

b

74 , 0 76

, 0 29 ,

aC k







74,01

)76,029,1

; hov =

b v b v ak

C k







74,01

)76,029,1

Diện tích tiết diện phôi ôvan cán trong lổ hình vuông: Fov=0,74bov.hov

=

)74,01(

)76,029,1(74,

1 2

v b

b v ak

aC k

F

=

b v

b k a

k a







.74,01

)76,029,1.(

.755,

Tra bảng 2.5 [3] ứng với v=1,38 ta có: a =1,5; kbv =0,4

bov =

b v b v ak

aC k







74,01

)76,029,1

=

4 , 0 5 , 1 74 , 0 1

5 , 20 5 , 1 ).

4 , 0 76 , 0 29 , 1 (

ov ov





 4

2 2

(mm)  Rov=  

4

4 , 3 23

ov b k a

C k







74,0

)1

ov b

ov b k a

C k







74,0

)1

Tra bảng 2.4 [3] ứng với v=1,31 ta có: a=2; kbv=0,9

Ta có: C2=

)1

(

)74,0(

ov b

ov b ov

k a

k a

) 9 , 0 74 , 0 2 ( 34

4.2 Tính lực cán, momen cán và chọn động cơ

4.2.1 Tính lực cán:

Lực cán (P) còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán

Khi cán, kim loại tác dụng lên trục cán lực phân bố như hình 4.1

Lực cán được tính theo công thức

chương 3[3] : P = Ptb Ftx

Trong đó:

+ Ptb là áp lực đơn vị hay áp lực trung

bình (N/mm2; KG/mm2)

+ Ftx là diện tích tiếp xúc giữa kim

loại và trục cán (mm2) Ftx được tính theo

công thức sau :

h R B B l B

B tb  

(mm)

B1, B2 là chiều rộng của vật cán

trước và sau khi cán

l là chiều dài của cung tiếp xúc:l R h. (mm)

R là bán kính làm việc tại lỗ hình trục cán

Trong cán thép, người ta thường áp dụng công thức kinh nghiệm tính Ptb của Bagunôp như sau: Ptb = Po Kf (KG/mm2) [2]

Po : Áp lực riêng có lợi (N/mm2; KG/mm2)

Kf : Hệ số kể đến ảnh hưởng của trở kháng hình thức bên ngoài

* Khi nhiệt độ cán lớn hơn nhiệt độ (t0

ch t t

2 0 0 0

B : Được xác định theo đồ thị quan hệ giữa t0ch, B ; %C

h1, h2 : Chiều cao trước và sau khi cán (mm)

R h. : Chiều dài vùng biến dạng

Từ các công thức trên ta rút ra được :

* Nếu nhiệt độ cán lớn hơn (toch -575oC)thì :

h R f t

t P

o c o ch o B

h R f t

t

o ch B

Tính lực cán Pi qua các lần cán :

Tra giản đồ Fe-C ta có nhiệt độ nóng chảy của thép CT51 là: toch = 14300C

Vì nhiềt độ cán nằm trong khoảng 900o1220oC nên tc> toch -575oC Do đó ta tính áp lực trung bình theo công thức:

h R f t

t

o B

tb 

a Lực cán cho lỗ hình thứ nhất:(P1)

Lần đầu tiên cán, phôi cán có nhiệt độ cỡ 1220oC

+ Tại nhiệt độ này theo giản đồ hình 4.2 ta có B = 50(KG/mm2)

2

8 , 30

350  (mm) ( Bán kính trục cán ) + Lượng ép : h1 = h1-h2 = 32-30,8 = 1,2 (mm)

h1, h2 : Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán

h R f t

t

o B

2 , 1 6 , 159 2 4 , 0 1 1500

75 1220 1430

o o o

= 8,18 (KG/mm2)

+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán : Ftx1 = B B R h

2

2 1

B1 = 32 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán

B2 = 30,1 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán

h2, h3: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ hai

2 2

h h

h R f t

t

o B

1 , 7 5 , 163 2 4 , 0 1 1500

75 1190 1430

o o o

= 5,63 (KG/mm2)

+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán : Ftx2 = 2 3 2

B B





B2 = 30,8 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán

B3 = 34 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán

350  (mm) ( Bán kính trục cán ) + Lượng ép : h3 = h3-h4 = 34-26,4 =7,6 (mm)

h3, h4:Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ ba

3 3

h h

h R f t

t P

o c o ch o B

6 , 7 8 , 161 2 4 , 0 1 1500

75 1160 1430

o o o

= 5,95 (KG/mm2) + Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán :

Ftx3 = 3 4 3

B

B3 = 23(mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán

B4 = 26 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán

 Ftx3 = 3 4 3

B B



6 , 7 8 , 161 2

26

23  =859 (mm2) Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ ba là :

h4, h5:Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ tư

4 4

h h

h R f t

t P

o c o ch o B

12 168 2 4 , 0 1 1500

75 1110 1430

o o o

B4 = 26,4 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán

B5 = 28,5 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán

 Ftx4 = 4 5 4

B B



12 168 2

5 , 28 4 ,

Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ tư là :

P4= Ptb4.Ftx4 = 9,78.1232 =12048,9 (KG)

e Lực cán cho lỗ hình cán tinh:(P5)

Nhiệt độ vậy cán khi cán tinh giảm xuống còn 1060oC

+ Tại nhiệt độ này theo giản đồ hình 5.2 ta có B = 37(KG/mm2)

350  (mm) ( Bán kính trục cán ) + Lượng ép : h5 = h5-ht = 28,5-17,5 = 11 (mm)

h4, h5:Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ tư

t

o c o ch o B tb

h h

h R f t

11 25 , 166 2 4 , 0 1 1500

75 1060 1430

o o o

B5 = 14 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán

Bt = 17,5 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán

R (mm) f

Mc1 = 2.P1.a1= 2.3,5149.6,92.10-3 = 0,0486 (Tấn.m)

 Mômen cán cho lỗ hình thứ hai:

Ta có : P2= 6209,9 (KG) = 6,2099 (Tấn); R2= 163,5 (mm); Δh2= 7,1(mm)

 a2= 0,5 R2 h 2 = 0,5 163 , 5 7 , 1 = 17,03 (mm) = 17,03.10-3 (m) Vậy mômen cán :

Mc2 = 2.P2.a2= 2.6,2099.17,04.10-3 = 0,211 (Tấn.m)

 Mômen cán cho lỗ hình thứ ba:

Ta có : P3= 4801,8 (KG) = 4,8018 (Tấn)

R3= 161,8 (mm); Δh3= 7,6 (mm)  a3= 0,5 R3 h 3

= 0,5 161 , 8 7 , 6 = 17,53 (mm) = 17,53.10-3 (m) Vậy mômen cán :

c Mômen không tải:

Mômen không tải sinh ra để thắng toàn bộ trọng lượng các chi tiết quay của máy cán khi máy chạy không tải

Mo = (36)%Mc (T.m) Lấy Mo= 6%Mc = 0,06Mc

Ta tính được mômen trên các lỗ hình:

 Mômen không tải cho lỗ hình thứ nhất:

Mo1 = 0,06Mc= 0,06.0,0486 = 2,916.10-3 (T.m)

 Mômen không tải cho lỗ hình thứ hai:

Ta lập được bảng thông số các mômen như sau

Bảng 4.2_ Thông số các mômen:

Lỗ

hình

P (Tấn)

R (mm)

Δh (mm)

a (mm) Mc (T.m)

Mms (T.m)

Mo (T.m)

4.2.3 Tính công suất và chọn động cơ

Công suất của động cơ khi cán được tính theo công thức:

M

.

2 1

Mms1, Mms2: Momen ma sát tại cổ trục cán và các chi tiết quay (T.m)

Mo: Momen không tải

 : Hệ số chuyển động hữu ích của máy

 = (0,85 0,93); chọn = 0,85

= 1 2 3

1 = 0,90,95 :Hệ số hữu ích của hộp giảm tốc

2 = 0,920,95:Hệ số hữu ích của hộp phân lực

3 = 0,99:Hệ số hữu ích của trục khớp nối

c

dc c

dc

n

n i

M

.

0 2 1

04914 , 0 2961 , 0 819 ,

(rad/s) Vậy công suất của động cơ:

Nđc = Mtđc ωđc = 0,249.78,54 = 19,56 (KW) Chọn hệ số an toàn k=2

Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển, ta phân phối tỉ số truyền như sau:

in > ic ; thường thì in = (1,21,3)ic

Với : in : Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nghiêng cấp nhanh

ic : Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nghiêng cấp chậm

292 = 136 (vg/ph)

* Công suất trên các trục của hộp:

NI = Nđc.o.kn (KW) Với: Nđc = 55 (KW)

o = 0,99: Hiệu suất của một cặp ổ lăn

kn = 1 : Hiệu suất của khớp nối

 NI = Nđc.o.kn = 55.0,99.1 = 54,45 (KW)

Tương tự ta có:

NII = NI.o.br = 54,45.0,99.0,98 = 52,83 (KW)

NIII = NII.o.br = 52,83.0,99.0,98 = 51,26 (KW) (br = 0,98 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ)

*Mômen xoắn trên các trục:

10 55 ,

10 55 ,

10 55 ,