Nghiên cứu chế tạo đồ gá hàn tự động nối mặt bích với ống xy lanh thủy lực

Hiện nay công việc chế tạo Xylanh thủy lực còn mang tính thủ công, chiếm tỷ trọng nhân công lớn, không an toàn trong quá trình thực hiện và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, thẩm mỹ củ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đinh Minh Diệm

Phản biện 1: TS Võ Như Thành

Phản biện 2: PGS.TS Thái Thế Hùng

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc

sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí họp tại Trường Đai học Bách khoa vào ngày …… tháng ……… năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa , Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, do đó việc sáng kiến cải tiến và thực hiện các biện pháp nâng cấp công nghệ và hợp lý hóa sản xuất để nâng cao chất lượng, tăng năng suất lao động, là việc rất cần thiết

Hiện nay công việc chế tạo Xylanh thủy lực còn mang tính thủ công, chiếm tỷ trọng nhân công lớn, không an toàn trong quá trình thực hiện và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, thẩm mỹ của sản phẩm.Để giải quyết

các yêu cầu nêu trên, việc chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế đồ gá hàn tự

nối động mặt bích với ống xy lanh thủy lực” là rất cấp thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tính toán thiết kế, cải tiến Trang bị Công nghệ ở quá trình hàn mặt bích xy lanh vào ống xy lanh thủy lực, hàn kín ống xy lanh thủy lực vào mặt bích xy lanh xe tại Công ty Cổ phần Ô tô Trường Hải

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Các loại xy lanh thủy lực xe tải của C.ty Cổ phần Ô tô Trường Hải

- Công nghệ Hàn bán tự động, tự động;

- Quy trình hàn xy lanh thủy lực xe tải;

- Đồ gá kẹp và quay tròn ống xy lanh thủy lực để hàn tự động thép tấm mặt bích của xy lanh vào ống xy lanh thủy lực xe tải

Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu thiết bị và công nghệ hàn xy lanh thủy lực xe tải

- Nghiên cứu kết cấu hệ thống Cơ khí, gồm: Hệ thống cơ cấu đồ gá quay tròn ống xy lanh thủy lực xe tải; Hệ thống hàn tự động thép tấm mặt bích của xy lanh vào ống xy lanh thủy lực xe tải

- Nghiên cứu điều khiển hệ thống khí nén cho hệ thống hàn tự động thép; Nghiên cứu chọn, thiết kế trang bị công nghệ ở các bước phù hợp trong quy trình hàn xylanh thủy lực xe tải

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết:

+ Nghiên cứu tự động hóa quá trình sản xuất; Nghiên cứu thiết bị và công nghệ hàn

+ Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa

2

liên quan tới đề tài

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Có thể ứng dụng cho các dây chuyền sản xuất tương tự

- Phục vụ công tác đào tạo nhân lực chuyên ngành hàn

6 Cấu trúc của luận văn

Chương 1 - Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết

Chương 3 - Chọn phương án, tính toán, thiết kế trang bị công nghệ cho quá trình hàn mặt bích vào ống xy lanh thủy lực

Kết luận

Danh mục tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế đồ gá hàn tự động mặt bích với ống

xy lanh thủy lực” , cần tập trung nghiên cứu các vấn đề chính như sau:

1.1 GIỚI THIỆU CÁC DÕNG XE Ô TÔ TẢI BEN THACO

1.2 CẤU TẠO XY LANH XE TẢI

1.2.1 Bản vẽ tổng thể của xy lanh

1.2.2 Các bộ phận của xy lanh

Hình 1-1: Hình ảnh các chi tiết của xylanh thủy lực a)Cụm thân xylanh, b) Cụm cần ty, c) Tổng thể xylanh

1.2.3 Các chi tiết của xy lanh

1.2.4 Định mức vật tư của xy lanh thủy lực

1.3 CÁC LOẠI XY LANH ĐƯỢC CHẾ TẠO HIỆN NAY

- Xy lanh 190 x 970; Xy lanh 160 x 620; Xy lanh 140 x 570; Xy lanh 120 x

3

470; Xy lanh 63 x 470

Thông số xylanh 63 x 470

Hình 1- 2: Bản vẽ các kích thước cơ bản của xylanh thủy lực 63 x 470

Bảng 1-1: Bảng của xylanh thủy lực 630 x 470

1 Hàn đính bích ống dầu hồi vào ống dầu hồi

2 Hàn trong quanh đường kính 2 vị trí liên kết của cụm ống dầu hồi

Hình 1-3: Hình ảnh các chi tiết của cụm ống dầu hồi

Bảng 1-3: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo

những sai lỗi của công việc hàn ống dầu hồi

1.4.2 Hàn cụm thân trên Xylanh thủy lực

Bảng 1-4: Bảng trình tự hàn cụm thân trên xylanh thủy lực

STT Trình tự công việc

1 Hàn gá mặt bích thân xy lanh vào thân xy lanh được cụm thân trên (hình 3)

2 Hàn quay 2 vị trí liên kết bích và thân xy lanh

3 Chuyển cụm đến trạm doa để doa đường kính trong ty ben

4 Chuyển đến trạm tiếp theo

Hình 1-4: Hình ảnh các chi tiết của cụm thân trên Xylanh thủy lực

Bảng 1-5: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi của công việc hàn cụm thân trên Xylanh thủy lực

ĐIỂM KIỂM TRA CHẤT

LƯỢNG

CẢNH BÁO NHỮNG SAI LỖI

1 Kiểm tra vị trí tương quan giữa

các chi tiết lắp ghép 1 Không thể lắp ráp với các cụm khác

2 Kiểm tra chất lượng mối hàn 2 Nứt gãy, rò rỉ dầu trong quá trình làm

việc

3 Kiểm tra đường kính trong sau

khi doa

3 Không đảm bảo kích thước lắp ghép

1.4.3 Hàn cụm thân dưới Xylanh thủy lực

Bảng 1-6: Bảng trình tự hàn cụm thân dưới xylanh thủy lực

STT Trình tự công việc

1 Hàn co dầu vào vào bịt thân xy lanh được cụm 1

2 Hàn đế xy lanh vào cụm 1 được cụm đế dưới

3 Mài sạch bavia mối hàn

4 Chuyển đến trạm tiếp theo

5

Hình 1-5: Hình ảnh các chi tiết của cụm thân dưới xylanh thủy lực Bảng 1-7: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi của công việc hàn cụm thân dưới xylanh thủy lực

ĐIỂM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CẢNH BÁO NHỮNG SAI LỖI

1 Kiểm tra vị trí tương quan giữa các

chi tiết lắp ghép 1 Không thể lắp ráp ty ben với hệ thống nâng

2 Kiểm tra chất lượng mối hàn 2 Nứt gãy, rò rỉ dầu trong quá trình

làm việc

1.4.4 Hàn cụm thân Xylanh thủy lực

Bảng 1-8: Bảng trình tự hàn cụm thân xylanh thủy lực

STT Trình tự công việc

1 Hàn gá cụm thân dưới và cụm thân trên

2 Hàn quay cụm thân dưới và cụm thân trên

3 Mài sạch bavia mối hàn

4 Chuyển đến trạm tiếp theo

Hình 1-6: Hình ảnh các chi tiết của cụm thân xylanh thủy lực Bảng 1-9: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi

của công việc hàn cụm thân xylanh thủy lực

ĐIỂM KIỂM TRA CHẤT

1 Kiểm tra vị trí tương quan giữa

các chi tiết lắp ghép 1 Không thể lắp ráp với các cụm khác

2 Kiểm tra chất lượng mối hàn 2 Nứt gãy, rò rỉ dầu trong quá trình

làm việc

2 Lắp van 1 chiều (5), lò xo van 1 chiều (6) vào cụm piston

3 Lắp vòng đệm van 1 chiều (7) và siết Ecu (8) vào van 1 chiều được

cụm Piston

Bảng 1- 10: Bảng trình tự lắp ghép cụm piston xylanh thủy lực

Hình 1-7: Hình ảnh các chi tiết của cụm piston lực xylanh thủy lực

Bảng 1-11: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi của công việc lăp ghép cụm piston xylanh thủy lực

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CẢNH BÁO NHỮNG SAI LỖI

1 Kiểm tra, vệ sinh sạch

các chi tiết trước khi lắp 1 Gây trầy xướt cần và lòng xy lanh khi làm việc

STT Trình tự công việc

1 Lắp roan làm kín vào van xả khí (hình 3)

2 Lắp ráp van xả khí vào nắp xy lanh

3 Lắp phớt dẩn hướng (3), phớt chắn dầu (4), phớt chắn bụi (5) vào nắp xy lanh

4 Chuyển cụm nắp đến trạm tiếp theo

7

Bảng 1-12: Bảng trình tự lắp ghép cụm nắp ty ben xylanh thủy lực

Hình 1-8: Hình ảnh các chi tiết của cụm nắp ty ben xylanh thủy lực Bảng 1-13: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi của công việc lăp ghép cụm nắp ty ben xylanh thủy lực

ĐIỂM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CẢNH BÁO NHỮNG SAI LỖI

1 Kiểm tra, vệ sinh sạch các chi tiết

trước khi lắp

1 Gây trầy xướt cần và lòng xy

lanh khi làm việc

2 Lắp ráp đúng chiều các chi tiết 2 Rò rỉ dầu

3 Lắp Roan P35 vào cụm cần - nắp xy lanh (hình 4)

4 Lắp cụm Piston, siết đai ốc piston và chốt chống xoay bằng vít chìm

8

Hình 1-9: Hình ảnh các chi tiết của cụm cần ty xylanh thủy lực

Bảng 1-15: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi

ĐIỂM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CẢNH BÁO NHỮNG SAI LỖI

1 Kiểm tra, vệ sinh sạch các chi tiết

trước khi lắp 1 Gây trầy xướt cần và lòng xy lanh khi làm việc

2 Lắp ráp đúng chiều các cụm chi tiết,

vị trí tương quan các cụm với nhau 2 Xy lanh không hoạt động

1.4.8 Lắp ghép hoàn thiện Xylanh thủy lực

Bảng 1-16: Bảng trình tự lắp ghép hoàn thiện xylanh thủy lực

STT Trình tự công việc

1 Vệ sinh các chi tiết trước khi lắp ráp

2 Lắp cụm cần xy lanh vào cụm thân, siết các bulong liên kết nắp với thân xy lanh

3 Lắp cụm ống dầu hồi vào cụm

4 Lắp tấm lắc bằng rive rút

5 Chuyển đến trạm tiếp theo

Hình 1-10: Hình ảnh các cụm chi tiết của xylanh thủy lực

Bảng 1-17: Bảng kiểm tra chất lượng và cảnh báo những sai lỗi

của công việc lăp ghép hoàn thiện xylanh thủy lực

ĐIỂM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CẢNH BÁO NHỮNG SAI LỖI

1 Kiểm tra, vệ sinh sạch các chi tiết

trước khi lắp 1 Gây trầy xướt cần và lòng xy lanh khi làm việc

2 Lắp ráp đúng chiều các cụm chi tiết,

vị trí tương quan các cụm với nhau 2 Không thể lắp cụm tiếp theo

3 Lắp các roan làm kín bề mặt tiếp xúc 3 Rò rỉ dầu khi làm việc

9

1.5 DÂY CHUYỀN HÀN MẶT BÍCH VÀO ỐNG XYLANH THỦY LỰC XE TẢI HIỆN CÓ

1.6 CHỌN CÔNG VIỆC ĐỂ THIẾT KẾ, TRANG BỊ CÔNG NGHỆ

Trên cơ sở phân tích công việc trong qui trình hàn nối mặt bích vào ống xylanh thủy lực xe tải và ưu nhược điểm của dây chuyền hàn xylanh thủy lực xe tải xe tải Foland Ben và Auman hiện có  Các công việc cần thiết kế, trang bị công nghệ, xem sơ đồ sau:

Bảng 1-18: Bảng kê các bước trong qui trình được chọn để thiết kế,

trang bị công nghệ

Bước

thực hiện Nội dung Thiết bị, dụng cụ

Bước thiết kế, trang bị công nghệ

Bước 1 Hàn ống dầu hồi

- Máy hàn điện

- Máy hàn CO2

- Cầu trục

- Tay, Gối kê

Bước 2 Hàn cụm thân trên vào ống xylanh Trang bị công nghệ Bước 3 Hàn cụm thân dưới

hàn vào cụm thân (thân

dưới, cụm thân trên) ra

Xylanh thủy lực

- Máy ép

- Máy siết bulong

Bước 10 Tiến hành sơn, bảo quản - Máy mài

- Súng phun sơn

Cụ thể thiết kế, Trang bị Công nghệ ở các công việc cụ thể như sau:

Bảng 1-19: Bảng kê nội dung công việc trong các bước

Hàn cụm thân trên vào ống xylanh:

- Trang bị cơ cấu kẹp ống xylanh

- Thiết kế cơ cấu quay ống xylanh đã được kẹp cứng vững

10

- Trang bị thiết bị hàn mặt bích vào ống xylanh

Hàn cụm thân xylanh thủy lực:

- Trang bị cơ cấu kẹp ống xylanh

- Thiết kế cơ cấu quay ống xylanh đã được kẹp cứng vững

- Trang bị thiết bị hàn mặt bích vào ống xylanh

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN HỒ QUANG BÁN TỰ ĐỘNG VÀ TỰ ĐỘNG

2.1.1 Hàn bán tự động và hàn tự động

a Khái niệm

- Hàn bán tự động là một quá trình hàn mà dây hàn được cấp tự động vào vùng hàn còn việc di chuyển mỏ hàn được thực hiện bằng tay người điều khiển

- Hàn tự động là một quá trình hàn mà việc cấp dây hàn và di chuyển

mỏ hàn theo mối hàn được thực hiện hoàn toàn bằng máy

b Phân loại

- Hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ (khí trơ, khí hoạt tính, hỗn hợp các loại khí)

- Hàn bán tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

- Hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ (khí trơ, khí hoạt tính, hỗn hợp các loại khí)

- Hàn tự động:+ Dưới lớp thuốc bảo vệ; + Theo lớp thuốc bảo vệ

2.1.3 Hàn hồ quang tự động và bán tự động trong môi trường khí

bảo vệ

a Giới thiệu

b Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ

Hình 2-1: Mô tả nguyên lý hoạt động phương pháp hàn trong

môi trường khí bảo vệ

c Phân loại các phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ

Hình 2-3: Phân loại các phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ

11

d Đặc điểm hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ

- Khí hoạt tính: CO2, N2, H2

- Khí trơ: Ar, He

- Khi hàn người ta có thể sử dụng các loại khí trơ, khí hoạt riêng biệt hoặc hợp chất của chúng như các loại khí trơ với khí trơ, khí hoạt tính này với khí hoạt tính khác hay khí trơ với khí hoạt tính

- Hàn trong môi trường khí hoạt tính dùng cho thép cacbon, thép hợp kim thấp Hàn trong môi trường khí trơ dùng cho các loại thép hợp kim, kim loại màu như nhôm, Ti,…

2.1.3 Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc - FCAW tự động và bán tự động

a Giới thiệu

Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc - FCAW (Flux Cored Arc Welding) là phương pháp hàn tự động hoặc bán tự động, mà điện cực nóng chảy là ống kim loại, bên trong có thuốc hàn với tính năng như là vỏ bọc que hàn

2.1.4 Robot hàn

2.1.4.1 Mục tiêu

Mục tiêu ứng dụng Robot nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Điều đó xuất phát từ những ưu điểm của Robot, đã đúc kết lại qua bao nhiêu năm được ứng dụng ở nhiều nước Những ưu điểm cơ bản đó là:\

2.1.4.2 Cấu tạo chung của Robot

2.1.4.3.Ứng dụng Robot hàn

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 2.2.1 Hệ thống các trang bị khí nén

- Bình lọc khí để khử các tạp chất và trộn dầu để bôi trơn

- Van giảm áp dùng để giảm áp lực khí nén từ nguồn vào đến áp suất làm việc yêu cầu để kẹp chặt chi tiết

- Van một chiều có tác dụng bảo vệ an toàn, đề phòng việc cung cấp khí nén bị gián đoạn hoặc áp lực khí nén đột ngột bị giảm làm tháo lỏng cơ cấu kẹp

- Xi lanh dưới tác dụng của khí nén làm piston di chuyển, đẩy cơ cấu kẹp để thực hiện việc kẹp chặt chi tiết gia công

12

Hình 2-5: Hệ thống truyền động khí nén: 1- Bình lọc khí, 2- Van giảm áp, 3- Van một chiều, 4-Van phân phối, 5-Van tiết lưu, 6- Áp kế, 7- Xilanh

* Cơ cấu sinh lực bằng khí nén có thể phân loại như sau:

- Theo dạng xi lanh dẫn lực: Loại piston, xilanh màng

- Theo sơ đồ tác dụng: Loại xi lanh một chiều và loại xi lanh hai chiều

- Theo dạng gá đặt: Loại cố định và loại quay

* Xi lanh hai chiều, một piston:

- Khí nén có thể vào bên trái hoặc bên phải xi lanh, loại này hành trình piston dài, chuyển động được cả hai phía

Hình 2-6: Truyền động piston – xilanh

Điều khiển điện khí nén là sự kết hợp giữa khí nén và điện Trong thực

tế, các bộ truyền động của máy công cụ và các hệ thống tự động đều được điều khiển bằng điện – khí nén

2.2.4 Sơ đồ mạch điện khí nén:

2.2.4.1 Sơ đồ mạch điện

Trong sơ đồ mạch điện điều khiển bằng rơ le , việc truyền tín hiệu với một

rơ - le hoặc bảo vệ, người ta có thể truyền tín hiệu mạch từ đoạn mạch này sang đoạn mạch khác mà không cần nối điện giữa chúng

2.3 Cơ sở lý thuyết điều khiển PLC

13

2.3.1 Khái quát PLC

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển

2.3.2 Cấu trúc bên trong PLC

Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:

- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM

- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán

- Các modul vào /ra tín hiệu

2.3.3 Nguyên lý hoạt động PLC

Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact,

…) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

- Nghiên cứu về hệ thống điều khiển khí nén

- Nghiên cứu, tìm hiểu về Robot hàn

CHƯƠNG 3 CHỌN PHƯƠNG ÁN, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TRANG BỊ CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH HÀN MẶT BÍCH VỚI ỐNG XY LANH

XE TẢI BEN

Để chọn phương án thiết kế Trang bị Công nghệ hợp lý ở các công

việc trong dây chuyền hàn mặt bích với ống xy lanh xe tải ben, cần phân

tích các nội dung dưới đây:

3.1 CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA KHI CHỌN, THIẾT KẾ TRANG BỊ CÔNG NGHỆ

- Nâng cao năng suất của dây chuyền hàn

- Chất lượng mối hàn đảm bảo, đường hàn đều, đẹp và có độ thẩm