ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế, mô phỏng và chế tạo máy gấp khung dây song song điều khiển bằng PLC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiết kế, mô phỏng và chế tạo máy gấp khung dây song song điều khiển bằng PLCTóm tắt nội dung đồ ánXã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vì thế bài toán thay thế lao động chân tay của con người đang được quan tâm. Gấp đai thép bằng hệ thống khí nén là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động trong quá trình sản xuất. Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế tạo dụng cụ xây dựng… Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp. Trong đó có một khâu rất quan trọng đến chất lượng sản phẩm đó là khâu sản xuất.Chúng em có ý tưởng thiết kế một hệ thống gấp khung dây song song để góp phần thay thế được cách gấp khung dây truyền thống bằng nhân lực trước đây. Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của quý thầy cô. Qua thực tế tính toán và thiết kế cũng như xây dựng mô hình thực nghiệm em nhận thấy đồ án có thể đáp ứng được các yêu cầu với độ chính xác > 90%, và có thể phát triển để đưa vào mô hình thực tế tuy nhiên cũng cần chỉnh sửa thêm để hệ thống có thể đạt được hiệu quả một cách cao nhất.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế, mô phỏng và chế tạo

máy gấp khung dây song song

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phạm Văn Hùng

Giảng viên phản biện: TS Trần Đức Toàn

HÀ NỘI, 7/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên: MAI HẢI ĐĂNG

- Khung đai thép cơ sở có kích thước: 120 x120mm

- Có thể thay xylanh khí nén khi đường kính đai thép thay đổi

- Có thể dịch chuyển khoảng cách giữa các xylanh khi kích thước đai

thép thay đổi

NỘI DUNG THUYẾT MINH

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ GẤP ĐAI THÉP

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Chương 3: HỆ THỐNG KHÍ NÉN

Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN

Chương 5: BẢN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Nhóm sinh viên: Mai Hải Đăng, Phan Xuân Dũng, Phùng Hồng Sơn và

Nguyễn Cảnh Thắng Ngành CĐT được giao đề tài thiết kế tốt nghiệp: “Thiết kế,

mô phỏng và chế tạo máy gấp khung dây song song điều khiển bằng PLC”

- TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN:

Bản đồ án tốt nghiệp được hoàn thành đúng thời hạn Khối lượng và chất

lượng đáp ứng yêu cầu của ĐATN hệ kỹ sư CĐT

- NỘI DUNG ĐỒ ÁN:

Trình bày các tính toán, thiết kế, mô phỏng và điều khiển PLC thiết bị gấp

được đai thép từ ø2 – ø4 với khả năng thay đổi kích thước khung dây Thiết bị

có các thông số cơ bản: Năng suất: 360 đai/h, Khung đai thép cơ sở có kích

thước: 120 x120mm,điều khiển tự động bằng PLC

08 bản vẽ A0, đúng qui định bao gồm: 01 Bản vẽ một số máy gấp đai thép,

04 Bản vẽ cơ khí, 02 Bản vẽ điện, điều khiển, 01 Bản vẽ chương trình PLC

Hà Nội, ngày 12 tháng 7 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ DUYỆT

- NỘI DUNG ĐỒ ÁN:

- HÌNH THỨC TRÌNH BÀY: Thuyết minh:

Bản vẽ:

- NHẬN XÉT KHÁC:

- Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ:

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên em xin cảm ơn chân thành đến sự quan tâm, chỉ bảo của toàn thểthầy cô trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô trong

bộ môn Máy & Ma Sát học nói riêng, những người đã tận tình hướng dẫn, dạy dỗ

và trang bị cho chúng em những kiến thức bổ ích trong năm năm vừa qua.Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo

PGS.TS Phạm Văn Hùng, thầy đã tận tình hướng dẫn, trực tiếp

chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình làm

đồ án tốt nghiệp Qua đây chúng em xin chúc thầy, cô luôn luônmạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, chỉ dẫn, giúp đỡ các thế hệsinh viên tiếp theo, nên thợ, nên người

Sau cùng là lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã

và đóng góp ý kiến trong quá trình học tập, nghiên cứu cũng nhưquá trình làm đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, ngày…tháng… năm 20…

Sinh viên thực hiện

Tóm tắt nội dung đồ án

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngàycàng cao, vì thế bài toán thay thế lao động chân tay của con người đang đượcquan tâm Gấp đai thép bằng hệ thống khí nén là một phương án tối ưu, nó đòihỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động trong quátrình sản xuất Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năngsuất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa

sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sảnxuất, gia công, chế tạo dụng cụ xây dựng… Điều này dẫn tới việc hình thành các

hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuấthàng loạt nhỏ và loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp.Trong đó có một khâu rất quan trọng đến chất lượng sản phẩm đó là khâu sảnxuất

Chúng em có ý tưởng thiết kế một hệ thống gấp khung dây song song để gópphần thay thế được cách gấp khung dây truyền thống bằng nhân lực trước đây

Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên trong quátrình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý củaquý thầy cô Qua thực tế tính toán và thiết kế cũng như xây dựng mô hình thựcnghiệm em nhận thấy đồ án có thể đáp ứng được các yêu cầu với độ chính xác

> 90%, và có thể phát triển để đưa vào mô hình thực tế tuy nhiên cũng cần chỉnhsửa thêm để hệ thống có thể đạt được hiệu quả một cách cao nhất

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC

MỤC LỤC… 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH 10

DANH MỤC BẢNG 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẤP KHUNG DÂY 14

1.1 Lý do chọn đề tài 14

1.2 Phân tích nguyên lý và nêu ra ý tưởng 15

1.2.1 Khảo sát cơ cấu bẻ thép bằng tay 15

1.2.2 Khảo sát máy bẻ thép dùng thủy lực bán tự động 16

1.2.3 Khảo sát máy bẻ thép cơ khí hóa 18

1.2.4 Khảo sát máy bẻ thép dùng thủy lực tự động 19

1.2.5 Đưa ra ý tưởng cho máy mới 21

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 24

2.1 Bài toán tính lực 24

2.2 Tính lực tại các điểm uốn ngoài 24

2.3 Áp dụng với vị trí gấp ngoài 27

2.4 Áp dụng với vị trí gấp trong 28

2.5 Áp dụng với vị trí gấp giữa 29

2.6 Tính lực đặt vào piston của xi lanh 30

2.7 Tính bền cho các chốt tạo ra lực uốn tại vị trí gấp ngoài cùng 31

2.8 Tính bền cho chốt tì chịu lực tại vị trí chịu lực nhiều nhất là vị trí gấp giữa…… 33

2.9 Tính toán cơ cấu nâng góc 36

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 38

3.1 Cơ sở lí thuyết các phần tử hệ thống khí nén 38

3.1.1 Van khí nén 38

3.1.2 Xylanh 41

3.2 Tổng quan hệ thống khí nén 47

3.2.1 Phân tích quá trình phát triển khí nén 47

3.2.2 Khả năng ứng dụng của kỹ thuật khí nén 48

3.2.3 Nguyên tắc hoạt động hệ thống khí nén 49

3.3 Khảo sát đặc tính của hệ thông khí nén và các hệ thống điều khiển khác…… 50

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN (PLC) 53

4.1 Cơ sở lý thuyết các phần tử điện và sơ đồ điện 53

4.1.1 Aptomat 53

4.1.2 Role điện từ 54

4.1.3 Công tắc hành trình 56

4.1.4 Sơ đồ điện 59

4.2 Giới thiệu về các hãng sản xuất PLC và nguyên nhân chọn PLC Siemens… 62

4.3 Giới thiệu khái quát về cấu tạo của bộ PLC của hãng Siemens 63

4.4 Giới thiệu về cấu trúc một chương trình và các lệnh thường sử dụng để lập trình trong bộ PLC Siemens 64

4.4.1 Lập chương trình bằng sơ đồ hình thang Ladder Diagram 64

4.4.2 Bài toán điều khiển và các tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra của máy gấp khung dây 67

4.4.3 Tín hiệu đầu vào 67

4.4.4 Tín hiệu đầu ra 69

4.4.5 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho hệ thống gấp khung dây 69

CHƯƠNG 5 BẢN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 76

5.1 BẢN THIẾT KẾ 76

5.1.1 Cụm chi tiết 76

5.1.2 Bản lắp ghép 79

5.2 Mô phỏng 80

5.2.1 Mô phỏng trên Solidwork 80

5.2.2 Mô phỏng trên Festo Fluidsim 82

KẾT LUẬN …87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cốt thép trong xây dựng 14

Hình 1.2: Hình dạng thép có thể bẻ 15

Hình 1.3: Bàn bẻ thép bằng tay 15

Hình 1.4: Sơ đồ cơ cấu bẻ thép bằng tay 15

Hình 1.5: Máy bẻ thép thủy lực bán tự động 16

Hình 1.6: Sơ đồ máy bẻ thép thủy lực bán tự động 17

Hình 1.7: Máy bẻ thép cơ khí hóa 18

Hình 1.8: Sơ đồ máy bẻ thép cơ khí hóa 18

Hình 1.9: Máy bẻ thép dùng thủy lực tự động 20

Hình 1.10: Sơ đồ máy bẻ thép tự động 20

Hình 1.11: Sơ đồ máy gấp khung dây song song 21

Hình 1.12: Sơ đồ máy thiết kế 22

Hình 2.1: Mô hình hóa gá đặt của phôi trên máy 24

Hình 2.2: Mô hình tính toán 25

Hình 2.3: Biểu đồ mômen khi dầm chịu tác dụng của lực P 25

Hình 2.4: Biểu đồ moomen khi dầm chịu tác dụng lực X1=1 26

Hình 2.5: Sơ đồ đặt lực của xi lanh 31

Hình 2.6: Sơ đồ chốt tạo lực uốn 32

Hình 2.7: Biểu đồ lực cắt và mômen của chốt tạo lực uốn 32

Hình 2.8: Sơ đồ chịu lực của chốt tì 34

Hình 2.9: Biểu đồ lực cắt và mômen khi chốt tì chịu tác dụng lực 35

Hình 3.1: Van khí nén 5/2 38

Hình 3.2: Cấu tạo bên trong và kí hiệu van 5/2 39

Hình 3.3: Kí hiệu van 5/2 40

Hình 3.4: Van 5/2 khi chưa có khí 40

Hình 3.5: Van 5/2 khi cho khí vào 41

Hình 3.6: Xylanh khí nén 42

Hình 3.7: Sơ đồ cấu tạo một xi lanh tác động đơn 42

Hình 3.8: Phương án lắp ráp xi lanh 43

Hình 3.9: Các phương án profin cho kết cấu nối ghép mặt đầu 44

Hình 3.10: Xylanh gấp ngoài và gấp trong 45

Hình 3.11: Xylanh gấp cuối 46

Hình 3.12: Xylanh chốt tì và kẹp 46

Hình 4.1: Aptomat MCB 1 pha 2 cực 53

Hình 4.2: Nguyên lí hoạt động của Aptomat 54

Hình 4.3: Role điện từ OMRON MY2N 24VDC 55

Hình 4.4: Cấu tạo role điện từ 55

Hình 4.5: Công tắc hành trình LXW5 57

Hình 4.6: Cấu tạo công tắc hành trình 58

Hình 4.7: Nguyên lí làm việc công tắc hành trình 58

Hình 4.8: Sơ đồ điện - khí nén 60

Hình 4.9: Sơ đồ điện đấu nối PLC 61

Hình 4.10: PLC S7-1200 hãng siemens 64

Hình 4.11: Tiếp điểm thường hở 65

Hình 4.12: Mạch nối tiếp và song song tiếp điểm thường hở 66

Hình 4.13: Tiếp điểm thường đóng 66

Hình 4.14: Lệnh out và ví dụ 67

Hình 4.15: Mạch điều khiển ngõ ra có dùng tự duy trì 67

Hình 4.16: Sơ đồ thuật toan 70

Hình 4.17: Sơ đồ bậc thang PLC 71

Hình 5.1: Khung máy 76

Hình 5.2: Tủ điện 76

Hình 5.3: Bên trong tủ điện 77

Hình 5.4: Bộ van khí nén 77

Hình 5.5: Cụm gấp ngoài 1 78

Hình 5.6: Cụm gấp trong và gấp ngoài 2 78

Hình 5.7: Cụm gấp trong 1 78

Hình 5.8: Cụm kẹp, đẩy phôi và gấp giữa 79

Hình 5.9: Bản thiết kế 3D máy gấp khung dây song song 79

Hình 5.10: Quá trình kẹp phôi 80

Hình 5.11: Quá trình gấp ngoài 80

Hình 5.12: Quá trình gấp trong 81

Hình 5.13:Quá trình gấp giữa 81

Hình 5.14: Quá trình đẩy phôi ra ngoài 82

Hình 5.15: Phần mềm mô phỏng thuỷ lực khí nén Festo Fluidsim 83

Hình 5.16: Giao diện phần mềm 84

Hình 5.17: Kẹp phôi 84

Hình 5.18: Quá trình gấp ngoài 85

Hình 5.19: Quá trình gấp trong 85

Hình 5.20: Quá trình gấp cuối 86

Hình 5.21: Quá trình đẩy phôi 86

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số khung thép 24

Bảng 2.2: Bảng thông số của thép khi bẻ ở vị trí gấp ngoài 27

Bảng 2.3: Bảng thông số của thép khi bẻ ở vị trí gấp trong 28

Bảng 2.4: Bảng thống số của thép khi bẻ ở vị trí gấp giữa 30

Bảng 2.5: Thông số của chốt tạo lực uốn 31

Bảng 2.6: Thông số vật lí của chốt tì 34

Bảng 4.1: Bảng tín hiệu đầu vào 68

Bảng 4.2: Bảng tín hiệu đầu ra 69

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẤP KHUNG DÂY1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay các công trình xây dựng mọc lên nhiều điều đó đã tạo rất nhiều công

ăn việc làm cho người lao động đóng góp vào sự phát triển của đất nước Nhưngày trước để xây dựng nhà máy, trường học hay là nhà ở thì cần rất nhiều thờigian vì tất cả đều phụ thuộc vào người lao động Nhận thấy điều đó người ta đãsản xuất và đưa rất nhiều máy móc hiện đại để phục vụ cho việc xây dựng Điều

đó đã làm giảm được thời gian thi công và giảm được sức lao động của côngnhân

Hình 1.1: Cốt thép trong xây dựng

Trong các công trình việc xây dựng các cốt trụ, dầm bê tông cốt thép là rấtquan trọng bởi nó làm lên khung xương của công trình Để dựng được các cột trụ

có hình dạng, kích thước như mong muốn người ta đã phải uốn thép, bẻ thép vàliên kết chúng lại Với ngày xưa tất cả việc này đề được thực hiện bằng tay chânnhưng ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ đã sáng tạo ra nhiềuloại máy để phục vụ cho việc xây dựng khung bê tông cốt thép

Nhận thấy sự cần thiết của máy móc trong xây dựng nhóm chúng em xin đưa

ra đề tài thiết kế máy gấp khung dây

1.2 Phân tích nguyên lý và nêu ra ý tưởng

1.2.1 Khảo sát cơ cấu bẻ thép bằng tay

Cơ cấu bẻ thép bằng tay có thể bẻ được những hình dạng như:

Khung chữ L Khung chữ U Khung kín Khung cong

Hình 1.2: Hình dạng thép có thể bẻ

Hình 1.3: Bàn bẻ thép bằng tay

Hình 1.4: Sơ đồ cơ cấu bẻ thép bằng tay 1-Dây thép 2-Chốt tác dụng lực 3-Chốt tì

 Nguyên lý hoạt động áp dụng với khung dây kín:

Phôi được đặt vào rãnh và được giới hạn bằng tấm chắn Ban đầu thép được

đặt nhô ra 1 đoạn để con lăn tác dụng lực có thể chạm được vào phôi Sau đó tacầm tay cầm kéo và bẻ 1 góc 90 độ Tiếp theo ta nhấc phôi ra đặt ngược lại saocho góc được bẻ ở trên ôm vào chốt tùy chỉnh kích thước với mục đích để đođược chính xác kích thước khung cần bẻ Sau đó ta cầm tay cầm và bẻ 1 góc 90

độ Các bước tiếp theo ta làm tương tự và được khung dây mong muốn

 Phân tích ưu nhược điểm:

 Độ chính xác của khung thép phụ thuộc vào tay nghề của người thợ

 Thời gian bẻ lâu dẫn đến chi phí nhân công cao

 Chỉ bẻ được thép có tiết diện nhỏ vì dùng sức người

1.2.2 Khảo sát máy bẻ thép dùng thủy lực bán tự động

Hình 1.5: Máy bẻ thép thủy lực bán tự động

Hình 1.6: Sơ đồ máy bẻ thép thủy lực bán tự động 1: Xi lanh thủy lực 2: Chốt tì 3: Dây thép

 Nguyên lý hoạt động

Tương tự như máy bẻ thép bằng tay nhưng điểm khác biệt là máy có dùngthủy lực Thép được đặt lên máy và khi đã đúng vị trí ta chỉ cần ấn nút và khi đó

xi lanh thủy lực sẽ đẩy ra làm cho thanh thép bị bẻ cong

 Phân tích ưu nhược điểm

1.2.3 Khảo sát máy bẻ thép cơ khí hóa

Hình 1.7: Máy bẻ thép cơ khí hóa

Hình 1.8: Sơ đồ máy bẻ thép cơ khí hóa 1: Chốt tác dụng lực 2: Thanh thép 3: Chốt tì 4: Bàn quay

5: Bánh răng 6: Hộp giảm tốc 7: Khớp nối 8: Động cơ

 Nguyên lý hoạt động

Với nguồn động lực là động cơ, mômen xoắn sẽ được truyền từ động cơ đến bàn quay thông qua hộp giảm tốc Khi bàn quay quay, chốt tác dụng lực sẽ tác dụng lực vào thanh thép làm cho thanh thép bị bẻ cong

 Phân tích ưu nhược điểm

- Ưu điểm

 Dễ dàng sử dụng với việc sử dụng nguồn điện gia đình 220v

 Bẻ được loại thép có tiết diện lớn

 Độ chính xác cao

- Nhược điểm

 Vẫn còn mất nhiều thời gian

1.2.4 Khảo sát máy bẻ thép dùng thủy lực tự động

Thấy sự khó khăn trong khi dùng tay chân, máy thủy lực được nâng cấp cónguyên lý hoạt động như cơ cấu chạy bằng tay nhưng cải tiến lên sử dụng nguồnđộng lực là điện 1 pha và bơm thủy lực chạy bằng điện và có thêm các cơ cấunhư:

 Cơ cấu cấp và duỗi phôi

 Cơ cấu kéo phôi có tích hợp bộ đếm encoder

 Cơ cấu bẻ dùng thủy lực

 Cơ cấu cắt thép dùng thủy lực

Điều đặc biệt là máy đã trở nên tự động hóa với việc tích hợp độ điều khiểnPLC và được điều khiển gián tiếp thông qua màn hình HMI

Hình 1.9: Máy bẻ thép dùng thủy lực tự động

Hình 1.10: Sơ đồ máy bẻ thép tự động 1: Con lăn 2: Bánh răng 3: Xi lanh thủy lực 4: Thanh thép 5: Chốt tì

 Nguyên lý hoạt động

Phôi được đưa vào cơ cấu duỗi sau đó đến cơ cấu kéo đi qua cơ cấu cắt và đến

cơ cấu bẻ Khi cơ cấu bẻ bẻ xong 1 cạnh thì cơ cấu kéo sẽ kéo phôi và kết hợpđếm kích thước phôi cần bẻ Khi đã đo được kích thước cần bẻ thì cơ cấu kéo sẽdừng lại và cơ cấu bẻ sẽ lại bẻ Quá trình cứ lắp đi lắp lại cho đến khi bẻ đượchình dạng mong muốn

Với máy này ta có thể bẻ được nhiều hình dạng khung thép theo ý muốn nhưhình vuông, tam giác, lục giác, …

 Phân tích ưu nhược điểm

- Ưu điểm

 Thời gian bẻ nhanh dẫn đến tiết kiệm chi phí nhân công

 Có độ chính xác cao

 Đa chức năng

- Nhược điểm

 Giá thành cao

 Tốn nhiều chi phí bảo dưỡng và sửa chữa

 Đưa ra ý tưởng cho máy mới

1.2.5 Đưa ra ý tưởng cho máy mới

Nhận thấy sự vất vả từ việc sử dụng cơ cấu bẻ bằng tay và giá thành cao củamáy mới chúng em đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy với tên gọi “Máy gấp khung dây song song điều khiển bằng PLC”

Hình 1.11: Sơ đồ máy gấp khung dây song song 1-Xi lanh gấp ngoài 4-Xi lanh kẹp 2-Xi lanh gấp trong 5-Thanh thép 3-Xi lanh gấp giữa 6-Chốt tì

Hình 1.12: Sơ đồ máy thiết kế

 Nguyên lý hoạt động

 Trạng thái ban đầu

Khi máy nén khí bật và các cuộn hút chưa có điện thì các xi lanh gấp ngoài, gấptrong, gấp giữa, kẹp, xi lanh đẩy phôi đều ở trong thái thụt vào Còn các xi lanhchốt tì ngoài và chốt tì trong thì ở trạng thái đẩy ra

 Hành trình gấp trong

Khi pittong gấp ngoài thu về gặp công tắc hành trình CTHT2 thì cuộn hút CH2

có điện van mở khi đó pittong xi lanh gấp trong sẽ đẩy ra và bẻ thép Khi pittong

xi lanh gấp trong đẩy ra gặp công tắc hành trì CTHT3 thì pittong xi lanh gấptrong sẽ thu về đồng thời xi lanh chốt tì trong thụt xuống

Kết luận

Ở chương này, chúng em tìm hiểu về các cơ cấu gấp đai thép: cơ cấu bẻ thépbằng tay, cơ cấu bẻ thép dùng thủy lực bán tự động, cơ cấu bẻ thép dùng thủy lực

tự động So sánh ưu nhược điểm của các cơ cấu đồng thời tìm ra cơ cấu bẻ đaithép mới: cơ cấu bẻ đai thép bằng khí nén

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ2.1 Bài toán tính lực

Sản phẩm tạo ra với những đặc tính về hình học và những đặc tính vật lí nhưsau:

Mô hình hóa gá đặt của phôi trên máy

Tại vị trí kẹp ta coi như là ngàm cứng

Hình 2.13: Mô hình hóa gá đặt của phôi trên máy

Để tính được lực đặt lên kết cấu cũng như tính được lực đặt lên hệ thống điềukhiển khí nén thì ta phải tính lwujc trong trường hợp cần để uốn chi thiết là lớnnhất Khi đó các thông số về hình học của chi tiêt sẽ như sau:

Chiều dài L = 1000 (mm)

Đường kính phôi D = 4 (mm)

Khoảng cách a = 30 (mm)

2.2 Tính lực tại các điểm uốn ngoài

Mô hình tính toán và lý thuyết

Hình 2.14: Mô hình tính toán

Từ mô hình trên ta thấy đây là mô hình dầm siêu tĩnh bậc nhất muốn biết đượcmối quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị ta cần phải khử siêu tĩnh Và mô hìnhkhử siêu tĩnh như sau: tại bậc thừa ta thay bậc thừa đó bằng X=1 và đặt điều kiệnchuyển vị tại đó bằng 0, từ đó ta sẽ tính được X và thay hệ siêu tĩnh đó bằng hệmới

Và dưới đây là biểu đồ mô men khi dầm chịu tác dụng của lực P và X=1

Hình 2.15: Biểu đồ mômen khi dầm chịu tác dụng của lực P

Hình 2.16: Biểu đồ moomen khi dầm chịu tác dụng lực X 1 =1

Như ta nói ở trên lực X được tính sao cho chuyển vị tại gối đỡ bằng 0 và theođiều kiện này ta có phương trình

- σ là ứng suất pháp tạo ra do momen uốn Mx và xác định như sau:

Chiều dàiL

Đườngkínhphôi

Chiềudài a

Tọa độZ

Bảng 2.2: Bảng thông số của thép khi bẻ ở vị trí gấp ngoài

Theo công thức PT 2.4 ta được:

Bảng 2.3: Bảng thông số của thép khi bẻ ở vị trí gấp trong

Theo công thức PT 2.4 ta được:

liệu Giới hạnchảy (σ ch Chiều dài

L Đườngkính Chiềudài a Tọa độZ

) phôi

Bảng 2.4: Bảng thống số của thép khi bẻ ở vị trí gấp giữa

Theo công thức PT 2.4 ta được:

Hình 2.17: Sơ đồ đặt lực của xi lanh

Độcứng Giới hạnbền σ b Giới hạnchảy σ ch

Đườn

g kính

Chiềucao

cacbon

Hình 2.18: Sơ đồ chốt tạo lực uốn

Biểu đồ lực cắt và mômen theo P

Hình 2.19: Biểu đồ lực cắt và mômen của chốt tạo lực uốn

Như vậy nhìn vào biểu đồ lực cắt và biểu đồ của moomen uốn nội lực ta thấynguy hiểm nhất là tại ngàm

Điều kiện bền cần được đảm bảo theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất

Q y

π R2 = 4.80

3 π 32 = 3,77MpaNhư vậy ta được

Thỏa mãn điều kiện bền

2.8 Tính bền cho chốt tì chịu lực tại vị trí chịu lực nhiều nhất là vị trí gấp giữa

 Phân tích điều kiện làm việc của đối tượng:

Chôt tì cố định tiếp nhận lực X1 là phản lực do phôi trong quá trình làm việctạo ra Đầu trên của chốt tì tiếp xúc với phôi, còn đầu dưới tiếp xúc với đầu của

xi lanh, để trong quá trình gấp ở hai góc ngoài hoàn thành thì chốt trụ này tụtxuống để cho phôi băng qua đầu chốt trong quá trình gấp tại hai góc trong Vớiđiều kiện như vậy thì nguy hiểm có thể xảy ra đối với chốt là có thể gãy chốt chonên ta phải tính bền uốn cho chốt

 Chọn vật liệu chế tạo

Bảng đặc tính của thép

hiệu

thép

Nhiệtluyện Độ rắn hạn bềnGiới

σ b

Giớihạnchảy σ ch

Đườn

g kính Chiềucao

cacbon

Bảng 2.6: Thông số vật lí của chốt tì

- Biểu đồ phân tích lực-biểu đồ lực cắt-biểu đồ mômen

Hình 2.20: Sơ đồ chịu lực của chốt tì

Hình 2.21: Biểu đồ lực cắt và mômen khi chốt tì chịu tác dụng lực

 Kiểm tra điều kiện tại ngàm

Điều kiện bền cần được đảm bảo theo thuyết bền ứng suất lớn nhất

σ tđ=√σ2+4 τ2=√75,52+4 3,772 = 75.9Mpa ¿[σ ]

Thỏa mãn điều kiện bền

2.9 Tính toán cơ cấu nâng góc

- Góc lệch tối thiểu của đai thép

Đường kính đai thép là d, chiều dài các cạnh khung dây là a Góc lệch tối thiểuđược tính khi dây thép tại 2 góc ôm tiếp xúc với nhau:

Trên hình vẽ ta thấy tanα = d l

Theo yêu cầu của sản phẩm ta có dmin = 4mm, lmin= 116mm, dmax = 8mmTanα =dmax lmin = 1168 = 292

Tại điểm K cạnh đai thép phải được nâng lên 1 đoạn là:

KQ = 64.tanα = 64 292 = 4,41mm

Chọn KQ = 50mm

Vậy cơ cấu nâng góc có chiều cao là 50mm

- Vị trí của cơ cấu nâng góc

Cơ cấu nâng góc bắt đầu làm việc khi góc gấp tại A là β

Ta nhận thấy trường hợp nguy hiểm nhất là khi: CH=BC/2

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÍ NÉN3.1 Cơ sở lí thuyết các phần tử hệ thống khí nén

3.1.1 Van khí nén

Van khí nén hay còn gọi là van đảo chiều khí nén là bộ phận hoạt động dựatrên tác động của khí nén và được điều khiển bằng cơ hoặc điện để từ đó thựchiện đóng mở các cửa van, cung cấp khí nén cho thiết bị vận hành

Hình 3.22: Van khí nén 5/2

3.1.1.1 Thành phần cấu tạo của van khí nén 5/2

Van khí nén điện từ 5/2 được cấu tạo bởi 2 phần đó là phần điện coil và phầnthân van van với 5 cổng làm việc Cụ thể như sau:

Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2 gồm 2 phần

- Phần thân van:

 Cổng vào: Cổng vào tương ứng với cổng số 1 Đây là cổng có vai trò cấpkhí

 Cổng ra: Cổng ra của van tương ứng với cổng số 2 và số 4

 Cửa xả: Van có 2 cửa xả cho 2 trạng thái tương ứng với cổng số 3 và số 5

- Phần Coil điện: Phần Coil là nơi tiếp nhận nguồn điện được cấp từ bênngoài để van có thể hoạt động được Hiện nay có 2 loại coil phổ biến đó làloại sử dụng nguồn 24v hoặc 220V

Hình 3.23: Cấu tạo bên trong và kí hiệu van 5/2

3.1.1.2 Thông số kỹ thuật và tính năng của van điện từ khí nén Airtac

- Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa

- Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)

- Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)

- Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC

- 4V210-08 là loại van khí nén 5/2 có1 đầu coil điện (Ren 13mm)

3.1.1.3 Cách thức hoạt động của van khí nén điện từ 5/2

Để sử dụng van điều khiểnkhí nén 5/2 một cách hiệu quả các bạn cần phảinắm được nguyên lý hoạt động của van là điều vô cùng quan trọng Nguyên lýhoạt động của van 5/2 là: như ở trên chúng ta biết van 5/2 được thiết kế hoạtđộng với nguồn điện 220V hoặc 24V Khi có nguồn điện sẽ sinh ra lực từ trườnghút van chuyển động dọc trục và khiến cho các cửa van được mở ra để cho khínén đi thông qua cửa Hoạt động này sẽ giúp cho van có thể thực hiện nhiệm vụđóng hoặc cấp dòng khi nén cho các thiết bị có thể hoạt động

Hình 3.24: Kí hiệu van 5/2

3.1.1.4 Nguyên lý hoạt động van khí nén 5/2

Khi van khí nén điện từ 5/2 ở trạng thái bình thường (trạng thái van đóng) lúcnày cửa số 1 sẽ được thiết kế để thông qua với cửa số 2 Trong lúc này khi đó thìcửa sổ số 4 sẽ được mở thông với cửa số 5 Cửa số 3 lúc này sẽ bị chặn lại

Hình 3.25: Van 5/2 khi chưa có khí

Khi van được cung cấp khí nén khiến cho các cửa của van nằm trong tìnhtrạng

được mở hoàn toàn Lúc này mối quan hệ các van được thay đổi hoàn toàn bắtđầu từ cửa số 1 và số 4 Tại đây hiện tượng đảo chiều sẽ được xảy ra cửa số 1 sẽthông với cửa số 4 Đồng thời lúc này cửa số 2 sẽ thông với cửa số 3 và cửa số 5

sẽ bị chặn lại

Hình 3.26: Van 5/2 khi cho khí vào

3.1.1.5 Vai trò van khí nén điện từ 5/2

Hiện nay van khí nén 5/2 được nhiều người tiêu dùng lựa chọn sử dụng cholĩnh vực khí nén vì tính năng hiện đại của nó Van được sử dụng chủ yếu choviệc đóng mở, phân chia … khí nén từ máy nén khí trong hệ thống của các nhàmáy công nghiệp hiện nay Ngoài ra thì van khí nén điện từ 5/2 còn được thiết kế

đi kèm với các thiết bị máy móc dùng trong công nghiệp như máy dệt, máy phunxốp…

3.1.2 Xylanh

Xi lanh khí nén là động cơ khí nén chuyển động thẳng, có nhiệm vụ chuyểnđổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng chuyển động thẳng, cónghĩa là thành lực và quãng đường Tuy có nguyên lý truyền động rất đơn giảnnhưng lại có rất nhiều phương án kết cấu xi lanh Trong truyền động xi lanh khínén trước hết người ta phân chia thành xi lanh tác động đơn và xi lanh tác độngkép Các xi lanh không có cần pít tông và truyền động đẩy đồng bộ có kết cấugọn Các xi lanh màng có mô đun hành trình ngắn và rất tiết kiệm không gianchoán chỗ Ngoài ra còn có các xi lanh đặc biệt như xi lanh vươn xa, xi lanhnhiều cấp hoặc xi lanh phân tầng, xi lanh có dẫn hướng tuyến tính…Loại cấu trúcthường gặp nhất trên thị trường là xi lanh có cần pít tông Các hãng chếtạo đã sảnxuất xi lanh theo các tiêu chuẩn CETOPRP 43P, DIN/ISO 6431, VDMA 24562-1

và 24562-2