thiết kế máy đúc gối đỡ cống bê tông bằng phương pháp rung

- Một công nhân sẽ dùng máy rung dạng dùi để làm chặt vật liệu trong khuôn.. 2.2 Thiết kế nguyên lý Hình 2-1 Nguyên lý hoạt động của máy Dạng máy bán tự động: trong đó sẽ có một hoặc h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐÚC GỐI ĐỠ CỐNG BÊ TÔNG

BẰNG PHƯƠNG PHÁP RUNG

TP.HCM, 2019

SVTH: Nguyễn Tấn Lộc MSSV: 21202014

GVHD: ThS Vũ Như Phan Thiện

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy ThS Vũ Như Phan Thiện đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em làm luận văn Đồng thời, cũng xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô trong Bộ môn Thiết kế máy và khoa Cơ khí đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Em xin cảm ơn tất cả các quý thầy cô thuộc Bộ môn Thiết kế máy, khoa Cơ khí và Trường Đại học Bách Khoa đã trang bị cho em những kiến thức nền tảng bổ ích và cần thiết trong suốt quá trình học đại học Cám ơn các bạn cùng phòng và các bạn bè đã nhiệt tình chỉ dẫn và cung cấp tài liệu tham khảo để em có thể hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2019

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

Chương 1 TỔNG QUAN 7

1.1 Đối tượng nghiên cứu 7

1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ, giới hạn luận văn 11

1.3 Tổ chức luận văn 12

Chương 2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 14 2.1 Yêu cầu thiết kế 14

2.2 Thiết kế nguyên lý 14

2.3 Lựa chọn cơ cấu rung làm chặt sản phẩm 16

2.4 Lựa chọn cơ cấu quay khuôn 19

2.5 Lựa chọn phương án cấp liệu 21

2.6 Lựa chọn các phương án thiết kế 22

Chương 3 CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ 23

3.1 Mô hình thiết kế 23

3.2 Các thông số máy đầu vào 23

3.3 Thiết kế khuôn cốp pha 24

3.4 Thiết kế cụm nâng khuôn 34

3.5 Thiết kế máng cấp liệu vào khuôn 39

3.6 Thiết kế bunke nạp liệu và cửa xả liệu 48

3.7 Thiết kế cụm bánh lái 49

3.8 Cụm dẫn động bánh xe sau 58

Chương 4 HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN 68

4.1 Giới thiệu về hệ thống thủy lực và hoạt động của nó 68

4.2 Tính chọn các phần tử hệ thống 71

4.3 Hệ thống điện và điều khiển 74

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 76

5.1 Kết luận 76

5.2 Hướng phát triển đề tài 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Gối cống bê tông đúc sẵn 7

Hình 1-2 Gối đỡ cống bê tông đúc sẵn đang được lắp đặt 7

Hình 1-3 Máy đúc trượt Haiyu 9

Hình 1-4 Máy đúc cấu kiện bê tông đúc sẵn TB của hãng CGM 10

Hình 1-5 Kích thước gối cống bê tông D300 theo tiêu chuẩn TCVN 10799:2015 12

Hình 2-1 Nguyên lý hoạt động của máy 14

Hình 2-2 Sơ đồ phương án cho từng cụm chức năng con 15

Hình 2-3 Cơ cấu rung kiểu khứ hồi 16

Hình 2-4 Cơ cấu rung động bằng piston khí nén 18

Hình 2-5 Cơ cấu gây rung điện từ 19

Hình 3-1 Mô hình thiết kế 23

Hình 3-2 Hình dạng sản phẩm đúc khuôn 25

Hình 3-3 Giảm chấn cao su 29

Hình 3-4 Giảm chấn lò xo 29

Hình 3-5 Cơ cấu quay kiểu thanh răng - bánh răng LTR153-045/1803P-TB13-C 32

Hình 3-6 Cụm nâng khuôn 35

Hình 3-7 Biểu đồ lực tác động lên xy lanh nâng khuôn 35

Hình 3-8 Xy lanh nâng khuôn 38

Hình 3-9 Xy lanh nâng hạ thanh gạt liệu 42

Hình 3-10 Lực lớn nhất tác dụng lên xy lanh dẫn động máng cấp liệu 44

Hình 3-10 Xy lanh dẫn động máng cấp liệu 47

Hình 3-11 Xy lanh nâng hạ bánh lái 51

Hình 3-12 Tâm và bán kính quay vòng của máy 53

Hình 3-13 Lực tác dụng trên bánh xe 54

Hình 3-14 Nối trục xích CR 4016 của hãng Tsubakimoto 58

Hình 3-15 Lực tác dụng trên bánh xe 59

Hình 4-1 Sơ đồ mạch thủy lực của máy 70

Hình 4-2 Dòng van DMT của hãng Yuken 72

Hình 4-3 Van an toàn 73 Hình 4-4 Van tiết lưu một chiều 74 Hình 4-5 Sơ đồ hệ thống điện của máy 74

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thông số kĩ thuật máy đúc trượt Haiyu 10

Bảng 2 Thông số kĩ thuật máy đúc CGM dòng TB 11

Bảng 3 Ưu nhược điểm của rung động bằng chuyển động khứ hồi 16

Bảng 4 Ưu nhược điểm của phương pháp gây rung bằng lực ly tâm quay tròn 17

Bảng 5 Ưu nhược điểm của phương pháp rung động bằng khí nén 18

Bảng 6 Ưu nhược điểm của rung động bằng điện từ 19

Bảng 7 Bảng thời gian quá trình sản xuất 23

Bảng 8 Đặc tính thép XCT42 26

Bảng 9 Thông số động cơ MVE 300/3 28

Bảng 10 Thông số động cơ kiểu thanh răng – bánh răng LTR153-045/1803P-TB13-C 32

Bảng 11 Xy lanh thủy lực dòng CHN 38

Bảng 12 Xy lanh thủy lực dòng CHN 41

Bảng 13 Xy lanh thủy lực dòng CHN32 47

Bảng 14 Xy lanh thủy lực dòng CHADF 51

Bảng 15 Động cơ của hãng PARKER dòng TB-0130 56

Bảng 16 Nối trục xích CR 4016 58

Bảng 17 Thông số động cơ của hãng PARKER dòng TB 0130 61

Bảng 18 Thông số đầu vào bộ truyền xích 62

Bảng 19 Hệ số điều kiện sử dụng xích 63

Bảng 20 Thông số bộ truyền xích 67

Bảng 21 Các phần tử của hệ thống thủy lực 68

Bảng 22 Áp suất làm việc của bộ phận công tác 69

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đối tượng nghiên cứu

1.1.1 Mục đích của gối cống bê tông đúc sẵn

Gối cống bê tông đúc sẵn là cấu kiện xây dựng dùng đỡ ống cống tròn tại vị trí lắp đặt Đi cùng với danh sách các chủng loại ống cống bê tông cốt thép từ D300 đến D2000 là danh sách gối đỡ cống bê tông đúc sẵn D300 đến D2500 tương ứng Mỗi loại cống thoát nước có gối đỡ có kích thước riêng phù hợp để đặt lên

Hình 1-1 Gối cống bê tông đúc sẵn

Hình 1-2 Gối đỡ cống bê tông đúc sẵn đang được lắp đặt

1.1.2 Thực trạng sản xuất

Hiện nay việc sản xuất gối đỡ cống bê tông đúc sẵn tại nước ta còn thực hiện với công nghệ đúc ván khuôn thủ công Do đó chất lượng sản phẩm không đồng đều, thời gian đáp ứng chậm

Quy trình đúc ván khuôn thủ công như sau:

- Đầu tiên, một công nhân sẽ thực hiện các công đoạn chuẩn bị khuôn và đặt cốt thép Công việc chuẩn bị khuôn gồm có: làm sạch và bôi trơn khuôn, đặt khuôn tại vị trí đúc

- Một công nhân sẽ đi trộn liệu và chuyển vật liệu đến vị trí đổ khuôn và đổ vào khuôn

- Một công nhân sẽ chờ sẵn tại vị trí đổ liệu và dùng bay phân bố liệu đều trong khuôn

- Một công nhân sẽ dùng máy rung dạng dùi để làm chặt vật liệu trong khuôn Một công nhân khác sẽ tiếp tục cho liệu bổ sung vào khuôn

- Hai công nhân sẽ làm công việc là dùng bay để can vật liệu trong khuôn, dùng một ống lăn thép hoặc gỗ để gạt liệu tạo thành cung tròn chỗ đặt ống cống và xử lý bề mặt để tạo sự láng mịn

- Sau khi đợi bê tông đủ cường độ, một công nhân sẽ làm nhiệm vụ tháo khuôn

Theo quy trình trên, dù bố trí hiệu quả đến đâu cũng cần từ 5-7 công nhân và thời gian để đổ được gối cống trung bình là 5 phút Một ngày làm việc 8 tiếng thì sản lượng là

90 sản phẩm (có trừ hao thời gian nghỉ cho công nhân tương đương 6 sản phẩm – 30 phút)

Đó là với sản phẩm là gối cống loại D300

Nếu làm bằng máy, chỉ cần 2 công nhân, một công nhân vận chuyển vật liệu bằng xe nâng và một công nhân vận hành máy Năng suất trung bình khoảng 2 - 4 phút/sản phẩm (đối với loại máy dùng khuôn một sản phẩm và còn tùy độ phức tạp) Tức là ứng với 8 tiếng

làm việc thì sản lượng sẽ là 220 sản phẩm (trừ thời gian nghỉ giữa ca cho công nhân tương

đương 20 sản phẩm – 40 phút)

Từ so sánh trên, dễ thấy rằng năng suất đạt được khi làm bằng máy là vượt trội hơn

so với cách làm thủ công Như vậy với sự hỗ trợ của máy, một người công nhân sẽ có năng suất trung bình gấp 7 lần so với một công nhân làm thủ công

Ngoài ra, việc làm bằng máy còn giúp chất lượng sản phẩm đồng đều và cao hơn hẳn

so với làm thủ công

Với các sản phẩm phức tạp hơn, làm bằng máy sẽ cho thấy ưu thế rõ rệt

1.1.3 Các dạng máy sản xuất gối cống bê tông đúc sẵn hiện có trên thị trường hiện nay

❖ Máy đúc trượt Haiyu (Trung Quốc)

Hình 1-3 Máy đúc trượt Haiyu

Đây là dạng máy bán tự động, sử dụng công nghệ đúc trượt với năng suất rất cao Loại này dùng để sản xuất các cấu kiện có hình dạng đơn giản

➢ Thông số kĩ thuật của máy:

Bảng 1 Thông số kĩ thuật máy đúc trượt Haiyu

❖ Máy đúc khuôn của hãng CGM (Ý)

Hình 1-4 Máy đúc cấu kiện bê tông đúc sẵn TB của hãng CGM

Máy thuộc dạng bán tự động, năng suất cao Có thể dễ dàng thay khuôn Máy chuyên dùng đúc các sản phẩm đúc sẵn tương đối phức tạp

➢ Thông số kĩ thuật:

Bảng 2 Thông số kĩ thuật máy đúc CGM dòng TB

Kích thước vật đúc tối đa (L*W*H) 1200 × 1000 × 1000 𝑚𝑚

Bộ rung điện từ, điều chỉnh bằng biến tần

Kích thước máy (L*W*H) 2600 × 3800 × 2950 𝑚𝑚

1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ, giới hạn luận văn

Trong khuôn khổ luận văn, em trình bày thiết kế và tính toán máy sản xuất cấu kiện

bê tông đúc sẵn chuyên dụng với dạng khuôn đúc gối cống bê tông D300 Máy thuộc dạng bán tự động, năng suất khoảng thích hợp cho sản xuất loạt nhỏ, giúp tiết kiệm chi phí nhân công, đảm bảo chất lượng, giảm giá thành và tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp Dạng sản phẩm sản xuất ra là dạng gối cống thoát nước D300, kích thước theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10799:2015

Theo TCVN 10799:2015, vật liệu sản xuất gối cống bê tông phải có cường độ lớn hơn

25 MPa Trong luận văn này, em chọn mác bê tông M250 [5]

Một số thông số vật liệu cần quan tâm trong việc chế tọa máy đúc gối cống đó là:

- Khối lượng riêng hỗn hợp bê tông nguyên liệu: 2350 𝑘𝑔/𝑚3.[*Chú thích: Vì gối cống bê tông là kết cấu chịu lực nên dùng bê tông nặng có khối lượng thể tích từ

2200 – 2500 𝑘𝑔/𝑚3 Vì mục đích tính toán, ta chọn khối lượng riêng phối trộn

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CƠ KHÍ: Trình tự các bước tính toán, thiết kế phần cơ khí

CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN: Đánh giá, thiết kế mạch thủy lực và lựa chọn sử dụng các thiết bị thủy lực và mạch điều khiển trong máy

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ

VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Yêu cầu thiết kế

Yêu cầu thiết kế của máy sản xuất gối cống bê tông đúc sẵn:

- Công suất thiết kế: 30 sản phẩm/giờ

- Máy có thể thay đổi khuôn, kích thước khuôn phù hợp với các mẫu sản phẩm với kích thước tương đương mẫu đang sản xuất

2.2 Thiết kế nguyên lý

Hình 2-1 Nguyên lý hoạt động của máy

Dạng máy bán tự động: trong đó sẽ có một hoặc hai người vận hành để thao tác điều khiển máy và làm sạch vị trí nền đặt thành phẩm, đặt cốt thép, bôi trơn khuôn…

Liệu đầu vào được đưa vào bunke – nơi liệu chờ để đổ vào khuôn

Máng cấp liệu sẽ lấy liệu từ bunke và đưa vào khuôn

Sản phẩm sẽ được tạo hình trong khuôn, vật liệu sẽ được làm đặc bằng cách sử dụng

bộ rung khuôn gắn trực tiếp lên khuôn

Khuôn có thể xoay được, đồng thời có thể nâng lên hạ xuống để giúp cho quá trình lấy liệu, rút khuôn, làm sạch khuôn hay thay khuôn dễ dàng

 Vì yêu cầu cấp vỉ cụ thể kết hợp tham khảo những máy hiện tại đã có để có thể đưa

ra phương án thiết kế phù hợp với chức năng yêu cầu

2.2.1 Phân tích các chức năng con

Để thuận tiện trong việc lựa chọn phương án và thiết kế, ta phân tích máy tổng thể thành các cụm chức năng con, từ đó đưa ra các phương án thiết kế cho từng cụm chức năng Sau cùng, đánh giá lại các phương án cho từng chức năng con này và phối hợp lại tạo thành máy tổng thể

Máy sản xuất gối đỡ bê tông đúc sẵn

vào khuôn

Khuôn tạo hình sản phẩm

Rung khuôn

Quay khuôn

Truyền động thanh răng - bánh răng qua động cơ điện

Bằng xy lanh thủy lực

khuôn

Xy lanh thủy lực Động cơ thủy lực kiểu thanh răng - bánh răng Động cơ thủy lực kiểu cánh quạt

Xy lanh thủy lực

Rung cơ học kiểu ly tâm

Rung bằng khí nén (thủy lực)

Rung điện từ

Hình 2-2 Sơ đồ phương án cho từng cụm chức năng con

2.3 Lựa chọn cơ cấu rung làm chặt sản phẩm

2.3.1 Vai trò của cơ cấu gây rung

Trong công nghiệp sản xuất bê tông cốt thép và các cấu kiện bê tông xây dựng, người

ta dùng rung động để làm chặt hỗn hợp bê tông do thiết bị khá đơn giản và hiệu quả cao Các hạt cốt liệu sẽ nhận năng lượng từ rung động và chuyển động với vận tốc khác nhau Rung động sẽ làm liên kết giữa các hạt bị phá vỡ, làm giảm nội ma sát; hỗn hợp sẽ trở nên lưu động hơn, các hạt sẽ tiến sát lại gần nhau và không khí được đẩy ra ngoài Do

đó, khuôn sẽ được lấp đầy hơn và khối lượng thể tích của bê-tông tăng lên (từ 1,6 ÷ 1,65 lần)

2.3.2 Các loại cơ cấu gây rung

❖ Theo nguyên tắc làm việc

Rung động bằng chuyển động khứ hồi

Hình 2-3 Cơ cấu rung kiểu khứ hồi

Dạng rung động được sinh ra do sự biến chuyển động quay thành chuyển động khứ hồi bằng cơ cấu cơ khí, dùng cho các máy rung tần số thấp

Bảng 3 Ưu nhược điểm của rung động bằng chuyển động khứ hồi

Thay đổi biên dạng dễ dàng Tần số thấp do dùng cơ cấu cơ khí

Tuổi thọ cao Tiếng ồn sinh ra từ cơ cấu cơ lớn

Gây rung bằng lực ly tâm quay tròn

Lực ly tâm sinh ra từ trọng tâm khối lượng quay tròn và truyền qua vỏ máy thông qua các ổ bi Module của lực kích không đổi nhưng chiều thay đổi từ 0° ÷ 360°

Bảng 4 Ưu nhược điểm của phương pháp gây rung bằng lực ly tâm quay tròn

Thay đổi biên độ dao động và tần số rung

Rung động bằng khí nén (thủy lực)

Hình 2-4 Cơ cấu rung động bằng piston khí nén

Nguyên lý hoạt động: Việc cấp khí nén (thủy lực) di chuyển khối lượng của piston, sinh ra lực kích dao động, tác động vào vỏ xy lanh gắn chặt với bộ phận công tác

Ngoài dạng piston cơ cấu gây rung bằng khí nén, thủy lực còn có các dạng như: dạng

bi, dạng tuabin, dạng búa khí nén và dạng con lăn

Bảng 5 Ưu nhược điểm của phương pháp rung động bằng khí nén

Thay đổi biên độ dao động và tần số rung

dễ dàng

Tần số không cao bằng cơ cấu điện từ

Dễ bảo trì, thay thế và lắp đặt Cần phải có thêm các thiết bị khí nén hỗ trợ

Rung động bằng điện từ

Hình 2-5 Cơ cấu gây rung điện từ

Chuyển động qua lại của khối lượng gây rung được tác động nhờ nam châm điện kết hợp với lò xo đẩy

Bảng 6 Ưu nhược điểm của rung động bằng điện từ

Thay đổi biên độ dao động và tần số rung

dễ dàng bằng cách thay đổi tần số kích

nguồn điện cho nam châm điện thông qua

các thiệt bị điện tử công suất

Tần số cao

Tuổi thọ cao Tiếng ồn thấp do không có ma sát

Độ tin cậy cao Biên độ dao động không lớn

2.3.3 Kết luận

Em chọn kiểu rung kiểu ly tâm Cơ cấu rung gắn trực tiếp lên khuôn Chế độ rung là

vô hướng vì yêu cầu cường độ của sản phẩm không lớn và hỗn hợp liệu có độ linh động cao và kết cấu khuôn cóp pha đơn giản

2.4 Lựa chọn cơ cấu quay khuôn

2.4.1 Vai trò

Cơ cấu quay khuôn có tác dụng chuyển đổi hướng khuôn từ vị trí ngửa đến vị trí nghiêng một góc 45° khi bôi trơn hoặc làm sạch khuôn và úp ngược khi rút khuôn

2.4.2 Các phương án

Để thực hiện chuyển động quay khuôn, ta có một số phương án sau:

❖ Quay khuôn bằng xy lanh tác động qua cơ cấu cơ biến chuyển động thẳng

- Góc quay càng lớn, kết cấu tay đòn càng dài

- Khả năng chống bụi bẩn của xylanh kém do kết cấu không kín

❖ Quay khuôn bằng động cơ thủy lực kiểu cánh quạt

- Sinh momen yếu hơn so với kiểu thanh răng - bánh răng

❖ Quay khuôn bằng động cơ thủy lực kiểu thanh răng - bánh răng

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản

- Kết cấu kín nên độ tin cậy và tuổi thọ cao

- Góc quay 360°

- Sinh ra momen lớn nhất trong tất cả các cơ cấu quay

- Khả năng chống trượt cao nên giữ vị trí tốt

Việc cấp liệu phải phù hợp với chu kì sản xuất thiết kế

Dự trữ hỗn hợp liệu cấp vào phải đảm bảo để quá trình cấp liệu vào khuôn được diễn

ra liên tục Như vậy mới tận dụng được tối đa công suất máy và vận hành mới đạt được hiệu quả cao

❖ Cấp liệu vào khuôn trực tiếp bằng băng tải

- Hao mòn cơ khí lớn do ma sát với vật liệu

2.6 Lựa chọn các phương án thiết kế

2.6.1 Phương án

Từ việc phân tích từng chức năng con ở trên, ta chọn lựa được phương án tổng thể phù hợp nhất như sau:

- Cấp liệu: bằng bunke gắn trên máy

- Vận chuyển liệu vào khuôn: cơ cấu tác động dùng xy lanh thủy lực

- Khuôn tạo hình sản phẩm:

o Rung khuôn: động cơ rung – kiểu cơ cấu rung ly tâm

o Quay khuôn: Động cơ thủy lực kiểu thanh răng - bánh răng

o Nâng hạ khuôn: Dùng xy lanh thủy lực

2.6.2 Sơ đồ động

CHƯƠNG 3 CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ 3.1 Mô hình thiết kế

Hình 3-1 Mô hình thiết kế

3.2 Các thông số máy đầu vào

Công suất thiết kế: 30 sản phẩm/ giờ tương ứng 2 phút/sản phẩm

Bảng thời gian quá trình sản xuất:

Bảng 7 Bảng thời gian quá trình sản xuất

Phun dầu bôi trơn

Đặt cốt sắt (nếu có) 5-7 giây Quay ngửa khuôn

Cấp liệu + định hình 1 phút 30 giây

Úp khuôn (0→180) 7 giây Rút khuôn

(h = 250 mm) 7 giây

Di chuyển đến vị trí

Quay khuôn (180→45) + hạ chiều cao nâng khuôn

5 giây

Bắt đầu chu trình tiếp theo

3.3 Thiết kế khuôn cốp pha

3.3.1 Yêu cầu đối với khuôn định hình sản phẩm

Hình 3-2 Hình dạng sản phẩm đúc khuôn

Khuôn cốp pha dùng để đúc cho dạng sản phẩm là cấu kiện gối cống bê tông có dạng như hình 3-1

Dựa theo hình dạng sản phẩm, ta thiết kế hình dạng cho khuôn

Khuôn cốp pha thiết kế cần phải đảm bảo các điều kiện kĩ thuật như sau:

- Chịu được tải trọng vật liệu tác động lên khuôn

- Chịu được lực rung làm chặt cốt liệu và tháo khuôn

Kết cấu ván khuôn thường là kết cấu hàn để đảm bảo tính kín khít, không chảy nước khi chứa hỗn hợp bê tông Do đó vật liệu thép làm kết cấu cốp pha phải đảm bảo tính dễ hàn

Kết cấu thép phải đảm bảo yêu cầu về độ cứng vững Với thiết kế làm chặt bê tông bằng cách rung cốp pha, cốp pha còn phải đảm bảo chịu được rung động với biên độ và tần

Ta sử dụng kiểu rung khuôn vô hướng, thường chọn tần số dao động 3000 vòng/phút

và biên độ A = 0,3 mm để tính toán

Đối với máy rung làm việc ngoài vùng cộng hưởng ( ω/ω0 ≈ 10), thì lực kích rung được tính theo công thức như sau:

𝐹𝑎 = 𝑚𝑟𝐴𝜔2 (𝑁) trong đó:

- 𝑚𝑟: :khối lượng dao động

Khối lượng dao động được tính như sau:

𝑚𝑟 = 𝑚𝑘 + 𝑘 𝑚𝑏𝑡 + 𝑚𝑔𝑟 (𝑘𝑔) trong đó:

- 𝑚𝑘 = 50 𝑘𝑔: khối lượng khuôn

- 𝑘 = 0,3: hệ số thực nghiệm, tính đến lượng vật liệu gắn chặt vào khối dao động (khuôn)

- 𝑚𝑏𝑡 = 30 𝑘𝑔: khối lượng vật liệu được rung

- 𝑚𝑔𝑟 = 10 𝑘𝑔: khối lượng động cơ rung chọn sơ bộ

Vậy khối lượng dao động:

𝑚𝑟 = 𝑚𝑘 + 𝑘 𝑚𝑏𝑡+ 𝑚𝑔𝑟 = 50 + 0,3.30 + 10 = 69 (𝑘𝑔) Tần số góc bánh lệch tâm:

𝜔 =𝜋𝑛

30 =

3,14.2850

30 = 298,3 𝑟𝑎𝑑/𝑠 trong đó: - 𝑛 = 2850 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 là tốc độ quay thực tế của động cơ rung

Thông số động cơ MVE 300/3:

Bảng 9 Thông số động cơ MVE 300/3

Khối lượng (kg)

Công suất (kW)

Dòng điện (A)

𝐼𝑎/𝐼𝑛

3.3.5 Thiết kế cơ cấu giảm chấn

Khi làm việc, khuôn đúc bê tông rung động truyền lực kích thích lên máy làm cho máy bị rung động Lực tác động lên các khớp nối sẽ ảnh hưởng đến ổ bi, xy lanh làm giảm tuổi thọ của máy nhanh Vì vậy, sử dụng rung động đòi hỏi phải có cơ cấu giảm rung

Để giảm rung động người ta thường dùng các đế tỳ đàn hồi làm bộ phận giảm chấn

Cơ cấu giảm chấn có thể là lò xo, đệm cao su, chúng có khả năng giảm rung động, tạo điều kiện cho máy làm việc ổn định hơn

Hình 3-3 Giảm chấn cao su

Hình 3-4 Giảm chấn lò xo

Giảm chấn bằng lò xo có ưu điểm là có thể điều chỉnh độ cứng vững do đó có thể đạt được tần số dao động riêng theo yêu cầu Ngoài ra, giảm chấn lò xo còn giữ được tính đàn hồi lâu hơn giảm chấn cao su Tuy nhiên, trong thực tế người ta sử dụng giảm chấn cao su nhiều hơn bởi vì chúng có khả năng chống rung tốt hơn, kết cấu đơn giản dễ chế tạo hơn.Trong quá trình làm viêc, cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt chỉ khi:

𝜔

𝛾𝑎 = 1,41 trong đó:

❖ Xác định kích thước của giảm chấn cao su

Chọn chiều cao giảm chấn: ℎ = 30 (𝑚𝑚)

Đường kính giảm chấn cao su:

- Độ cứng của từng gối giảm chấn:

- Σ𝑚 = 𝑚𝑟 = 69 (𝑘𝑔): khối lượng của bộ phận rung

- 𝛾𝑎 = 211,7 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn

- 𝑛 = 4: số lượng gối giảm chấn theo thiết kế

Ta cũng có:

𝐶 = 3𝐸𝐽

ℎ3 =3𝐸𝜋𝐷

464ℎ3 (2)

Từ (1) và (2), ta có được đường kính ngoài của gối cao su:

𝐷 = √𝐶 × 64 × ℎ

33𝜋𝐸

4

= √772,8 × 64 × 30

33𝜋 × 60

64 (𝑟𝑎𝑑/𝑠): mô men quán tính tiết diện tròn

- ℎ: chiều cao của khối giảm chấn

Vậy giảm chấn có kích thước là: {ℎ = 30 𝑚𝑚

𝐷 = 40 𝑚𝑚

3.3.6 Tính chọn động cơ quay khuôn

Động cơ thủy lực thủy lực kiểu thanh răng – bánh răng dùng để quay khuôn

Khối lượng vật quay: dùng phần mềm Autodesk Inventor để tính toán khối lượng vật quay, ta có:

- Khối lượng vật quay quanh trục quay: 𝑚 = 91 𝑘𝑔

Mô men quán tính tác dụng lên tâm quay:

𝐼𝑞 = 𝐼𝑞𝑡 + 𝑚𝑑2 = 2,873 + 91 × (0,2272+ 0,2292) = 12,34 𝑘𝑔𝑚2

Mô men xoắn cần thiết để quay khuôn:

𝑀 = 𝐼𝑞𝛾 = 12,34 ×𝜋

6 = 6,46 𝑁𝑚 trong đó:

- M (𝑁𝑚): mô men cần thiết để quay khuôn

- 𝛾 =𝜋

6 (𝑟𝑎𝑑/𝑠): tốc độ quay khuôn theo thiết kế

- 𝐼𝑞 (𝑘𝑔𝑚2): mô men quán tính trên trục quay

Ta chọn động cơ thủy lực kiểu thanh răng – bánh răng của hãng Parker – model

LTR153-045/1803P-TB13-C.[9] Theo hoạt động của máy, ta chọn loại động cơ quay có

thể dừng được ở ba vị trí Vị trí giữa (nghiêng so với vị trí khuôn ngửa lên trên một góc 45 độ) là vị trí để người vận hành dễ phun chất bôi trơn khuôn

Hình 3-5 Cơ cấu quay kiểu thanh răng - bánh răng LTR153-045/1803P-TB13-C

Bảng 10 Thông số động cơ kiểu thanh răng – bánh răng LTR153-045/1803P-TB13-C

Áp suất làm việc tối đa 100 bar (1500 PSI)

❖ Các thông số chế độ làm việc

Tốc độ quay khuôn theo thiết kế: 𝑛 =𝜋

6𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 5 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 Lưu lượng cần cấp cho động cơ:

𝑄𝑑𝑐1 = 𝐷 × 𝑛

𝜂𝑣× 1000=

248 × 50,9 × 1000= 1,38 𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡 trong đó:

- 𝑄𝑑𝑐1 (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡): Lưu lượng cần cấp cho động cơ

- 𝐷 (𝑐𝑚3/𝑣ò𝑛𝑔) : lưu lượng riêng của động cơ

- 𝑛 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡): Số vòng quay của trục động cơ thủy lực

- 𝜂𝑣 = 0,9: Hiệu suất thể tích của motor

Áp suất đầu vào của động cơ: 𝑝1 =𝑀𝑙 ×63

𝜂 ℎ𝑚 𝐷 =6,46×63

0,9×248 = 1,82 𝑏𝑎𝑟 trong đó:

- 𝑝1 : áp suất đầu vào động cơ thủy lực

- 𝑀𝑙 : mô-men trên trục động cơ thủy lực

- 𝐷: Lưu lượng riêng của động cơ

- 𝜂ℎ𝑚 = 0,9: Hiệu suất cơ của động cơ thủy lực

3.4 Thiết kế cụm nâng khuôn

3.4.1 Tổng quan về chức năng và cấu tạo cơ cấu

Cụm nâng hạ khuôn có hai chức năng chính:

- Chức năng thứ nhất: nâng hạ khuôn trong quá trình úp khuôn, tạo không gian để khi úp khuôn không va đạp xuống nền làm giảm tuổi thọ khuôn

- Chức năng thứ hai: nâng khuôn lên cao để rút sản phẩm ra khỏi khuôn

Cấu tạo cụm nâng hạ khuôn cơ bản như sau:

- 1 bệ lắp xy lanh quay khuôn một bên; bên kia chỉ lắp cụm lắp trục quay

- Bệ lắp xy lanh được lắp trên một cặp trục trượt theo phương thẳng đứng

- Cơ cấu cánh tay đòn dẫn động quá trình nâng hạ theo nguyên lý đòn bẩy

Hình 3-6 Cụm nâng khuôn

3.4.2 Tính chọn xy lanh nâng khuôn

❖ Mục đích

Cơ cấu nâng khuôn có tác dụng rút khuôn khỏi sản phẩm sau định hình

Để thực hiện quá trình nâng khuôn, cần dùng hai xy lanh dẫn động khâu quay của cơ cấu kiểu tay quay con trượt đưa khuôn tịnh tiến theo phương thẳng đứng

❖ Biểu đồ phân tích lực cơ cấu

Hình 3-7 Biểu đồ lực tác động lên xy lanh nâng khuôn

Khối lượng tải mỗi xy lanh nâng khuôn phải chịu:

𝑚𝑣𝑛 = 𝑚𝑘 + 𝑚𝑡𝑏 + 𝑚𝑟 + 𝑚𝑙

= 96 + 86 + 6,4 + 3,66 = 192,06 𝑘𝑔 trong đó:

- 𝑚𝑣𝑛: khối lượng tải xy lanh nâng khuôn phải chịu

- 𝑚𝑘: khối lượng khuôn quay (lòng khuôn đã đầy liệu và đã được định hình – trường hợp khối lượng lớn nhất)

- 𝑚𝑟: khối lượng động cơ quay khuôn

- 𝑚𝑙: khối lượng hai khâu liên kết với thành bên và khâu lắp xy lanh

Xét cân bằng mô men xoắn quanh tâm quay O:

Σ𝑀 = 0 ⇔ 𝑚𝐺 𝑂𝐴 + 𝑚𝑘 𝑂𝐶 + 2𝑚𝑥𝑙 𝑂𝐵 = 0

⇔ 24,7 × 0,131 + 192,06 × 0,6 + 𝑚𝑥𝑙× 0,161 = 0

⇒ 𝑚𝑥𝑙 = 368,06 𝑘𝑔 Tải trọng tác dụng lớn nhất lên mỗi xy lanh: 𝑚𝑥𝑙 = 366,06 𝑘𝑔

với: - 𝐾 = 366,06 𝑘𝑔 - tải trọng tới hạn

- E - modun đàn hồi, 𝐸 = 2,1 × 106 ( 𝑘𝑔/𝑐𝑚2) ( đối với thép)

trong đó:

- 𝑠 = 3.5: hệ số an toàn

❖ Tính đường kính trong của xy lanh

Theo công thức tính lực ở hành trình tiến của xylanh, lực tác dụng lên xy lanh:

𝐹 = 𝑃 𝜋.𝐷2

4 (N) trong đó:

- 𝐹: là lực tạo ra ở đầu cần piston

- 𝑃 = 35 𝑏𝑎𝑟: áp suất làm việc của xy lanh

- 𝐷 (𝑚): là đường kính trong của xy lanh

- Suy ra đường kính của xylanh là:

𝐷 = 2 √ 𝐹

𝜋 𝑝= 2 √

3587,4

𝜋 35 105 ≈ 0,03613 𝑚 = 36,13 𝑚𝑚 Chọn sơ bộ 𝐷 = 40 𝑚𝑚, áp suất làm việc cần thiết là:

𝑃 = 4𝐹

𝜋𝐷2 = 4 × 3587,4

𝜋 × 0,042× 105 = 28,55 (𝑏𝑎𝑟)

Dựa theo các thông số tính toán ở trên, ta chọn xy lanh thủy lực dòng CHN của SMC với các thông số như sau:

Bảng 11 Xy lanh thủy lực dòng CHN

Áp suất tối đa danh nghĩa 70 bar

Đường kính trong xy lanh 40 mm

Hình 3-8 Xy lanh nâng khuôn

❖ Lưu lượng cần cấp cho xy lanh

Lưu lượng cần cấp cho xy lanh được tính theo công thức như sau:

trong đó:

- 𝑄 (𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡) là lưu lượng cần cấp cho xy lanh

- 𝑓 (𝑑𝑚2) là diện tích tác dụng của xy lanh (đối với hành trình tiến hay lùi)