Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cán nhíp ô tô

1.2 Công nghệ sản xuất nhíp ô tô Nhà máy được chuyển giao công nghệ sản xuất từ tập đoàn Daewon – Hàn Quốc và được trang bị hệ thống thiết bị máy móc tiên tiến, hiện đại như máy cắt thủ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS HOÀNG MINH CÔNG

Sinh viên thực hiện: HUỲNH TẤN PHÚC

NGUYỄN VĂN KÍNH

Đà Nẵng, 2019

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô đang không ngừng phát triển ở Việt Nam song song với đó là sự phát triển của ngành cơ khí và tự động hóa đang được chú trọng hơn Khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất ta có thể giảm bớt được chi phí, công sức và quan trọng nhất là sức khỏe đối với con người

Là sinh viên ngành Công nghệ chế tạo máy thuộc khoa Cơ khí- Trường đại học Bách Khoa Đà nẵng, chúng em đang có những cơ hội và thách thức khi đang học ở năm cuối của trường Hiểu được tầm quan trọng của ngành cơ khí nên chúng em đang không ngừng trao dồi kiến thức để có thể làm việc tốt nhất sau khi ra trường

Được nhà trường tạo điều kiện cùng với sự đồng ý của “Công ty sản xuất nhíp ô tô Trường Hải”, nhóm chúng em có cơ hội làm Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cán nhíp ô tô” tại công ty, tiếp cận với môi trường làm việc chuyên nghiệp và sau cùng là hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Với đề tài này chúng em đã

được học tập và vận dụng nhiều kiến thức đã học vào thực tế cũng như kỹ năng sử dụng các phần mềm như Catia, Auto Cad trong thiết kế, phân tích kết cấu, ngoài ra chúng em được làm việc nhóm phân tích, đánh giá hiệu quả để hoàn thiện mô hình hơn

Chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới khoa Cơ Khí- Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện cho chúng em làm tốt nghiệp tại Công ty Bên cạnh đó chúng em xin cảm ơn sự chỉ dẫn tận tình của thầy Th.s Hoàng Minh Công, anh Nguyễn Văn Nhân, Trưởng bộ phận Kỹ thuật, cùng các anh, chị trong công ty sản xuất nhíp ô tô Trường Hải và bạn bè đã giúp chúng em có thể hoàn thành đồ án này Trong quá trình thiết kế không thể thiếu những sai sót, rất mong sự chỉ dẫn của các thầy chỉ bảo để chúng

em có thể hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Tấn Phúc Nguyễn Văn Kính

DUT.LRCC

Lời cam kết: “ Chúng tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là công trình do chúng tôi, Huỳnh Tấn Phúc và Nguyễn Văn Kính nghiên cứu thực hiện Chúng tôi không sao chép hoặc lấy ý tưởng của ai mà không được sự cho phép hoặc trích dẫn nguồn gốc Nếu

có bất kỳ sai phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.”

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Tấn Phúc Nguyễn Văn Kính

DUT.LRCC

MỤC LỤC

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÍP Ô TÔ 8

1.1 Giới thiệu về nhíp ô tô 8

1.2 Công nghệ sản xuất nhíp ô tô 8

1.3 Các dây chuyền sản xuất 8

1.4 Nhu cầu về sản xuất nhíp ô tô 9

1.5 Hệ thống cán côn 10

1.5.1 Hệ thống cán côn hiện tại 10

1.5.2 Yêu cầu thiết kế: 11

2 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 12

2.1 Phương án 1: Thiết kế hệ thống cơ khí và điều khiển PLC cấp phôi 12

2.2 Phương án 2: Sử dụng cầu trục để cấp phôi 13

2.3 Phương án 3: Sử dụng robot gắp nhíp cấp phôi 14

3 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ THIẾT KẾ 15

3.1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống 15

3.2 Sơ đồ động của hệ thống 16

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 16

4 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỤM 1 (CỤM GẮP PHÔI) 17

4.1 Yêu cầu đặt ra 17

4.2 Phương án thiết kế: 17

4.2.1 Chọn phương án cơ cấu kẹp phôi 17

4.2.2 Chọn phương án di chuyển phôi ra khỏi lò nung 18

4.3 Sơ đồ động cụm gắp phôi 22

4.4 Tính toán 23

4.4.1 Tính lực kẹp cần thiết của má kẹp để di chuyển phôi 23

4.4.2 Tính chọn ray trượt và xi lanh cho cơ cấu gắp lá nhíp từ lò nung 26

4.4.3 Tính chọn xi lanh kéo 28

4.4.4 Tính chọn ray trượt và xi lanh cho cơ cấu định vị 29

4.4.5 Thiết kế khung giàn cho cụm 32

DUT.LRCC

5 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CỤM 2 (CỤM BĂNG TẢI CHUYỂN PHÔI) 35

5.1 Yêu cầu 35

5.2 Phương án thiết kế 35

5.3 Sơ đồ động 37

5.4 Số liệu thiết kế 38

5.5 Tính toán bộ truyền 38

5.5.1 Tính chọn động cơ: 38

5.5.2 Tính bộ truyền xích con lăn: 39

5.5.3 Bảng thông số bộ truyền xích: 41

5.6 Thiết kế trục 41

5.6.1 Số liệu thiết kế: 41

5.6.2 Thiết kế trục: 41

5.6.3 Thiết kế mối ghép then bằng: 45

5.6.4 Tính chọn ổ lăn: 46

5.7 Mô hình thiết kế cụm băng tải 48

6 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CỤM 3 (CỤM ĐỊNH VỊ) 50

6.1 Yêu cầu 50

6.2 Phương án thiết kế 50

6.3 Sơ đồ động 50

6.4 Tính bộ truyền vít – đai ốc 52

6.4.1 Số liệu thiết kế: 52

6.4.2 Thiết kế bộ truyền: 52

6.5 Tính chọn xi lanh 54

6.5.1 Tính xi lanh nâng phôi: 54

6.5.2 Tính xi lanh kẹp phôi: 55

6.6 Mô hình thiết kế cụm định vị 56

7 CHƯƠNG 7: BIỂU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC PHẦN TỬ THỦY KHÍ 58

7.1 Biểu đồ điều khiển 58

7.2 Các phần tử khí nén 60

7.2.1 Máy nén khí: 60

7.2.2 Bình chứa khí: 62

DUT.LRCC

7.2.3 Bộ lọc khí nén: 62

7.2.4 Van khí nén 5/2: 63

7.2.5 Van tiết lưu khí nén: 64

7.2.6 Van một chiều: 64

7.3 Các phần tử thủy lực 65

7.3.1 Bơm thủy lực: 65

7.3.2 Van an toàn: 66

7.3.3 Bộ ổn tốc: 66

7.3.4 Van phân phối thủy lực 4/3: 67

8 CHƯƠNG 8: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG 72

8.1 Lắp đặt 72

8.1.1 Lắp đặt cụm gắp phôi từ lò nung: 72

8.1.2 Lắp đặt cụm băng tải mang phôi: 74

8.1.3 Lắp đặt cụm định vị: 75

8.2 Vận hành 77

8.3 Bảo trì, bảo dưỡng 78

8.3.1 Bảo trì phục hồi: 78

8.3.2 Bảo trì phòng ngừa: 78

8.3.3 Bảo dưỡng cơ hội 78

8.3.4 Bảo trì dựa trên tình trạng: 79

8.3.5 Phương pháp bảo trì dự đoán: 79

Danh mục hình ảnh 6

Tài liệu tham khảo 81

DUT.LRCC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Một góc nhà máy nhíp ô tô 9

Hình 1-2 Quy trình sản xuất một bộ nhíp ô tô 9

Hình 1-3 Lò gia nhiệt và máy cán côn hiện tại 10

Hình 1-4 Lò gia nhiệt cán côn 11

Hình 1-5 Máy cán côn 11

Hình 2-1 Sơ đồ động phương án 1 12

Hình 2-2 Cầu trục 13

Hình 2-3 Robot gắp phôi 14

Hình 3-1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống 15

Hình 3-2 Sơ đồ động toàn hệ thống 16

Hình 4-1 Lò nung 17

Hình 4-2 Nam châm điện hút phôi 17

Hình 4-3 Cơ cấu kẹp phôi 18

Hình 4-4 Các phương pháp tạo phương chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu 19

Hình 4-5 Cơ cấu gắp phôi ra 20

Hình 4-6 Cơ cấu vít me - đai ốc 20

Hình 4-7 Xi lanh thủy lực 21

Hình 4-8 Sơ đồ động cụm gắp phôi 22

Hình 4-9 Sơ đồ phân tích lực kẹp lá nhíp 23

Hình 4-10 Cơ cấu kẹp thực tế 24

Hình 4-11 Phân tích tính lực xi lanh 24

Hình 4-12 Phân tích tính hành trình xi lanh 25

Hình 4-13 Tính ứng suất và chuyển vị 26

Hình 4-14 Ray trượt gắn lên cơ cấu kẹp 26

Hình 4-15 Cơ cấu ray trượt, con trượt 27

Hình 4-16 Phân tích lực đặt lên các con trượt 27

Hình 4-17 Bảng thông số của ray 28

Hình 4-18 Xilanh MDBT50-600Z 29

Hình 4-19 Tính khối lượng và đặt lực 29

Hình 4-20 Tính khối lượng và đặt lực 30

Hình 4-21 Bảng thông số ray 31

Hình 4-22 Kết cấu giàn đỡ 33

Hình 4-23 Tính ứng suất và chuyển vị dầm U20 34

Hình 4-24 Tính ứng suất và chuyển vị dầm chữ H 34

Hình 5-1 Băng tải cao su 35

Hình 5-2 Băng tải xích 36

Hình 5-3 Băng tải con lăn 36

Hình 5-4 Sơ đồ động cụm băng tải chuyển phôi 37

DUT.LRCC

Hình 5-5 Động cơ FV30 – 400 – 24S 39

Hình 5-6 Biểu đồ mô men 43

Hình 5-7 Kích thước chính xác của trục 45

Hình 5-8 Kích thước then bằng 46

Hình 5-9 Gối đỡ UCFC206 47

Hình 5-10 Mô hình thiết kế cụm băng tải 48

Hình 5-11 Chân đế cụm băng tải 48

Hình 5-12 Giá đỡ xích cụm băng tải 49

Hình 6-1 Sơ đồ động cụm định vị 51

Hình 6-2 Xi lanh khí nén MGPM32R100 55

Hình 6-3 Xi lanh khí nén MGPM25R200 56

Hình 6-4 Mô hình thiết kế cụm định vị 56

Hình 6-5 Chân đế cụm định vị 57

Hình 6-6 Bộ phận nâng phôi và bộ phận kẹp phôi 57

Hình 7-1 Biểu đồ điều khiển Grafcet 58

Hình 7-2 Máy nén khí ly tâm 61

Hình 7-3 Bình chứa khí 62

Hình 7-4 Bộ lọc khí nén 63

Hình 7-5 Van khí nén 5/2 63

Hình 7-6 Van tiết lưu khí nén 64

Hình 7-7 Van một chiều 64

Hình 7-8 Bơm thủy lực trục vít 65

Hình 7-9 Van an toàn 66

Hình 7-10 Bộ ổn tốc 66

Hình 7-11 Van phân phối 4/3 67

Hình 8-1 Lắp đặt trụ và các dầm 72

Hình 8-2 Lắp xi lanh thủy lực và ray trượt dọc 72

Hình 8-3 Lắp xi lanh khí nén và ray trượt ngang 73

Hình 8-4 Lắp xi lanh kẹp và máng trượt 73

Hình 8-5 Lắp chân đế băng tải 74

Hình 8-6 Lắp giá đỡ xích băng tải 74

Hình 8-7 Lắp trục, động cơ, các tấm đỡ, ổ bi và các đĩa xích 75

Hình 8-8 Lắp chân đế cụm định vị 76

Hình 8-9 Lắp động cơ, ray trượt và vít me 76

Hình 8-10 Lắp cụm nâng phôi, kẹp phôi và giá đỡ 77

DUT.LRCC

PHẦN I: LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu về nhíp ô tô

Nhíp ôtô là bộ phân giảm xóc cho ôtô gồm nhiều tấm thép được ghép lại Toàn bộ tải trọng trọng của xe được đặt lên khung thông qua các nhíp này Nhờ vào khả năng đàn hồi tốt nhíp được dùng giảm các chấn động lên xe (triệt tiêu các dao động) khi xe di chuyển trên đoạn đường gồ ghề Đồng thời, nhíp cũng phải chịu ứng suất chu kì (ứng suất nén và kéo thay đổi theo chu kỳ)

1.2 Công nghệ sản xuất nhíp ô tô

Nhà máy được chuyển giao công nghệ sản xuất từ tập đoàn Daewon – Hàn Quốc và được trang bị hệ thống thiết bị máy móc tiên tiến, hiện đại như máy cắt thủy lực, lò gia nhiệt cuộn tai, thiết bị định hình tai bao/tai cuộn, lò gia nhiệt cán côn, thiết bị định hình đầu lá nhíp (lực nhấn 120 tấn), lò nung nhíp ngắn và nhíp dài, thiết bị uốn biên dạng lá nhíp ngắn và lá nhíp dài, lò ram, hệ thống sơn nhúng, các thiết bị kiểm tra (độ cứng, thử tải bộ nhíp, độ bền mỏi, đo độ song song tai nhíp) và các thiết bị khác như: máy này tai nhíp, máy ép bạc, máy ép rive,…

1.3 Các dây chuyền sản xuất

Dây chuyền cán côn: phôi thép được nhập khẩu từ Hàn Quốc được đưa qua máy cắt thủy lực sau đó gia nhiệt phôi thép tại lò gia nhiệt và đưa qua cuộn đầu tai nhíp hoặc cán côn lá nhíp

Dây chuyền nhiệt luyện: chức năng của chuyền này là uốn biên dạng lá nhíp và đột

lỗ tâm nhíp Các phôi nhíp được chuyển từ chuyền cán côn qua và được nung tại lò nung nhíp ngắn hoặc nhíp dài tùy theo chiều dài phôi nhíp Sau khi nung các lá nhíp được đưa qua đột lỗ tâm và uốn biên dạng, sau đó được chuyển tới lò ram để ram Ra khỏi lò ram là kết thúc công đoạn tại chuyền nhiệt luyện

Dây chuyền phun bi - sơn nhúng: trước khi sơn nhúng thì lá nhíp phải trải qua công đoạn phun bi nhằm mục đích tăng độ bền mỏi cho lá nhíp, sau khi sơn nhúng xong thì được sấy ngay tại lò sấy

Dây Chuyền lắp ráp và sơn hoàn thiện: các lá nhíp có thiết kế khác nhau thì được công nhân tiến hành doa lỗ nhíp hoặc tán rive hoặc ép bạc lót, sau đó được đưa lên chuyền lắp ráp Sau khi lắp ráp nhíp bộ đưa qua máy thử tải, chuyển tới phòng sơn hoàn thiện và qua lò sấy

DUT.LRCC

Hình 1-1 Một góc nhà máy nhíp ô tô

1.4 Nhu cầu về sản xuất nhíp ô tô

Công suất nhà máy sản xuất nhíp ô tô đạt 6000 tấn/ năm, trong đó lượng nhíp sản xuất tại nhà máy luôn đạt trên 4000 tấn trên năm và đang mở rộng thị trường trong nước

và quốc tế

DUT.LRCC

1.5 Hệ thống cán côn

Hệ thống cán côn nhíp thuộc dây chuyền cán côn

Hình 1-3 Lò gia nhiệt và máy cán côn hiện tại

Công đoạn cán côn có 03 thiết bị chính: lò nung, thiết bị cán côn, thiết bị cắt đột định hình Phôi nhíp đi từ lò nung => cán côn => cắt, đột định hình

1.5.1 Hệ thống cán côn hiện tại

- Công đoạn này được thực hiện thủ công, có 03 nhân công thực hiện (01 nhân sự cấp phôi vào lò nung, 02 nhân sự thực hiện gia công cán côn và cắt, đột định hình) Sản lượng 1.695 sản phẩm/8h (17 giây/1 sản phẩm)

- Môi trường làm việc gần lò nung có nhiệt độ cao, phôi nhíp nặng (max 30Kg) nên ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động

- Cảm biến vị trí giúp cho khi nào công nhân lấy phôi thì băng chuyền mới tiếp tục

+ Đối với thép có bề dày 7 – 12 mm nhiệt độ lò là 1000 ± 10o C

+ Đối với thép có bề dày > 12 mm nhiệt độ lò là 1100 ± 10o C (thép ở pha Austenit

có tính dẻo để dễ dàng gia công)

DUT.LRCC

Hình 1-4 Lò gia nhiệt cán côn

Hình 1-5 Máy cán côn

1.5.2 Yêu cầu thiết kế:

- Sản lượng yêu cầu của cơ cấu tối thiểu là 2.060 sản phẩm/8h (14 giây/1 sản phẩm)

- Tiết kiệm được sức lao động và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân

- Các cơ cấu phải đảm bảo kẹp và gia công được phôi thép có chiều dài từ 300÷1800(mm), rộng 50÷100(mm), dày 8÷22(mm)

DUT.LRCC

2 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Phương án 1: Thiết kế hệ thống cơ khí và điều khiển PLC cấp phôi

Hình 2-1 Sơ đồ động phương án 1

- Thay đổi phương án điều khiển dễ dàng hơn

- Giá thành tương đối thấp

- Độ tin cậy cao

- Có thể làm việc trong môi trường nhiệt độ cao và bụi

Nhược điểm:

- Độ chính xác thấp, độ ổn định của máy không cao

- Tốn nhiều diện tích không gian nhà máy

2.2 Phương án 2: Sử dụng cầu trục để cấp phôi

2.3 Phương án 3: Sử dụng robot gắp nhíp cấp phôi

Ưu điểm:

- Lá nhíp được xếp đồng đều

- Có thể dễ dàng thay đổi phương án sản xuất

- Độ ổn định cao chi phí bảo dưỡng thấp

Nhược điểm:

- Mức đầu tư ban đầu cao hơn, hiệu quả phải cần thời gian để kiểm chứng

- Thời gian đáp ứng liên tục không cao (7s)

- Yêu cầu nhân viên vận hành có chuyên môn cao điều khiển

- Nếu robot hỏng thì toàn bộ hoạt động sẽ phải dừng lại để sửa chữa

Hình 2-3 Robot gắp phôi

Từ các ưu điểm và nhược điểm của mỗi phương án trên, ta chọn phương án 1 – cấp phôi bằng hệ thống cơ khí và điều khiển PLC Phương án này có độ chính xác tương đối cao, dễ tiến hành tự động hóa, mức đầu tư không cao

DUT.LRCC

PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống

Dựa trên vị trí của lò nung và máy cán côn hiện tại ta bố trí các cụm máy như sau:

Hình 3-1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống

Phôi được nung nóng trong lò đến nhiệt đồ cần thiết đối với từng loại nhíp: + Đối với thép có bề dày 7 – 12 mm nhiệt độ lò là 1000 ± 10o C

+ Đối với thép có bề dày > 12 mm nhiệt độ lò là 1100 ± 10o C (thép ở pha Austenit

có tính dẻo để dễ dàng gia công)

Hệ thống cấp phôi được chia ra thành 3 cụm chính:

Cụm 1: Cụm kẹp, gắp phôi từ lò nung

Cụm 2: Cụm băng tải di chuyển phôi

Cụm 3: Cụm định vị phôi

DUT.LRCC

3.2 Sơ đồ động của hệ thống

Hình 3-2 Sơ đồ động toàn hệ thống

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Khi có tín hiệu từ cảm biến của lò nung, cụm 1 sẽ gồm có 3 xi lanh, xi lanh thủy lực sẽ định vị cơ cấu kẹp chính giữa lá nhíp ( vì phôi nhíp có chiều dài khác nhau nên cần phải định vị bằng xi lanh lanh thủy lực) cơ cấu kẹp sẽ kẹp phôi và một xi lanh khí nén sẽ rút ra, sau khi rút ra thì xi lanh kẹp nhả lên băng tải ở cụm 2

- Cụm 2 sẽ hoạt động khi có tín hiệu cảm biến của lá nhíp đã được đặt lên từ cụm 1 sau đó băng tải sẽ chuyển phôi đến cuối băng tải ở đó sẽ có cảm biến nhận biết lá nhíp và sẽ cho dừng băng tải

- Sau khi có tín hiệu của cảm biên ở cuối băng tải cụm 3 sẽ có 1 xi lanh nâng lên mang theo máng ngiêng và lá nhíp sẽ trượt vào 3 con lăn kẹp, sau khi trượt vào 3 con lăn kẹp, xi lanh sẽ đẩy để kẹp lá nhíp và cơ cấu vít me sẽ đẩy lá nhíp định vị đúng cữ hành trình để định vị lá nhíp sau đó cơ cấu gắp sẽ gắp vào máy cán côn

DUT.LRCC

4 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỤM 1 (CỤM GẮP PHÔI)

4.1 Yêu cầu đặt ra

- Gắp phôi từ lò nung (phôi có kích thước 300÷1800mm, rộng 50÷100mm, dày 8÷22mm) khối lượng tối đa của phôi là 31 kg, đặt lên cụm 2 và định vị sao cho tâm của phôi nằm giữa cụm băng tải (cụm 2)

- Thời gian tối đa 1 lần gắp (cycle time) 8 giây

- Gắp phôi được nung nóng ở nhiệt độ cao

- Tự động hóa hoàn toàn

4.2 Phương án thiết kế:

4.2.1 Chọn phương án cơ cấu kẹp phôi

Kẹp phôi có nhiệm vụ kẹp cứng phôi ở trong lò để di chuyển phôi ra khỏi lò

Phương án 2: Sử dụng xi lanh khí nén để kẹp phôi

Hình 4-3 Cơ cấu kẹp phôi

- Cơ cấu nhỏ gọn, có thể tạo nên lực kẹp lớn, độ tin cậy khá cao

- Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao

Nhược điểm:

- Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng

- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử

- Tính nén được: khí nén không cho phép piston đạt được vận tốc đều bằng hằng số

Ta thấy được ưu điểm vượt trội của phương án 2 và nó cũng hợp lý với lò nung và cơ cấu máy hiện tại nên ta chọn phương án 2 là phương án thiết kế cơ cấu kẹp giữ phôi

4.2.2 Chọn phương án di chuyển phôi ra khỏi lò nung

Cụm có nhiệm vụ di chuyển phôi từ lò nung đến cụm băng tải để di chuyển phôi

DUT.LRCC

Hình 4-4 Các phương pháp tạo phương chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu

Để tạo phương chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu ta chọn ray trượt

Ưu điểm:

- Cơ cấu nhỏ gọn

- Làm việc êm, không cần điều chỉnh khi mòn do ma sát lăn nên ít bị mòn

- Giá thành hạ, ray trượt đã được tiêu chuẩn hóa nên có thể dễ dàng thay thế cho nhiều cơ cấu trong nhà máy, quá trình bảo trì cũng đơn giản hơn

- Lắp đặt dễ dàng

DUT.LRCC

Nhược điểm:

- Phải bôi trơn thường xuyên

Phương án 1: Sử dụng xi lanh khí nén kéo ra

Ưu điểm:

- Cơ cấu nhỏ gọn dễ lắp đặt

- Vận tốc di chuyển lớn có thể kéo lực lớn độ tin cậy cao

- Hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao của lò nung

Ưu điểm:

- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ

- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

- Mất mát do ma sát nhỏ

Nhược điểm:

- Khả năng tải kém

- Giá thành cao do việc chế tạo cần chính xác

Ta chọn phương án 1 làm phương án để di chuyển phôi ra khỏi lò nung vì cơ cấu nhỏ gọn

dễ bố trí các cụm và có thể chịu tải trọng nặng

Cơ cấu định vị phôi:

-Phương án 1: Sử dụng vít me kèm theo động cơ servo để di chuyển phôi và định vị phôi -Phương án 2: Sử dụng xi lanh thủy lực

Hình 4-7 Xi lanh thủy lực

Ưu điểm:

- Dễ sử dụng, mang đến hiệu quả cao

- Có khả năng truyền áp lực mạnh với công suất cao

- Thiết kế nhỏ gọn, mang tính ứng dụng cao cho nhiều loại máy móc công trình

- Độ tin cậy cao trong hoạt động, ít đòi hỏi phảo bảo dưỡng thường xuyên

- Có thể làm việc ở tốc độ cao mà không sợ va đập mạnh

- Theo dõi dễ dàng bằng áp kế để điều chỉnh hệ số phù hợp ngay cả những hệ thống phức tạp

DUT.LRCC

- Có thể điều chỉnh được vị trí di chuyển hành trình xi lanh nên có thể định vị đúng

- Độ tỏa nhiệt cao khi quá trình hoạt động nhanh, công suất lớn

Ta chọn phương án dùng xi lanh thủy lực cho cụm định vị phôi vì, tải trọng ở đây nặng và cần chuyển động chính xác nên dùng xi lanh thủy lực là hợp lý

4.3 Sơ đồ động cụm gắp phôi

Cụm gắp phôi sử dụng cơ cấu di chuyển dọc và ngang để gắp phôi rút ra khỏi lò và định

vị phôi theo chiều ngang

Hình 4-8 Sơ đồ động cụm gắp phôi

DUT.LRCC

4.4.1 Tính lực kẹp cần thiết của má kẹp để di chuyển phôi

Ta có các lực tác dụng trên lá nhíp AE như sau:

Hình 4-9 Sơ đồ phân tích lực kẹp lá nhíp

Hình 4-10 Cơ cấu kẹp thực tế

Hình 4-11 Phân tích tính lực xi lanh

k xl

Tính đường kính trong xi lanh:

Với áp suất hiện tại của nhà máy là p=0.6 Mpa

Suy ra:

4 4.592

35.4 .0, 6

Hình 4-12 Phân tích tính hành trình xi lanh

Suy ra hành trình xi lanh cần thiết là L=FA-FC=615.1-582.5=32,6mm

Từ đường kính và hành trình ta chọn xi lanh CDQ2D50-35 với đường kính trong xi lanh

là 50mm, hành trình là 35mm

 Nghiệm bền một số chi tiết

- Đối với cơ cấu kẹp ta có lực đẩy lớn nhất tác dụng lên má kẹp cố định là

Hình 4-13 Tính ứng suất và chuyển vị

Sau khi phân tích ứng suất và chuyển vị bằng phần mềm Catia ta có

 

Chuyển vị của kết cấu rất nhỏ

Suy ra chi tiết đủ bền

4.4.2 Tính chọn ray trượt và xi lanh cho cơ cấu gắp lá nhíp từ lò nung

Hình 4-14 Ray trượt gắn lên cơ cấu kẹp

DUT.LRCC

Từ những ưu điểm của ray trượt bi như truyền động chính xác, dễ lắp ráp, cơ cấu nhỏ gọn,

ta chọn ray trượt là chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu

Hình 4-15 Cơ cấu ray trượt, con trượt

Phân tích các lực đặt lên block trượt

Ta có W là trọng lực của cơ cấu kẹp, tính toán bắng phần mền ta có W=410N (41Kg)

F là trọng lực từ lá nhíp đặt lên, đối với lá nhíp nặng nhất F= 310 N

P1, P2, P3, P4 là các lực đặt lên các block trượt

Hình 4-16 Phân tích lực đặt lên các con trượt

Hình 4-17 Bảng thông số của ray

Dựa vào tải trọng đặt lên, ta chọn ray EGH15SA có C=5.35 > 0.647 (kN)

4.4.3 Tính chọn xi lanh kéo

Lực kéo xi lanh phụ thuộc vào lực ma sát của con trượt đối với thanh dẫn hướng

Để cụm có thể di chuyển được thì lực kéo của xi lanh phải lớn hơn lực ma sát của ray trượt gây ra

Ta có công thức tính lực ma sát của ray trượt theo catalog MISUMI:

Thời gian di chuyển nhỏ nhất là 0,5s

Lực quán tính lớn nhất của cơ cấu là:

Từ đường kính và hành trình ta chọn xi lanh MDBT50-600Z với đường kính trong xilanh

là 50mm, đường kính ty là 20mm, hành trình là 600mm

Hình 4-18 Xilanh MDBT50-600Z

4.4.4 Tính chọn ray trượt và xi lanh cho cơ cấu định vị

Toàn bộ cơ cấu gồm gắp kẹp phôi có khối lượng tính toán trên phần mền là 77 kg

Và lá nhíp nặng nhất có khối lượng 31 kg

Trường hợp 1: Khi cơ cấu lùi về

DUT.LRCC

Phân tích các lực đặt lên con trượt

Ta có:

- W là trọng lực tấm cố định cơ cấu (có khối lượng 3.6 Kg suy ra W=36 N)

- F là trọng lực của cơ cấu kẹp và lá nhíp, tính toán bắng phần mền ta có F=1080N (108Kg)

P1, P2, P3, P4 là các lực đặt lên các con trượt

Trường hợp 2: Khi cơ cấu dũi ra xa nhất

Hình 4-20 Tính khối lượng và đặt lực

Vậy tải trọng lớn nhất đặt lên 1 con trượt là 1254 N

Hình 4-21 Bảng thông số ray

Dựa vào tải trọng đặt lên, ta chọn ray EGH15SA có C=5.35 (kN)

Thời gian di chuyển nhỏ nhất là 0,6(s)

Lực quán tính lớn nhất của cơ cấu là:

4.4.5 Thiết kế khung giàn cho cụm

Để đáp ứng yêu cầu của hệ thống gắp phôi có thể di chuyển theo các phương ngang, dọc, cụm khung dàn là toàn bộ kết cấu gồm các trụ, dầm để chứa cụm mang phôi Cụm khung dàn được thiết kế với kích thước, hình dáng sao cho cụm mang phôi có thể di chuyển được trên nó Ngoài ra, cụm khung dàn cũng phải đảm bảo tính cứng vững để toàn bộ hệ thống gắp phôi hoạt động ổn định và hiệu quả

a Thông số đầu vào của kết cấu:

Kích thước phôi dài nhất là 1800mm

Khối lượng các bộ phận theo thiết kế sơ bộ:

- Khối lượng phần tử kẹp phôi và kéo phôi ra khỏi lò là 41 kg

- Khối lượng phần tử di chuyển ngang là 36kg

- Khối lượng lá nhíp lớn nhất là 31 kg

b Thông số đầu ra của kết cấu:

- Tốc độ di chuyển bộ phận chuyển động ngang là 800mm/s

c Tính chọn dầm chữ U, H

- Khối lượng tổng đặt lên dầm là 108kg

DUT.LRCC

Tính chiều dài dầm chữ U: Từ chiều dài lớn nhất của phôi là 1800mm, ta chọn dầm 2200mm.

Hình 4-22 Kết cấu giàn đỡ

d Tra catalog cơ tính của thép ta có

Giới hạn chảy (Tensile Yield Strength): σch= 196 (N/mm2)

Giới hạn bền (Tensile Ultimate Strength): σb = 285 (N/mm2)

Phân tích bẳng phần mền:

Đặt tải trọng lên chính giữa của dầm là 1080 N

DUT.LRCC

Hình 4-23 Tính ứng suất và chuyển vị dầm U20

Hình 4-24 Tính ứng suất và chuyển vị dầm chữ H

Ta có :

- σch= 196 (N/mm2) k max 7.27Mpa  k 196Mpa

- Biến dạng lớn nhất là 0,152mm đối với dầm chữ U, còn đối với dầm chữ H là 0,201mm

Từ đó ta chọn dầm chữ U làm dầm ngang của khung vì có biến dạng nhỏ hơn và bền hơn

DUT.LRCC

5 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CỤM 2 (CỤM BĂNG TẢI CHUYỂN PHÔI)

5.1 Yêu cầu

- Chiều rộng băng tải phải đảm bảo vận chuyển được phôi có chiều dài 400-1800mm

- Khối lượng phôi lớn nhất trên băng tải là 31kg

- Thời gian phôi di chuyển trên băng tải phải nhỏ hơn 7 giây

- Di chuyển phôi đã nung nóng có nhiệt độ cao trên 1000 độ C

5.2 Phương án thiết kế

Phương án 1: Sử dụng băng tải cao su để vận chuyển phôi

Hình 5-1 Băng tải cao su

DUT.LRCC

Phương án 2: Di chuyển phôi bằng băng tải xích

Hình 5-2 Băng tải xích

Phương án 3: Di chuyển phôi bằng băng tải con lăn

Hình 5-3 Băng tải con lăn

DUT.LRCC

Vì phôi được nung nóng trên 1000 độ C nên không thể dùng băng tải cao su Phôi di chuyển theo chiều ngang của lá nhíp nên nếu dùng băng tải con lăn phôi có thể rơi rớt trong quá trình di chuyển Băng tải xích kết cấu tương đối đơn giản, phôi di chuyển ổn định

Từ các ưu nhược điểm của các phương án trên, ta chọn phương án 2: Di chuyển phôi bằng băng tải xích; với bố trí gồm 4 đường xích giúp băng tải có thể vận chuyển phôi dài ngắn khác nhau

Sau khi được cụm 1 gắp ra khỏi lò nung, phôi sẽ được đặt trên xích tải và di chuyển

về cuối băng tải Tại đây, phôi sẽ được giữ lại bởi các cữ chặn đặt ở cuối hành trình, cảm biến phát hiện vật có tín hiệu để cụm 3 bắt đầu hoạt động

5.4 Số liệu thiết kế

- Lực vòng trên băng tải: F = 650 (N)

- Vận tốc của băng tải: v = 0,34 (m/s)

5.5 Tính toán bộ truyền

5.5.1 Tính chọn động cơ:

- Hiệu suất truyền động

𝜂 = 𝜂𝑥𝜂𝑜𝑙

Trong đó: 𝜂𝑥 = 0,9 : Hiệu suất bộ truyền xích để hở

𝜂𝑜𝑙 = 0,99 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn được che kín

- Chọn sơ bộ đường kính đĩa xích D = 110mm = 0,11m

- Vậy chọn động cơ có gắn hộp giảm tốc FV30 – 400 – 24S của hãng TPG có đường

kính trục ra 30mm; công suất 0,4kW; giảm tốc 24 lần; loại motor có thắng; số vòng quay n = 1440 (vg/ph)

DUT.LRCC

Hình 5-5 Động cơ FV30 – 400 – 24S

5.5.2 Tính bộ truyền xích con lăn:

- Chọn loại xích xích ống con lăn

- Tỷ số truyền của bộ truyền xích là u = 1

- Chọn số răng 𝑍1=𝑍2= 29 – 2u = 29 – 2.1 = 27 (răng)

- Tính hệ số điều kiện sử dụng xích K = 𝐾𝑟𝐾𝑎𝐾𝑜𝐾𝑑𝑐𝐾𝑏𝐾𝑙𝑣= 1.1.1.1,1.1,5.1,12 = 1,85 Trong đó:

o 𝐾𝑟 là hệ số tải trọng động, dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác động lên bộ truyền tương đối êm, 𝐾𝑟 =1

o 𝐾𝑎hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục hay chiều dài xích, 𝐾𝑎=1

o 𝐾𝑜 hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền, 𝐾𝑜=1

o 𝐾𝑑𝑐 hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích: điều chỉnh bằng đĩa căng xích, 𝐾𝑑𝑐=1,1

o 𝐾𝑏 hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: bôi trơn định kì 𝐾𝑏=1,5

o 𝐾𝑙𝑣 hệ số xét đến chế độ làm việc: làm việc 2 ca 𝐾𝑙𝑣 =1,12

- Công suất tính toán:

𝑃𝑡 =𝐾 𝐾𝑧 𝐾𝑛 𝑃

𝐾𝑥Chọn n01 = 50 (vg/ph)