Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC sản xuất cốt thép của ống bê tông kích thước lớn

Tóm tắt tình hình thực hiện đề tài Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp là một doanh nghiệp khoa học công nghệ hàng đầu trong cả nước trong lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các loại m

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài

Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cnc sản xuất

Bộ công thương

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

46 Láng hạ đống đa hà nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài

Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cnc sản xuất

cốt thép của ống bê tông kích thước lớn

M∙ số: kc 05.03/06-10

TS Hoàng việt hồng

Hà Nội, 07- 2009

PhÇn ®Çu b¸o c¸o

Danh sách những người thực hiện

Chủ nhiệm đề tài

TS Hoàng Việt Hồng

Chủ nhiệm đề tài Viện IMI

Tóm tắt tình hình thực hiện đề tài Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp là một doanh nghiệp khoa học công nghệ hàng đầu trong cả nước trong lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các loại máy, thiết bị trong ngành công nghiệp Trong hơn 36 năm xây dựng và phát triển, Viện đã nghiên cứu thiết kế

và chế tạo nhiều sản phẩm công nghệ cao đặc biệt cụm sản phẩm cơ điện tử trong công nghiệp đã Chủ tịch nước được trao tặng giải thưởng Hồ Chí Minh năm 2005 Sản phẩm máy công cụ CNC phục vụ cho sản xuất công nghiệp là một trong những sản phẩm truyền thống của Viện IMI trong nhiều năm qua

Viện IMI đã thực hiện tốt các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này, cụ thể:

Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện T20 CNC

lượng DMU 60T của hãng DECKEL MAHO trên cơ sở hợp tác và tiếp nhận chuyển giao công nghệ của hãng DECKEL MAHO Đức

Đề tài: Hiện đại hóa mở rộng tính năng điều khiển tự động của máy tiện T20 CNC

Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện CNC băng nghiêng có thay dao tự động

Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt kim loại tấm bằng khí Gas, Plasma điều

khiển CNC với nhiều gam cỡ

Xuất phát từ nhu cầu thị trường, Viện IMI đã triển khai nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các máy công cụ CNC phục vụ cho ngành xây dựng và giao thông mang lai hiệu quả kinh tế lớn Một trong những sản phẩm đó là máy hàn cốt thép của ống bê tông được đề cập tới trong đề tài này

Đề tài KC 05.03/06-10 “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy CNC sản xuất cốt thép của

ống bê tông kích thước lớn” có mục tiêu : Chế tạo 01 máy CNC sản xuất cốt thép bê tông kich

thước lớn phục vụ cho sản xuất cấu kiện bê tông chất lượng cao Thông qua việc thực hiện đề tài, Viện IMI có khả năng làm chủ về kỹ thuật và công nghệ chế tạo máy CNC, góp phần xây dựng lực lượng cán bộ kỹ thuật trình độ cao và là tiền đề để tạo ra một loạt các sản phẩm mới phục vụ ngành xây dựng

Báo cáo tổng kết được chia thành các phần:

- Chương 3: Nghiên cứu thiết kế máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông kích thước lớn

- Chương 4: Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, lắp ráp máy và kiểm tra

- Chương 5: Đánh giá kết quả, xây dựng định hướng phát triển thị trường

Phần 3: Kết luận và kiến nghị

- Phần phụ lục: Trình bày tất cả các văn bản liên quan, các biên bản kiểm tra, các bản

vẽ thiết kế cơ khí, điện, các chuyên đề, các bài báo

Báo cáo tổng kết được trình bày luôn bám sát với thực tế trong quá trình thực hiện công việc thiết kế và chế tạo máy Khi thiết kế các cụm chi tiết có phân tích, cất nhắc kỹ lưỡng, hội tụ đủ tính kinh tế kỹ thuật và khả năng công nghệ Trong từng phần của báo cáo đều có bản vẽ, các hình ảnh thực tế minh họa được trình bày bổ sung trong phần phụ lục

Mục lục

Danh sách những người thực hiện………4

tóm tắt thực hiện đề tài 5

Mục lục 7

Bảng ký hiệu 11

Phần chính báo cáo 13

Lời mở đầu 14

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan và khả năng công nghệ chế tạo máy CNC ……… sản xuất cốt thép ống bê tông tại việt nam… ……… 16

1.1 Tình hình máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông trên thế giới…………… 16

1.2 Tình hình máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông trong nước………….… 18

Chương 2 Nghiên cứu lựa chọn cấu hình máy CNC sản xuất cốt thép ống ………… …… bê tông kích thước Lớn… ……… ………20

2.1 Phân tích lựa chọn cấu hình máy………20

2.1.1 Thiết bị của hãng ZUBLIN - MAB. 20

2.1.2 Thiết bị của hãng MBK -MASCHINENBAU GMBH (CHLB Đức): 21

2.1.2 Thiết bị của hãng KYUNGNAM MACHINE của Hàn Quốc………… 21

2.2 Lựa chọn máy mẫu……… 22

2.3 Các thông số lựa chọn cho máy thiết kế…………24

Chương 3 Nghiên cứu thiết kế máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông ……… kích thước lớn……….……… ……….25

3.1 Các cơ sở cho tính toán thiết kế máy CNC………25

3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm 25

3.1.2 Công nghệ hàn tiếp xúc. 26

3.1.2.1 Tổng quan về hàn tiếp xúc 26

3.1.2.2 Một số lưu ý khi ứng dụng công nghệ hàn tiếp xúc trong máy CNC sản xuất cốt thép ………27

3.2 Tính toán thiết kế máy CNC sản xuất cốt thép.………28

3.2.1 Tính toán thiết kế phần cơ khí 29

3.2.1.1 Tính toán công suất động cơ trục chính. 29

3.2.1.2 Tính toán công suất động cơ trục X. 34

3.2.1.3 Tính trục vít me trục X. 36 3.2.1.4 Tính công suất động cơ xe hàn. 36

3.2.1.5 Tính công suất trục Z. 39

3.2.1.6 Tính góc xoắn của trục vuông. 42

3.2.1.7 Thiết kế điện cực hàn 43

3.2.2 Thiết kế hệ thống khí nén. 46

3.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khí nén. 46

3.2.2.2 Chức năng. 46

3.2.2.3 Mô tả hoạt động của hệ thống khí nén. 46

3.2.3 Hệ thống điều khiển CNC và điều khiển hàn. 48 3.2.3.1 Hệ thống điều khiển CNC 48

3.2.3.2 Bộ điều khiển dòng hàn 51

3.2.3.3 Chống nhiễu. 54 3.2.3.4 Tích hợp các yếu tố công nghệ. 56

3.2.3.5 Điều chỉnh thời gian hàn. 56 3.2.3.6 Tích hợp giữa công nghệ hàn và công nghệ CNC. 60 Chương 4 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, lắp ráp máy và kiểm tra 6 1 4.1 Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết điển hình……….61 4.1.1 Quy trình chế tạo vành. 61 4.1.1.1 Chi tiết vành. 62 4.1.1.2 Moayơ. 63 4.1.1.3 Nan hoa. 66 4.1.1.4 Ghép nan. 66 4.1.1.5 Tiện tinh. 68 4.1.2 Qui trình chế tạo băng. 69

4.1.2.1 Vị trí làm việc và yêu cầu kĩ thuật. 69

4.1.2.3 Chuẩn định vị phay mặt chuẩn. 71

4.1.3 Qui trình công nghệ gia công hộp tr−ợt. 73

4.1.3.1 Tính năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật. 73

4.1.3.2 Qui trình chế tạo. 73

4.1.4 Qui trình công nghệ gia công cơ cấu kẹp nan dọc. 74

4.1.4.1 Tính năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật. 74

4.1.4.2 Qui trình công nghệ chế tạo. 75

4.1.5 Qui trình công nghệ gia công cam tiếp điện. 76

4.1.5.1 Vị trí làm vịêc và yêu cầu kỹ thuật. 76

4.1.5.2 Tạo phôi. 77

4.2 Quy trình lắp ráp 81

4.2.1 Yêu cầu quy trình lắp ráp. 81

4.2.2 Lắp ráp băng máy, khung cổng trào. 81

4.2.2.1 Chuẩn bị nền móng. 81

4.2.2.2 Lắp ráp bệ máy. 81

4.2.2.3 Lắp ráp băng máy. 81

4.2.2.4 Lắp ráp xe trục Z 82

4.2.2.5 Gối, vành động. 83

4.2.2.6 Khung máy. 83

4.2.2.7 Lắp ráp cụm trục X. 85

4.2.2.8 Lắp cụm chia xích. 87

4.2.2.9 Cụm xe hàn. 88

4.2.2.10 Lắp giá đỡ điện cực. 90

4.2.2.11 Lắp kẹp nan dọc. 91

4.2.2.12 Bộ trục vuông. 91

4.2.2.13 Lắp ráp các phần khác. 92

4.3 Quy trình kiểm tra 94

4.3.1 Kiểm tra thông số hoạt động của máy. 94

4 3.2 Kiểm tra độ chính xác của máy. 94

4.3.2.1 Kiểm tra độ song song, độ phẳng của băng máy xe Z. 95

4.3.2.2 Kiểm tra độ song song, độ phẳng của băng máy xe hàn. 95

4.3.2.3 Kiểm tra độ phẳng của hai gối đỡ con lăn vành chủ động. 95

4.3.2.4 Kiểm tra độ đảo mặt đầu của các vành. 96

4.3.2.5 Kiểm tra độ đảo mặt hướng tâm của các vành. 97

4.3.2.6 Kiểm tra độ song song của trục truyền với băng máy. 98

4.3.2.7 Kiểm tra độ đồng tâm của hai vành. 99

4.3.2.8 Kiểm tra độ đồng tâm của hệ thống dẫn và kẹp nan. 99

4.3.2.9 Kiểm tra độ đồng tâm giữa hai vành và trục đẩy: 100

4.3.3 Kiểm tra hoạt động các cơ cấu của máy. 101

4.3.4 Kiểm tra chạy thử chương trình. 101

4.3.5 Kiểm tra sản phẩm 102

Chương 5 Đánh giá kết quả, xây dựng định hướng phát triển thị trường… 103

5.1 Đánh giá kết quả……….103

5.2 Xây dựng định hướng phát triển thị trườn……… 103

5.2.1 Đánh giá về thị trường 103

5.2.2 Đánh giá về kinh tế …104

5.2.3 Xây dựng định hướng phát triển. 104

Kết luận và kiến nghị ……… ……… …… 105

Kết luận 106

Kiến nghị………,,,……… ……… 107

Lời cảm ơn… ……… ……… 108

Tài liệu tham khảo.… ……… ……… 109

Phụ lục……… ……… ………110

PhÇn chÝnh b¸o c¸o

Lời mở đầu

Đề tài KC 05.03/06-10 “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy CNC sản xuất cốt thép của ống

bê tông kích thước lớn” có mục tiêu là : Chế tạo 01 máy CNC sản xuất cốt thép bê tông kích

thước lớn phục vụ cho sản xuất cấu kiện bê tông chất lượng cao

Thông qua việc thực hiện đề tài, Viện IMI có khả năng làm chủ về kỹ thuật và công nghệ chế tạo máy CNC, góp phần xây dựng lực lượng cán bộ kỹ thuật trình độ cao và là tiền đề để tạo ra một loạt các sản phẩm mới phục vụ ngành xây dựng

Đề tài thuộc chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước KC05, kinh phí

sử dụng nguồn vốn ngân sách Nhà nước và nguồn vốn đối ứng từ đơn vị thực hiện đề tài là Viện IMI

Các thông tin chính liên quan đến đề tài như sau:

Địa chỉ cơ quan: 46 Láng Hạ - Đống Đa -Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: Số nhà 55 ngách 55/24 Hoàng Hoa Thám, Phường Ngọc Hà, Quận Ba

Đình, Thành phố Hà Nội

8 Cơ quan chủ trì đề tài

Địa chỉ : 46 Láng Hạ - Đống Đa -Hà Nội

Căn cứ theo hợp đồng số 03/2006/HĐ - ĐTCT - KC.05/06 -10 giữa bên A là Văn phòng các chương trình, Ban chủ nhiệm Chương trình KC.05/06 - 10 và bên B là Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp, các sản phẩm khoa học công nghệ được hoàn thành bao gồm:

1 Thiết bị máy móc: Hoàn thành thiết kế và chế tạo 01 máy CNC hàn cốt thép của ống bê

2 Tài liệu:

- Hoàn thành đầy đủ toàn bộ các bản vẽ thiết kế kỹ thuật và chi tiết

- Bộ bản vẽ về quy trình công nghệ chế tạo các cụm chi tiết điển hình và chi tiết cỡ

lớn

- Quy trình công nghệ lắp ráp các cụm chi tiết và quy trình lắp ráp tổng thể

- Chương trình cài đặt và điều khiển CNC, chương trình điều khiển phối hợp các chức

năng máy

- Lý lịch máy, hướng dẫn sử dụng máy, hướng dẫn lập trình CAD/CAM có tính công

nghệ tiên tiến, kể cả máy công cụ CNC

- Báo cáo định kỳ, báo cáo tóm tắt, báo cáo tổng kết đề tài

Nhóm đề tài luôn mong có ý kiến đóng góp của Ban Chủ nhiệm chương trình, các nhà

khoa học, các nhà quản lý, các bạn đồng nghiệp sau khi đọc bản tổng kết này

Chương 1 nghiên cứu tổng quan và khả năng công nghệ chế tạo máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông tại việt nam

1.1 Tình hình Máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông trên thế giới

Hiện nay trên thế giới lĩnh vực tự động hóa trong xây dựng đã và đang phát triển mạnh đáp ứng ngày càng cao về chất lượng cấu kiện xây dựng và phù hợp với nhiều công nghệ thi công tiên tiến Trong lĩnh vực sản xuất các cấu kiện bê tông, tất cả các khâu từ trộn bê tông, gia công cốt thép, gia công các cấu kiện, lấy sản phẩm, ghép nối, sửa chữa các cấu kiện bê tông

đều đã được tự động hóa Nhiều hãng trên thế giới đã chế tạo thành công máy công cụ điều khiển CNC sản xuất cốt thép trên cở sở sử dụng phương pháp hàn tiếp xúc sản xuất cấu kiện

bê tông: ống bê tông, tấm bê tông đúc sẵn, đạt năng suất cao, chất lượng tốt, được ứng dụng rộng rãi:

Hình 1: Chuyển cốt thép tới dây chuyền đúc cống Hình 2: Kiểm tra sản phẩm xuất xưởng tự động

Hình 3: Gia công mặt đầu, vát mép cống Hình 4: Trung tâm gia công CNC

Một số hãng nổi tiếng trên thế giới đã sản xuất các máy CNC sản xuất ống bê tông kích thước lớn như: MBK MASCHINENBAU GMBH (CHLB Đức), KYUNGNAM MACHINE (Hàn Quốc), ZUBLIN-MAB(CHLB Đức)

Các thiết bị trên cho các ưu điểm rất lớn:

+ Năng suất tăng nhiều lần so với hàn thủ công(3-7phút/sản phẩm), tốn ít nhân công (chỉ cần 1,2 công nhân vận hành thiết bị)

+ Chất lượng cốt thép tốt, phù hợp với các công nghệ đúc ống bê tông hiện đại kiểu rung ép Liên kết tại các điểm nút (giao điểm của nan dọc và nan vòng) là các mối hàn, cốt thép cứng vững, đảm bảo theo tính toán thiết kế cấu kiện bê tông

+ Các thông số của cốt thép được đặt thông qua các chương trình đã cài đặt sẵn

+ Các dữ liệu công nghệ hàn, tốc độ và các kích thước được lưu giữ trong từng chương trình riêng cho từng loại cốt thép và được kích hoạt ngay khi gọi chương trình

+ Thay đổi các chủng loại cốt thép khác nhau đơn giản, nhanh chóng chỉ thông qua

động tác gọi chương trình

+ Đường kính cốt thép, chiều dài cốt thép, bước nan vòng được kiểm soát bởi các bộ

điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc các bộ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính (CNC)- công nghệ điều khiển hiện đại nhất hiện nay

+ Không tốn thép do máy tự động cấp thép từ thép cuộn; không tốn dây buộc

+ Tránh được hiện tượng tiêu cực như rút bớt cốt thép

1.2 Tình hình máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông trong nước

ở Việt Nam hiện tại việc sản xuất bê tông cũng đã được hiện đại hóa nhiều khâu như: trộn bê tông, đúc bê tông nhưng còn nhiều khâu trong sản xuất phải làm thủ công, điển hình là khâu chế tạo cốt thép hiện hoàn toàn còn phải sản xuất thủ công Việc chế tạo cốt thép cho các cấu kiện bê tông bằng phương pháp thủ công có rất nhiều nhược điểm : Năng suất rất thấp, tốn nhiều nhân công do có nhiều nguyên công như: nắn thép, cắt thép, uốn theo hình dạng, kích thước, đếm số vòng nan vòng, người lao động làm việc rất cực nhọc, chất lượng cốt thép không đảm bảo, kích thước của các ống lưới thép hoàn toàn phụ thuộc vào chủ quan của người công nhân Liên kết tại các điểm nút trên lưới thép là các dây buộc bằng tay nên không chặt, lưới thép không có hình dạng nhất định, xộc xệch, thậm chí các nan có thể bị dồn vào một chỗ trong quá trình đổ bê tông

Để nâng cao sản lượng cấu kiện bê tông, nhiều nhà máy bê tông đúc sẵn đã cố gắng tập trung vốn mua sắm các thiết bị để đổi mới công nghệ, chuyển dần từ sản xuất cống bê tông theo phương pháp cổ điển - đúc ly tâm sang công nghệ Rung - ép điều khiển tự động với năng suất rất cao (3-5 phút/ống cống) Công nghệ mới này cũng đòi hỏi các kích thước của cốt thép phải chính xác, việc chế tạo cốt thép bằng thủ công không đáp ứng được cả về năng suất cũng như chất lượng

Hình7: Gia công cốt thép bằng phương pháp thủ công

Thị trường cấu kiện bê tông chất lượng cao trong xây dựng ngày càng đòi hỏi về năng suất và chất lượng nên nhu cầu cần hiện đại hóa dây chuyền gia công cốt thép, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm của dây chuyền càng trở nên cấp bách

1.3 Khả năng chế tạo máy CNC sản xuất cốt thép của ống bê tông ở Việt nam

Xuất phát từ nhu cầu thị trường, Viện IMI với kinh nghiệm nhiều năm trong việc sản xuất máy công cụ CNC đã bắt tay vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cung cấp cho các nhà máy sản xuất cầu kiện bê tông các máy CNC sản xuất cốt thép ống bê tông kích thước

đường kính đến 1500mm Tuy nhiên trong quá trình sản xuất ban đầu Viện IMI còn phải tiếp tục giải quyết một số tồn tại về kỹ thuật như: truyền động đồng tốc giữa hai vành lăn, năng suất gia công, vấn đề điều chỉnh dòng điện hàn, các cơ cấu tiếp điện và làm mát cho các điện cực quay

Việc chủ động sản xuất thiết bị trong nước thay cho hàng nhập ngoại đã góp phần giảm chi phí đầu tư, nâng cao hiệu quả của sản xuất Thiết bị do Viện IMI sản xuất có chất lượng tương đương với các sản phẩm cùng loại của châu Âu nhứng giá thành chỉ bằng 40-60% Các bước đi của Viện IMI:

- Tiếp cận các cơ sở sản xuất ống cống bê tông, tìm hiểu công nghệ sản xuất ống cống bê tông hiện tại trong nước, tìm hiểu nhu cầu, mong muốn của các cơ sở sản xuất trong nước

- Nghiên cứu tìm hiểu các kết cấu, nguyên lý hoạt động của các thiết bị, so sánh áp dụng và chọn ra một kết cấu thích hợp nhất với điều kiện sản xuất trong nước

- Hợp tác quốc tế, học tập, tiếp nhận chuyển giao công nghệ từ các nước có trình độ kỹ thuật cao trong việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy hàn cốt thép trên thế giới như MBK MASCHINENBAU GMBH (CHLB Đức)

Chương 2 nghiên cứu lựa chọn cấu hình máy CNC sản xuất

cốt thép bê tông kích thước lớn

2.1 Phân tích lựa chọn cấu hình máy

2.1.1 Thiết bị của hãng ZUBLIN - MAB

- Nguyên lý hoạt động: nan dọc chỉ thực hiện chuyển động dọc tạo nên bước xoắn, nan vòng thực hiện chuyển động vòng quấn quanh các nan dọc

có chiều dài bất kỳ

Hình 8: Máy hàn cốt thép dạng ống kiểu liên tục

- Nhược điểm:

+ Thiết bị rất cồng kềnh, để gia công được cốt thép cống có đường kính 1900mm thì

đường kính quay tối thiểu cũng cần 6000 mm

+ Toàn bộ cuộn thép làm nan vòng phải quay xung quanh các nan dọc để quấn nan vòng xung quanh nên đòi hỏi thiết bị phải rất cứng vững

+ Khó khăn khi gia công các loại cốt thép có bước nan vòng lớn

2.1.2 Thiết bị của hãng MBK -MASCHINENBAU GMBH (CHLB Đức):

- Nguyên lý hoạt động: nan dọc thực hiện đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc tạo nên bước xoắn và chuyển động quay quấn nan vòng xung quanh

- Ưu điểm :

+ Kết cấu của thiết bị đơn giản, gọn, dễ chế tạo

+ Dễ tăng năng suất nhờ tăng tốc độ quay của trục chính - tốc độ quấn nan vòng

+ Cho phép gia công các cốt thép có bước nan vòng lớn

+ Dễ điều khiển

Hình 9: Máy hàn lưới thép dạng ống kiểu gián đoạn

2.1.3 Thiết bị của hãng KYUNGNAM MACHINE của Hàn Quốc

- Nguyên lý hoạt động: nan dọc thực hiện đồng thời chuyển động dọc và chuyển động quay quấn nan vòng xung quanh tuy nhiên các thiết bị còn ở mức thô sơ, đơn giản, dịch chuyển của các trục hoàn toàn thông qua các chiết áp điều chỉnh tốc độ động cơ nên không chính xác, việc thay đổi đường kính cốt thép là nhờ các cam cơ khí nên rất khó khăn khi thay đổi chủng loại sản phẩm (phải chế tạo các cam cơ khí phù hợp); các điện cực hàn có kết cấu tĩnh nên mòn rất nhanh

Hình 10: Điện cực hàn có kết cấu xoay Hình 11: Điện cực hàn tĩnh

2.2 Lựa chọn máy mẫu

Sau khi nghiên cứu, phân tích các máy mẫu, khả năng công nghệ chế tạo và công nghệ sản xuất ống bê tông hiện có tại Việt nam, nhóm thực hiện đề tài chọn máy MBK type 450

do Đức chế tạo làm máy mẫu

Bảng1 Thông số kỹ thuật máy MBK type 450

Bộ điều khiển Siemens

H×nh 12 M¸y mÉu MBK type 450

2.3 C¸c th«ng sè lùa chän cho m¸y thiÕt kÕ

ViÖc chän c¸c th«ng sè cho m¸y thiÕt kÕ trªn c¬ së yªu cÇu cña s¶n phÈm vµ m¸y mÉu

B¶ng 2 Th«ng sè kü thuËt m¸y thiÕt kÕ

Bé ®iÒu khiÓn Siemens 802 C

Chương 3 nghiên cứu thiết kế máy CNC sản xuất cốt thép ống

bê tông kích thước lớn

3.1 Các cơ sở cho tính toán thiết kế máy CNC

3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

- Tiêu chuẩn của các loại ống bê tông: Kích thước cốt thép của ống bê tông theo công nghệ

rung lõi (của Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải - Bộ Giao thông vận tải- Theo

tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05)

Bảng3 Tiêu chuẩn cốt thép

Đường kính

trong (mm)

Đường kính cốt (mm)

Đường kính loe (mm)

Đường kính lớp

2 (mm)

Chiều dầy thành ống (mm)

Chiều dài ống (mm)

- Bê tông có cường độ nén fc = 25 (MPa) (mác 300 theo TCVN 6025 – 1995)

- Cốt thép: Lưới thép cácbon thấp kéo nguội có giới hạn chảy fchảy = 500 (MPa)

- Đường kính cốt thép kéo nguội: φD: 4 ữ 12mm

- Giới hạn chảy cực tiểu Rmin p0,2 = 500 (N/mm2)

- Giới hạn bền kéo Rm = 550 (N/mm2)

- Độ dãn dài tương đối ε = 12%

- Uốn nguội: 1800 (d = a)

- Mặt cốt thép không có vết nứt, dập, xoắn, vẩy sắt dầu mỡ

- Sai số đường kính của (dây làm ) cốt thép ± 0,2 mm

- Diện tích của cốt thép không nhỏ hơn so với thiết kế 5%

- Cường độ của cốt thép không nhỏ hơn so với thiết kế 5%

điện cực này cũng định vị hai tấm kim loại được hàn nhằm duy trì tiếp xúc tốt giữa chúng (về mặt tiếp xúc điện) và cung cấp một áp lực hợp lý để phần kim loại nóng chảy được giữ trên bề mặt hàn

- Các thông số chính ảnh hưởng đến quá trình hàn: cường độ dòng điện, số chu kỳ của dòng

điện, áp lực của điện cực và các thuộc tính của điện cực (ví dụ: hình dáng điện cực, vật liệu làm điện cực)

+ Tốc độ nâng và hạ nhiệt phải đủ nhanh để có được tốc độ hàn “kinh tế” nhưng cũng không được quá nhanh để tránh tạo pha lạ hoặc mối hàn giòn Tốc độ nâng và hạ nhiệt cùng với thời gian giữ nhiệt được xác định dựa vào các thuộc tính của kim loại được hàn và khả năng cho phép của thiết bị có sẵn

Lượng nhiệt cần thiết cho bất kỳ dòng điện hàn tiếp xúc nào cũng được tạo ra nhờ điện trở khi có dòng điện chạy qua điểm được hàn, cùng một cơ chế như các thiết bị đốt nóng bằng

điện Lượng nhiệt sinh ra phụ thuộc vào ba yếu tố, ảnh hưởng của ba yếu tố này được biểu diễn bằng công thức dưới đây [7]

Trong đó:

Q – Lượng nhiệt sinh ra (J) R – Là điện trở của điểm làm việc (Ω)

I – Là cường độ dòng điện (A) t – Thời gian dòng điện chạy qua (s)

Chu trình hàn được chia thành 4 hoặc 5 quãng (giai đoạn): giai đoạn nén, giai đoạn gia nhiệt ban đầu, giai đoạn hàn, giai đoạn gia nhiệt sau hàn, giai đoạn giữ và tắt Các giai đoạn này được biểu diễn ở hình dưới Thời gian được biểu diễn bằng chu kỳ, tức 1/50 của giây (50 Hz - tần số của dòng điện xoay chiều)

Hình 13: Các giai đoạn hàn

+ Khi hàn điện trở tiếp xúc, dòng điện hàn có thể lên tới 20.000A, tại mỗi điểm hàn thời gian hàn chỉ xảy ra trong khoảng từ 20 – 120ms, trong thời gian đó dòng hàn cũng luôn biến đổi do liên tục có sự thay đổi điện trở tại điểm hàn

- ứng dụng quan trọng nhất của hàn điểm tiếp xúc là trong công nghiệp ô tô với những ưu

điểm chính là tốc độ nhanh, phù hợp để tự động hóa và dễ đưa vào các dây chuyền năng suất cao cùng với các bước sản xuất khác

3.1.2.2 Một số lưu ý khi ứng dụng công nghệ hàn tiếp xúc trong máy CNC sản xuất cốt thép

- Các yếu tố bất thường của dòng điện trong thiết bị hàn rất dễ ảnh hưởng tới các thiết bị

điện tử, đặc biệt là các thiết bị điều khiển số Các thiết bị điện tử thông thường chỉ làm việc với điện áp thấp (không quá 5V) Chỉ cần một xung nhiễu với biên độ 1mV đó có thể làm sai lệch các giá trị điều khiển

- Trong khi hàn một cực hàn thông thường được nối với vỏ máy (nối đất), các thiết bị điều khiển phần lớn cũng có các điểm nối đất tức là thông với điện cực hàn Điều này rất dễ dẫn

đến khả năng phá hỏng các thiết bị điện tử do dòng điện hàn đi vòng qua chúng

3.2 Tính toán thiết kế máy CNC sản xuất cốt thép

Hình 14 Máy hàn lồng đề tài KC.05.03/06- 10

Máy CNC hàn cốt thép ống bê tông được thiết kế và chế tạo để hàn cốt thép của ống bê tông kích thước lớn có đường kính từ ỉ 400- ỉ 2500mm

Máy gồm các cụm , bộ phận chính sau:

1 Cụm 01-000 : Băng và khung máy

2 Cụm 02-000 : Xe kéo nan dọc ( xe Z )

3 Cụm 03-000 : Hộp trượt và cam điện cực

4 Cụm 04-000 : Cơ cấu di chuyển nan dọc ( trục X )

5 Cụm 05-000 : Thiết bị phụ trợ ( giá đỡ nan dọc; xe lấy sản phẩm; làm mát)

6 Cụm 06-000 : Phần điện - tủ điện+ tủ điều khiển

7 Cụm 07-000 : Xe hàn có nguồn hàn và các điện cực hàn

L = 4500 (mm)

D2 = ỉ 2866 (mm)

L = 4500 (mm)

Số nan dọc 12 cho loại ống bê tông có đường kính từ ỉ 400 ữ ỉ 1000 mm

Số nan dọc 24 cho loại ống bê tông có đường kính từ ỉ 1500 ữ ỉ 2500 mm

- Khối lượng của vành chủ động và các cụm lắp trên đó 3380 kg

- Khối lượng của vành bị động và các cụm lắp trên đó 2240 kg

b Tốc độ vòng quay của vành

- DÉn xuÊt tÝnh to¸n: C¨n cø theo yªu cÇu c«ng nghÖ hµn tiÕp xóc thêi gian hµn (thµn) cã gi¸ trÞ b»ng 5 ÷ 20 chu tr×nh (1 chu tr×nh = 1/50Hz = 0,02s)

VËy thêi gian hµn cho 01 mèi hµn lµ:

α2:gia tốc của động cơ +hộp giảm tốc quay vành

+ Vành bị động (xem bản vẽ các chi tiết ở bộ 02-000)

J1 = Jvành + Jnan + Jkẹp + Jmoayơ + Jtrục (3.4)

) (

32

1 d D b

) ( 471 , 1535 ) 3 , 3 386 , 3 (

155 , 0 7850 32

kgm

).(623,024.12,0.53,1.015,0.7850.12

1

.12

m kg n

b s l b

)(058,124.12,0.3,1.03,0.7850.12

1 12

kgm n

b s l b

)(431,023,0.2,0 7850.32

1 32

1

.16

kgm d

b d

m

)(065,011,0.575,0 7850.32

1

32

kgm d

b

J1 = 1535,471 + 0,623 + 1,058 + 0,431 + 0,065 = 1537,621 (kg.m2)

+ Vành chủ động (xem bản vẽ các chi tiết ở bộ 04-000)

J2 = Jvành + Jnan + Jtrục + Jmoayơ + Jhộp tr−ợt + Jbộ chiax + Jmoayơx + Jđc + Jt1 + Jt13 + Jt21 + Jt22 + Jổ tr−ợt +

Jkhớp

Jhộp tr−ợt = 7850.0,015.0,515.0,165.24 0,545( )

12

1 12

m kg n

s l

.7850 .0,12.0,32 0,970( )

32

1

32

m kg d

b

).(431,023,0.2,0 7850.32

1

32

m kg d

.12

m kg d

).(409,0)11,014,0.(

23,2 7850.32

1).(

38,2 7850.32

1).(

88,2 7850.32

1).(

32

32

kgm d

32

m kg d

6

1

32

).(002,006,0.25,0 7850.32

1

32

32

kgm d

32

kgm d

m kg d

Jnh«ng2 = 12,3.0,227 0,04( )

16

1 16

m kg d

Jnhông đc = 2,6.0,227 1 0,008( )

16

1 16

m kg d

Jrô to = 7850 .0,3.0,2 0,37( )

32

1

32

m kg d

π

J3 = 0,031 + 0,006 + 0,002 + 0,093 + 0,004 + 0,017 + 0,04 + 0,008 + 0,37 = 0,571(kg.m2) + Tính gia tốc

)/(047,12.60

20

2.60

320

+ Mômen quán tính của bộ trục truyền

)(173,7612

386,3.08,0)

22403380

d Công suất cần quay vành

)(31,839760

20 2)

173,76125.3248(

320 2.564.9

64 , 8717

W

N

Chọn động cơ 11 (kW); n= 320v/ph; thay đổi tốc độ bằng biến tần

3.2.1.2 Tính toán công suất động cơ trục X

Sơ đồ tính lực trục X.

- Tốc độ loe cho các loại cốt thép (bảng 4)

Bảng 4 Tốc độ loe cho các loại cốt thép

Chiều dài loe

Bước xoắn

Số vòng loe

Tổng

số vòng loe

Vòng quay trục chính

k

l

d k

3 4

45

8 5 , 1

81 , 9

2 1

2 1

3 , 6 81 , 9 4

81 , 9

2 2

2 2

Công suất động cơ trục X

7 , 0

3.2.1.3 Tính trục vít me trục X: [1], [5]

Đường kính trục vít me

) ( 54 12 5 , 0 5 3

192314 ]

.[

.

q

F d

h H

≥

πψ

ψ

Chọn vít me có đường kính d = 60 (mm), bước vít me t = 8 (mm),tốc độ di chuyển xe

hàn theo bảng 2 : Fmax.= 771mm/ph – ta chọn 800mm/ph để tính ( tốc độ này thay đổi bằng

biến tần hoặc bằng điều khiển vòng quay của động cơ servo) F = n.t

8

800

ph v t

F

Chọn động cơ có công suất N đc = 4 (kW); hộp giảm tốc i = 15; thay đổi tốc độ trong

phạm vi công nghệ bằng thay đổi tốc độ động cơ servo

1000

1000

ph v d

ππTốc độ di chuyển khi hàn tương thích với tốc độ trục X khi loe, hộp giảm tốc i = 15;

n = 100 (v/ph) Thay đổi tốc độ dịch chuyển bằng biến tần.( hay thay đổi tốc độ động cơ servo)

Q

QT

2 ).

02 , 0 02 , 0 08 , 0 (

1040 81 , 9 ).

.(

27872 ]

.[

.

q

F d

h H

≥

πψ

08 , 0 4

1040

4

2 2

2

kgm N

ν

1 60

6 2 2 60

.

.

kgm d

ρπ

32

12 , 0 05 , 0 7850 32

.

kgm d

ρπ

1 60

100 2 60

.

Công suất cần thiết để dịch chuyển xe hàn

60

6 , 2 2 33 ,

Công suất động cơ để dịch chuyển xe hàn

75 , 0

a Tốc độ dịch chuyển xe kéo nan dọc

Tốc độ chạy nhanh Fmax = 9000 (mm/ph)

Tốc độ di chuyển khi hàn (tốc độ công nghệ) dịch chuyển theo bước của cốt thép ống

bê tông (các giá trị này theo bảng 2), có giá trị từ 55 ữ 160 (mm) Tương ứng với giá trị di

chuyển của xe kéo nan dọc F = 990 ữ 2880 (mm/ph), với tốc độ quay của vành n = 18 (v/ph) Việc thay đổi tốc độ này được thực hiện thay đổi tốc độ động cơ servo

Tính chọn hộp giảm tốc

Fmax = 9000 (mm/ph)

Bánh răng z = 36, m = 3

d = z.m = 36.3 = 108 (mm)

Số vòng quay của bánh răng

) / ( 6 , 26 108

1000

ph v

π

Tỷ số truyền cần thiết

6 , 56 5 , 26

Chọn hộp giảm tốc i = 60

b Tính lực cần thiết di chuyển xe kéo nan dọc: [5]

Khối l−ợng của xe kéo nan dọc (xe Z), m = 5100 (kg)

Lực cần thiết để di chuyển xe

Q

Q T

, 0

2 , 1 ).

25 , 0 02 , 0 08 , 0 (

5100 81 , 9 ).

.(

R

Q G