Thiết kế máy cuốn ống 4 trục

Để chế tạo ra các loại ống không chỉ có phương pháp uốn hàn mà còn có những phương pháp khác nhau như: Cán, ép, kéo… Tuy nhiên các phương pháp này chỉ thích hợp với việc sản xuất các đườ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CUỐN ỐNG 4 TRỤC

Người hướng dẫn: PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH

Sinh viên thực hiện: TRẦN XUÂN NAM

Đà Nẵng, 2019

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ỨNG DỤNG CỦA CÁC LOẠI SẢN PHẨM CUỐN VÀ CÁC LOẠI MÁY CUỐN HIỆN CÓ 5

1.1 Khái quát về ứng dụng của sản phẩm dạng ống 5

1.2 Sơ lược về ứng dụng của các sản phẩm cuốn 6

1.3 Các loại máy cuốn hiện có 9

1.4 Kỹ thuật cuốn: Bản chất và đặc điểm: 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY CUỐN ỐNG 12

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 12

2.1.1 Các số liệu thiết kế 12

2.1.2 Các phương án thiết kế 12

2.2 Thiết kế động học toàn máy và lựa chọn kết cấu máy 13

2.2.1 Tính toán phôi uốn 13

2.2.1.1 Xác định vị trí lớp trung hòa 13

2.2.1.2.Tính chiều dài phôi 13

2.2.1.3 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất 14

2.2.1.4 Công thức tính lực uốn 14

2.2.1.5 Tính đàn hồi khi uốn 15

2.2.2 Lựa chọn phương án dẫn động cho phôi 16

2.2.3 Lựa chọn phương án tạo chuyển động quay cho trục I 16

2.2.4 Lựa chọn phương án chuyển động cho trục uốn 19

2.2.4.1 Lựa chọn phương án di chuyển cho hai trục uốn: 19

2.2.4.2 Lựa chọn phương án truyền động nâng hai trục uốn: 20

2.2.5 Lựa chọn phương án truyền động trục ép dưới 22

2.2.6 Lựa chọn phương án tháo sản phẩm 23

2.2.7 Lựa chọn cách bố trí bánh răng cho trục chính 24

2.2.8 Xây dựng sơ đồ động học của máy 24

2.3 Thiết kế động học toàn máy 25

2.3.1 Các số liệu ban đầu: 25

2.3.2 Tính toán động lực học máy 25

2.3.3 Phân tích và tính chọn công suất động cơ và phân phối tỷ số truyền 27

2.3.3.1 Chọn công suất động cơ 28

DUT.LRCC

2.3.3.2 Chọn tỷ số truyền 28

2.3.4 Tính toán hộp giảm tốc 29

2.3.4.1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh 30

2.3.4.2 Thiết kế bộ truyền cấp chậm 1 33

2.3.4.3 Thiết kế bộ truyền cấp chậm 2 37

2.3.4.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng ngoài 40

2.3.5 Thiết kế trục, gối đỡ và then hộp tốc độ 43

2.3.5.1 Thiết kế trục 43

2.3.5.2 Cấu tạo vỏ hộp 52

2.3.6 Bôi trơn hộp giảm tốc 53

2.3.7 Thiết kế cơ cấu nâng bộ phận ép 53

2.3.8 Thiết kế trục uốn 54

2.3.8.1 Thiết kế trục uốn chủ động 1 55

2.3.8.2 Thiết kế trục uốn 3,4 56

2.3.8.3 Thiết kế gối đỡ trục 57

2.3.9 Tính chọn nối trục 58

2.3.9.1 Tính chọn khớp nối động cơ với trục vít 58

2.3.9.2Tính chọn khớp nối động cơ với hộp tốc độ 59

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 61

3.1 Tính lực ép, áp suất, đường kính piston trục II 61

3.2 Tính chọn piston cơ cấu nâng hạ trục chính 66

3.3 Tính chọn công suất bơm dầu 69

3.4 Tính toán ống dẫn dầu 71

CHƯƠNG 4: AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG MÁY 73

4.1 Quy trình vận hành máy 73

4.1.1 Bước 1 73

4.1.2 Bước 2 73

4.1.3 Bước 3 74

4.1.4 Bước 4 74

4.1.5 Bước 5 75

4.1.6 Bước 6 75

4.1.7 Bước 7 76

4.1.8 Bước 8 76

4.2 Lắp đặt vận hành và bảo dưỡng máy 77

DUT.LRCC

4.2.1 Cách lắp đặt 77

4.2.2 Yêu cầu Vận hành 77

4.2.3 Bảo dƣỡng 78

4.2.4 Sự cố máy và khắc phục 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DUT.LRCC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp nước ta

nói chung và ngành cơ khí chế tạo nói riêng đã có nhiều bước phát triển vượt bậc,

xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế của đất nước Để bắt

nhịp cùng sự phát triển bậc của ngành công nghiệp cơ khí trên thế giới, ngành cơ khí

nước ta không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt công nghệ tiên

tiến và hiện đại, đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ mới, cải tiến cách

thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước

Hiện nay nhu cầu về việc sử dụng các loại đường ống lớn ngày càng phổ biến

đối với các ngành công nghiệp như: Dầu khí, thuỷ điện, vận chuyển hoá chất, chất

đốt… là những ngành có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân

Để chế tạo ra các loại ống không chỉ có phương pháp uốn hàn mà còn có những

phương pháp khác nhau như: Cán, ép, kéo… Tuy nhiên các phương pháp này chỉ thích

hợp với việc sản xuất các đường ống cỡ nhỏ, còn đối với ống có đường kính lớn

phương pháp uốn hàn thì có nhiều tính năng vượt trội hơn so với các phương pháp

khác và nó đáp ứng được nhu cầu về việc sản xuất các đường ống cỡ lớn

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, em

được thầy giáo giao đề tài “Thiết kế máy cuốn ống 4 trục” làm đồ án tốt nghiệp

Với những kiến thức đã học ở trường cùng với quá trình tìm hiểu máy móc tại

Công Ty Cổ Phần Cơ Khí đường sắt Đà Nẵng, cùng với sự hướng dẫn tận tình của

thầy giáo Lưu Đức Bình và các thầy giáo trong khoa Cơ khí, đã giúp em hoàn thành

nhiệm vụ được giao Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đồng thời vốn kiến thức còn

nhiều hạn chế nên việc tính toán thiết kế máy không tránh khỏi những thiếu sót Em

kính mong được các thầy đóng góp ý kiến và sửa chữa để em ngày một hoàn thiện hơn

trong quá trình thiết kế sau này Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng

các thầy cô trong khoa đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Trần Xuân Nam

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ỨNG DỤNG CỦA CÁC LOẠI SẢN PHẨM

CUỐN VÀ CÁC LOẠI MÁY CUỐN HIỆN CÓ

1.1 Khái quát về ứng dụng của sản phẩm dạng ống

Các sản phẩm về ống được ứng dụng rỗng rãi và gần như được sử dụng trong hầu

hết các ngành sản xuất, các lĩnh vực của cuộc sống, chúng ta dễ bắt gặp như các

đường ống dẫn nước của các nhà máy cung cấp nước sử dụng trong đời sống hằng

ngày,những mái vòm của các sân vận động được lắp ráp bằng các kết cấu thép dạng

ống, những bồn chứa xăng khí đốt của các công ty xăng dầu với kích thước rất

lớn.Cụ thể ta có thể xem xét sơ lược về một vài ứng dụng của của chúng trong một số

lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng,hàng không vũ trụ, như trong công

nghiệp có các đường ống dẫn nước và nhiên liệu cung cấp cho hoạt động nhà máy,

các đường ống dẫn dầu dẫn khí đốt từ các vùng khai thác ngoài khơi vào tận bờ với

khoảng cách rất lớn có thể tới hàng trăm km, các loại bồn chứa của xe chở xăng dầu

khí đốt, trong các nhà máy sản xuất bê tông hầu như đều có các bồn chứa xi măng,

các ống để trộn hỗn hợp nguyên liệu,các loại bình chứa ga với áp suất rất lớn và độ

an toàn cao, trong các loại máy móc xe cộ ống được dùng làm kết cấu trong đó, trong

nông nghiệp ta có thể dễ dàng thấy đường ống cỡ lớn dẫn nước từ thượng nguồn để

phục vụ cho tưới tiêu, trong xây dựng các sản phẩm từ ống thép được dùng ta có thể

bắt gặp như các công trình được lắp ráp từ các kết cấu dạng ống, các lan can cầu

thang,các loại dàn giáo để công nhân thi công, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ

chúng ta có thể biết tới những con tàu vũ trụ, các thân tàu con thoi,thân tên lửa vv

Vì vai trò rất lớn của thép ống như vậy nên nhu cầu sản xuất ống thép để đáp ứng

nhu cầu là rất lớn.Hiện nay có rất nhiều phương pháp để chế tạo ống như cán ép

kéo tuy nhiên chúng chỉ thích hợp với việc chế tạo các ống cỡ nhỏ, với các ống có

kích thước lớn thì cuốn là phương pháp được dùng để đáp ứng nhu cầu sản xuất các

đường ống cỡ lớn đem lại năng suất chất lượng cao Hiện nay có rất nhiều loại máy

cuốn, nếu xét về cơ cấu tạo lực uốn, chúng ta có thể chia thành máy cuốn ống cơ và

máy cuốn ống thủy lực Xét về cấu tạo chúng ta có thể chia thành máy cuốn 2 trục, 3

trục, 4 trục Hoặc xét về chức năng ta có thể chia thành máy cuốn tôn có chức năng

bẻ mép, không có chức năng bẻ mép, máy cuốn có chức năng lốc nón…

DUT.LRCC

1.2 Sơ lược về ứng dụng của các sản phẩm cuốn

a Ứng dụng trong nông nghiệp: Trong các công trình thuỷ lợi, sản phẩm ống được lắp

đặt để cung cấp nước phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp trong mùa khô hoặc là những

thời điểm cần tưới tiêu nhiều các hệ thống mương máng không thể cung cấp đủ nước

hoặc là do địa hình xa bị chia cắt phức tạp nên phải sử dụng các hệ thống đường ống

cỡ để dẫn nước nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất

Hình 1.1: Ống dẫn nước tưới tiêu

b Ứng dụng trong ngành công nghiệp: Ống đóng vai trò chủ chốt trong mọi hoạt động

sản xuất:

Trong lĩnh vực dầu khí các sản phẩm của cuốn được ứng dụng đó là các đường ống

dẫn xăng dầu, khí đốt, với các đường ống có kích thước rất lớn và hệ thống đường ống

phức tạp với rất nhiều các đường ống, như ở châu âu lạnh giá khí đốt là nhiên liệu

chính để sưởi ấm nên nhu cầu khí đốt là rất lớn, tại đây có các hệ thống ống xuyên

quốc gia với quy mô vô cùng lớn, các bồn bể để chứa các chất khí lỏng, xăng dầu với

nghiệp xăng dầu sản phẩm dạng ống được sử dụng rất nhiều như dùng làm bồn chứa

dầu, hệ thống ống cấp phát, hệ thống phòng cháy chữa cháy, các loại xe bồn vận

chuyển nhiên liệu, tại các công ty có các trạm trộn bê tông sử dụng những rulo lớn để

chứa xi măng, các hệ thống trộn nhiên liệu sử dụng những đường ống có đường kính

lớn

Hình 1.3: Bồn chứa xi măng

Tại các nhà máy thủy điện ống được dùng dẫn nhiên liệu, hệ thống thu hồi, xử lý

nhiệt ở nhà máy nhiệt điện, các vỏ tuabin máy phát, các lò hơi, nồi hơi, ống thải,

ống thu hồi …

Hình 1.4: Tuabin máy phát điện và hệ thống thu hồi nhiệt

DUT.LRCC

Các hệ thống ống, các bình bồn còn dùng để chứa khí gas chịu được áp suất cao Các loại bồn dùng để sàng lọc, xử lý hóa chất tại các nhà máy hóa chất, loại này yêu cầu chất lượng và vật liệu tốt, đảm bảo vận hành tốt trong môi trường làm việc khó khăn phức tạp, chịu được áp suất, nhiệt độ làm việc cao

Hình 1.5 Các hệ thống bồn chứa ga

Trong lĩnh vực quân sự quốc phòng các sản phẩm của cuốn có thể kể đến là thân máy bay, thân các con tàu du hành vũ trụ được phóng lên khỏi sức hút của trái đất ở khoảng cách rất lớn các loại tên lửa máy bay chiến đấu các loại bom mìn

Hình 1.6 Tên lửa đang bắt đầu bay lên khỏi mặt đất

Trong lĩnh vực đóng tàu thân các con tàu thủy có kích thước lớn có thể lên tới hàng trăm tấn, các con tàu ngầm hoạt động sâu dưới đáy biển ở 1 áp suất rất cao

DUT.LRCC

Hình 1.7 Tàu ngầm của hải quân Việt Nam

Bảng 1.1: Tổng quan về các loại sản phẩm cuốn

 Ứng dụng trong nông nghiệp - Đường ống phục vụ tưới tiêu

- Hệ thống đường ống cấp nước sinh hoạt

 Ứng dụng trong công nghiệp

- Các đường ống dẫn khí, đường ống dẫn dầu…

- Tháp chưng cất dầu khí

- Bồn chứa xăng dầu, hóa chất…

- Bồn chịu áp suất như: Bồn chứa gas, bồn chữa cháy, nồi hơi…

- Hệ thống thu hồi nhiệt

 Ứng dụng trong ngành công

nghiệp quốc phòng, hàng không

vũ trụ, công nghiệp đóng tàu,

ôtô…

- Thân tàu con thoi, tàu vũ trụ…

- Thân tên lửa hành trình

- Vỏ máy bay, tàu thủy, ôtô…

- Các bệ phóng tên lửa, bệ phóng tàu con thoi…

1.3 Các loại máy cuốn hiện có

DUT.LRCC

Hình 1.8 Máy cuốn ống 2 trục

Máy cuốn 3 trục

tính linh hoạt của máy cao hơn nhờ có thêm một trục, cho năng suất cao hơn, kết cấu máy đơn giản và giá thành rẻ hơn so với máy 4 trục

suất thấp so với máy 4 trục

Hình 1.9 Máy cuốn 3 trục

biến dạng đồng đều bề mặt phôi, năng suất cao

Hình 1.10 Máy cuốn ống 4 trục

DUT.LRCC

1.4 Kỹ thuật cuốn: Bản chất và đặc điểm:

Cuốn là quá trình uốn liên tục để biến phôi tấm thành sản phẩm có dạng hình ống theo

kích thước xác định

- Đặc điểm: cuốn là sự kết hợp giữa phương pháp uốn và

phương pháp cán Ở lốc 4 trục, dưới một lực ép đủ lớn thì

lốc có thể thay đổi bề dày của tấm thép Ở cuốn 3 trục thì

không thể thay đổi bề dày được vì điểm đặc lực không

nằm trên một mặt cắt ngang của chi tiết Uốn là một phần của quá trình lốc

Bảng 1.3: Các tính chất quan trọng của kim loại tấm

Tính chịu ăn mòn - Là khả năng của kim loại chống lại sự ăn mòn của

môi trường ở nhiệt độ bình thường

Độ bền - Là khả năng của vật liệu chịu được tác động của ngoại

lực mà không bị phá hủy

Độ cứng - Là khả năng của vật liệu chống lại sự biến dạng dẻo

cục bộ khi có ngoại lực tác dụng thông qua vật nén

Độ dẻo - Là khả năng thay đổi được hình dáng của vật liệu dưới

tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy

Độ dai va đập - Là khả năng của vật liệu chịu được lực va đập tác

dụng mà không bị phá hủy

Độ nhám bề mặt - Thể hiện mức nhẵn về bề mặt, là tập hợp của các mấp

mô có bước tương đối nhỏ trong một chiều dài chuẩn

- Ảnh hưởng của cuốn đến các tính chất của kim loại tấm

Độ nhám bề mặt: Sau khi cuốn xong chất lượng bề mặt tốt hơn Thông thường

thép tấm có độ nhám từ 160-80Rz(µm), trong quá trình cuốn các trục cuốn cuộn tròn và dưới lực ép các nhấp nhô sẽ bị sang phẳng làm giảm độ nhám bề mặt lên

từ 1-2 cấp (80-40Rz)

 Biến dạng dẻo: Sau khi biến dạng dẻo làm tồn tại ứng suất dư do xô lệch mạng

tinh thể và biến dạng không đều trên các hạt cũng như trên tiết diện làm tăng giới hạn bền, độ cứng lên từ 1,5-3 lần giới hạn chảy từ 3 -7 lần.Ngoài ra, ứng suất do

ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại cũng làm giảm

tính dẻo của kim loại.Vì thế có thể ủ để tăng tính dẻo sau khi cuốn

 Tính chịu ăn mòn: Sau biến dạng dẻo độ cứng tăng lên, đồng thời độ nhám bề

mặt cũng giảm cho nên sau khi lốc bề mặt sẽ chịu ăn mòn tốt hơ

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY CUỐN ỐNG

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế

2.1.1 Các số liệu thiết kế

- Chiều dài của phôi thép: 7540(mm)

- Chiều dày của phôi: 50 (mm)

- Chiều rộng của phôi: 3100 (mm)

với máy cuốn 2 trục 3 trục như đã phân tính ở chương 1 nên em chọn máy cuốn ống

4 trục để thiết kế Cũng dựa trên nguyên tắc phôi được ép nhờ hai trục III và IV, đồng

thời được cuốn sang phải và trái thông qua chuyển động quay của trục cuốn I

Hình 2.1: Sơ đồ mô tả các chuyển động của trục lốc Các chuyển động cần thiết:

+ Phôi được đưa vào đồng thời nâng trục II lên đúng bằng chiều dày phôi, sau

đó nâng trục III lên để bẻ cong đoạn đầu của phôi, nâng cơ cấu đỡ phôi lên Trục I quay sẽ làm phôi bị cuốn sang phải Hạ trục 3 xuống và trục I liên tục cuốn phôi sang phải khi đến mép, dừng trục I đồng thời nâng trục IV lên bẻ cong đầu còn lại, tiếp đến cho trục I quay ngược lại làm phôi bị cuốn sang trái Cứ làm như thế cho đến khi đạt bán kính yêu cầu

DUT.LRCC

2.2 Thiết kế động học toàn máy và lựa chọn kết cấu máy

2.2.1 Tính toán phôi uốn

2.2.1.1 Xác định vị trí lớp trung hòa

Vị trí của lớp trung hòa đƣợc xác định bởi bán kính lớp trung hòa ρ Trong quá trình uốn bề mặt lớp kim loại phía trong và phía ngoài của phôi bị biến dạng nén và kéo và ở giữa các lớp này là lớp trung hòa hầu nhƣ không bị biến dạng và để tính toán phôi ta tiến hành xác định vị trí lớp trung hòa và tính toán phôi tại đây

Bán kính lớp trung hòa có thể đƣợc xác định theo công thức:



B_chiều rộng của phôi ban đầu ( mm )

S_chiều dày vật liệu ( mm )

r_ bán kính uốn phía trong ( mm )

Trong thực tế bán kính lớp trung hòa có thể xác định theo công thức gần đúng

Trong đó: r_bán kính uốn phía trong

x_hệ số xác định khoảng cách lớp trung hòa đến bán kính uốn phía trong

2.2.1.2.Tính chiều dài phôi

Chiều dài phôi đƣợc tính theo công thức:

Ll l  rxs

180

2 1



Trong đó: r_bán kính uốn ( mm )

trong

2.2.1.3 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất

Khi uốn, nếu bán kính uốn phía trong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn Nếu bán kính uốn quá lớn sẽ không xảy ra hiện tƣợng biến dạng dẻo và phôi sẽ không giữ đƣợc trạng thái sau khi uốn

T

S r





2

.

S = 50 (mm) chiều dày vật uốn ( mm )

360

*2

50

*10

*1

Sau khi uốn

_lực làm cho phôi quay quanh trục

Lực uốn làm biến dạng dẻo kim loại

b b

BS k l

n BS

2.2.1.5 Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại ở biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không còn lực tác dụng của các trục uốn thì vật uốn hoàn toàn như hình dáng kích thước như đã lựa chọn ban đầu đó là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Tính toán đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính nhỏ ( r < 10s ) bằng góc đàn hồi β Còn khi uốn với bán kính lớn ( r >10s ) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi bán kính cong của vật uốn

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc uốn theo tính toán

β = α0 – α

Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc uốn, tỷ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu, hình dáng kết cấu uốn

Các chuyển động chính của máy bao gồm:

 Chuyển động tịnh tiến của phôi trên các trục uốn

 Chuyển động quay của 2 trục chính I và II

 Chuyển động tịnh tiến của trục II và hai trục ép III, VI

Khi uốn DUT.LRCC

Dụng cụ và tác dụng của chúng:

 Trục I: Đây là trục chủ động, hay gọi là trục cuốn, khi phôi được cấp vào thì

cho động cơ quay và trục này quay, đồng thời ép và cuốn phôi vào

 Trục II: Đây cũng là trục cuốn nhưng đây là trục bị động, có tác dụng giữ và

nâng đỡ phôi khi máy làm việc Khi bắt đầu đưa phôi vào thì nhờ trục này và trục I

ép chặt giữ lấy phôi

 Trục ép III và IV: Hai trục này là hai trục phụ và có chức năng đỡ khi cấp

phôi vào và kết hợp với trục cuốn để tạo ra cung và góc cần tạo ra sản phẩm

2.2.2 Lựa chọn phương án dẫn động cho phôi

Quá trình uốn diễn ra khi phôi thép tấm chuyển động tịnh tiến đi qua các trục uốn Các trục uốn chuyển động tịnh tiến lên xuống để tạo ra biên dạng uốn

Có nhiều phương pháp tạo chuyển động cho phôi thép nhưng cần lựa chọn một phương pháp đảm bảo các điều kiện sau:

- Máy thiết kế có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ chế tạo

và lắp ráp

- Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên quan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy

- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện có

Từ những yêu cầu trên và với phương án thiết kế đã lựa chọn trên ta chọn phương pháp dẫn động phôi bằng cách truyền chuyển động quay cho trục I và trục II

Điều kiện để phôi có thể di chuyển là :

2.2.3 Lựa chọn phương án tạo chuyển động quay cho trục I

 Phương án 1: Sử dụng động cơ thủy lực:

Có nhiều loại động cơ thủy lực như : động cơ bánh răng , động cơ cánh gạt , động

cơ piston ….tương ứng với các loại bơm dầu là các loại động cơ dầu

Sơ đồ mạch thủy lực được bố trì như sau:

DUT.LRCC

1– Bơm dầu 2 – Van tràn và van an toàn 3 – Van tiết lưu 4 – Van đảo chiều

5 – Bơm dầu 6 – Van cản Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thủy lực

 Nguyên lý hoạt động:

Khi đóng điện cho động cơ điện quay làm cho bơm dầu hoạt động, bơm dầu lên cho hệ thống Khi van đảo chiều ở vị trí giữa thì lượng dầu bơm lên sẽ thông qua van tràn chảy về bể Khi van đảo chiều ở hai vị trí trái hoặc phải thì dầu được cung cấp cho động cơ dầu, nhờ chuyển động của dầu làm cho roto của động cơ quay và làm trục động cơ quay truyền chuyển động quay cho các bộ phận chấp hành như hộp giảm tốc

 Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm:

- Momen khởi động và chống quá tải tốt

- Điều chỉnh tốc độ dễ dàng

- Kết cấu động cơ nhỏ gọn hơn

- Làm việc ở môi trường khắc nghiệt như ngập nước, dễ cháy nổ…

 Nhược điểm:

- Để động cơ hoạt động được thì cần phải có nhiều thiết bị khác đi kèm vì thế hệ thống khá phức tạp, khó sửa chữa và thay thế và giá thành cao

DUT.LRCC

 Phương án 2: Sử dụng động cơ điện:

Động cơ điện là loại động cơ được sử dụng nhiều trong công nghiệp cũng như gia dụng Có rất nhiều loại động cơ điện như động cơ một chiều, động cơ chiều 3 pha

đồng bộ, động cơ 3 pha không đồng bộ…

Sơ đồ bố trí động cơ như sau:

1– động cơ 2– cơ cấu phanh hãm

Hình 2.5: Sơ đồ sử dụng động cơ điện

 Nguyên lý hoạt động:

Khi đóng điện cho động cơ hoạt động thì trên các quận dây của stato và roto động

cơ sinh ra hiên tượng cảm ứng điện từ làm cho roto quay Trục động cơ quay truyền chuyển động quay cho cơ cấu chấp hành như hộp giảm tốc, các bộ truyền ngoài tới trục I của máy

Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, không cần các thiết bị đi kèm phức tạp

- Dễ lắp đặt sửa chữa và thay thế

- Kích thước lớn hơn so với các loại động cơ khác có cùng công suất

 Kết luận: Với những ưu nhược điểm và kết cấu như trên và với yêu cầu của

máy ta lựa chọn phương án dùng động cơ điện tạo chuyển động quay cho trục I

để tạo chuyển động cho phôi thép

2.2.4 Lựa chọn phương án chuyển động cho trục uốn

2.2.4.1 Lựa chọn phương án di chuyển cho hai trục uốn:

 Phương án 1: Hai trục bên di chuyển thẳng đứng:

I

II

Hình 2.6: Sơ đồ bố trí trục cho phương án 1

 Ưu điểm: Chế tạo rãnh trượt đơn giản

 Nhược điểm: khó khăn khi uốn các ống có đường kính nhỏ

 Phương án 2: Hai trục bên di chuyển xiên và hợp với nhau một góc 60 º

I

II III IV

60°

Hình 4.4: Sơ đồ bố trí trục của phương án 2

 Ưu điểm: Uốn được những ống có đường kính lớn và những đường ống nhỏ

Đồng thời do trục bên ép theo phương xiên góc nên ép kim loại nhanh biến dạng hơn cho nên năng suất cao hơn

 Nhược điểm: Chế tạo rãnh trượt khó khăn hơn

 Kết luận: Với những ưu nhược điểm trên ta lựa chọn phương án 2 cho 2 trục

cán di chuyển xiên góc 600 để nâng cao năng suất, bảo tính công nghệ cho máy và đảm bảo độ chính xác của sản phẩm

DUT.LRCC

2.2.4.2 Lựa chọn phương án truyền động nâng hai trục uốn:

 Phương án 1: Dùng thuỷ lực

Ta có thể dùng xilanh thủy lực để tạo chuyển động tịnh tiến cho các trục uốn

Sơ đồ nguyên lý như sau:

 Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm: Truyền động dễ dàng, kết cấu đơn giản

 Nhược điểm: Do tính nén được của dầu nên có thể làm piston không ổn

định và làm sai số bán kính cung uốn

 Phương án 2: Dùng bộ truyền trục vít - bánh vít và cơ cấu vít me - đai ốc

Đây là hệ thống truyền động bằng cơ khí được sử dụng khá nhiều trong các lại máy gia công thép đặc biệt là các máy công cụ

DUT.LRCC

Sơ đồ nguyên lý như sau:

1

2

M

4 5 6

3

1: Trục ép 2: Vítme - đai ốc 3: Động cơ 4: Trục vít - bánh vít

5: Khớp nối 6: Ổ lăn Hình 2.8: Sơ đồ dùng bộ truyền trục vít - bánh vít và cơ cấu vít me - đai ốc

Nguyên lý hoạt động:

Khi ta muốn các trục chuyển động thì ta khởi nhấn nút cho động cơ 3 dẫn động hoạt động Động cơ quay làm cho trục vít 4 nối với trục động cơ quay, trục vít tạo chuyển động cho bánh vít quay Bánh vít lắp trên trục vít me 2 quay thông qua rãnh then hoa truyền chuyển động cho trục vít me quay Vì đai ốc được lắp cố định trên thân máy nên khi trục vít me quay đai ốc đứng yên thì trục vít me phải tịnh tiến lên xuống và tạo chuyển động cho các trục ép

- Đặc tính cho bộ truyền này làm cho cơ cấu vít me đai ốc quay chậm lại, vít me đai ốc chịu được lực ép ( lực dọc trục ) rất lớn, vận tốc trượt chuyển động thấp

Cấu tạo của trục vít me có 3 đoạn Đoạn đầu để lắp ráp với bánh vít, đoạn cuối áp chặt vào cốc an toàn và tì vào gối trục, đoạn giữa có ren và được lắp với đai ốc bằng đồng để điều chỉnh lượng ép

Ren được dùng trong vít me đai ốc là loại ren hình thang đỡ chặn một phía để chống rơ và lỏng khi làm việc

 Ưu điểm: ổn định, không có sai lệch khi bị nén như dầu thủy lực

 Nhược điểm: Khó khăn trong việc chế tạo trục vít_bánh vít…

 Kết luận: Với những phân tích như trên ta lựa chọn phương án 2 sử dụng cơ

cấu vitme - đai ốc truyền chuyển động tịnh tiến cho hai trục uốn Tạo ra độ chính xác cao cho sản phẩm

DUT.LRCC

2.2.5 Lựa chọn phương án truyền động trục ép dưới

Trục II với nhiệm vụ tăng lực pháp tuyến để đảm bảo phôi quay không bị trượt trong quá trình gia công và rút ngắn khoảng cách giữa các trục để gia công được đoạn đầu phôi một cách dễ dàng

Trục này chỉ có chuyển động tịnh tiến lên xuống để ép phôi và nhận chuyển động quay của trục I Ta có các phương án truyền động sau:

 Phương án 1: Sử dụng cơ cấu trục vít bánh vít và cơ cấu vít me đai ốc

Cơ cấu này tương tự cơ cấu nâng hạ hai trục uốn đã nêu ở trên tuy nhiên do không có khả năng nén khi tải trọng thay đổi nên phôi thép sẽ khó gi chuyển khi tải trọng lớn vì vậy quá trình uốn sẽ không ổn định

Phương án 2 : Sử dụng xilanh thủy lực

 Nguyên lý hoạt động:

Ban đầu khi mới đưa phôi thép tấm vào máy thì trục II ở vị trí dưới cùng Ta bấm nút điều khiển cho động cơ điện hoạt động làm cho bơm hoạt động Bơm dầu lên 2 piston nâng trục II đi lên nhờ lực ép của dầu lên hai 2 xilanh Khi trục II đã lên ép được vào phôi thép thì ấn nút dừng van đảo chiều hoạt động trục II sẽ đứng tại vị trí mong muốn

Sau khi gia công xong ta bấm nút điều khiển cho van đảo chiều hoạt động dảo chiều cho dầu chảy về bể nhờ trong lượng của trục tạo ra lực ép dầu chảy về bể dầu cho đến khi xilanh xuống tới điểm chết dưới

DUT.LRCC

Ngoài ra cần bố trí thêm cơ cấu thanh truyền giữa hai piston để đảm bảo tính di chuyển đồng thời của hai piston và cân bằng lực giữa hai đầu trục uốn II

 Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm: Nhờ tính nén được của dầu nên, trong quá trình lốc thì trục II có thể

dịch chuyển lên xuống được khi tải trọng của quá trình biến dạng phức tạp thay đổi, làm cho quá trình lốc được tốt hơn Đồng thời dễ chế tạo hơn so với dùng trục vít _ bánh vít

 Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khó bảo trì sửa chữa, giá thành cao

 Kết luận: Ta lựa chọn phương án 2 sử dụng xilanh tủy lực để tạo chuyển động

cho trục ép vì khả năng nén của dầu thích hợp khi tải trọng thay đổi đảm bảo

quá trình uốn ổn định đảm bảo tính chính xác của sảm phẩm

2.2.6 Lựa chọn phương án tháo sản phẩm

Để tháo sản phẩm khi đã gia công xong, ta dùng cơ cấu piston xilanh thủy lực để tháo sản phẩm Nhằm đảm bảo tính ổn định, làm việc êm và chính xác, dễ chế tạo

M

H G T

ở trạng thái treo, ta tiến hành tháo sản phẩm ra nhờ cầu trục hoặc cần trục

Quá trình tháo sản phẩm xong ta cấp điện cho cuộn nam châm điều khiển van đảo chiều chuyển về vị trí B, điều khiển xi lanh2 đi lên đẩy trục chính hạ xuống Sau đó cấp điện cho van đảo chiều 4/3 điều khiển xilanh 1 kéo cơ cấu đỡ trục chính lên để lắp

đỡ trục chính

DUT.LRCC

2.2.7 Lựa chọn cách bố trí bánh răng cho trục chính

M

H G T

n

Hình 2.11: Cơ cấu cặp bánh răng ăn khớp trong

Chọn cặp bánh răng ăn khớp trong, phương pháp này có ưu điểm là có thể nâng trục lốc lên thông qua hệ thống xi lanh nên có thể điều chỉnh khe hở giữa hai trục lốc

do đó có thể uốn ống với chiều dày khác nhau Với việc bố trí cắp bánh răng ăn khớp trong làm cho khoảng cách trục nhỏ lại nên kết cấu máy gọn nhẹ hơn

2.2.8 Xây dựng sơ đồ động học của máy

Với những phân tích và lựa chọn trên ta có sơ đồ động toàn máy sau:

M M

Ð.Co

M

H G T

n III

2.3 Thiết kế động học toàn máy

2.3.1 Các số liệu ban đầu:

- Chiều dài của phôi thép: 7540(mm)

- Chiều dày của phôi: 50 (mm)

- Chiều rộng của phôi: 3100 (mm)

gỉ sét khi để lâu Trong khi đó các loại thép SS400 dạng cuộn thướng được sản xuất trong quá trình cán nguộn ở nhiệt độ thấp

+ Dài: L= П D = П 2400 = 7540 (mm) = 75,4 (dm)

+ Rộng: 3100 (mm) + Dày: 50 (mm) Khối lƣợng phôi:

Q = V.γ (Kg)

Trong đó: Q: Trọng luợng chi tiết (Kg)

V: Thể tích của chi tiết (dm3)

γ : Trọng lƣợng riêng của vật liệu (Kg/dm3)

Hình 2.13: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các trục

- Lực tác dụng biến dạng kim loại

BS K l

n BS

DUT.LRCC

Ở đây:

l

nS

K1  hệ số uốn tự do

B chiều rộng của dải tấm

N hệ số đặc trưng của ảnh hưởng biến cứng thường lấy 1.6-1.8

L khoảng cách giữa các điểm tựa

- Mô men phát động trục quay 1

2.3.3.1 Chọn công suất động cơ

Để chọn công suất động cơ ta tính công suất cần thiết



N

N ct  ( CT 2.1 [10] ) Trong đó: _Hiệu suất chung

Nct_Công suất cần thiết

N_Công suất làm việc

N FV 61,23 Kw

60.1000

5,5.668000

 ( chọn V = 5,5 m/ph )

1.2.3.

1 = 0,97 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng

2 = 0,99: Hiệu suất của ổ lăn

23,61

n

n   Theo bảng 2.2(10) Ta chọn ibr = 7  i1.i2.i3 = 60

Lấy ihtd = 60

Vì tỷ số truyền lớn (i = 60) nằm trong khoản i = 50 đến 400, nên ta chọn hộp giảm tốc 3 cấp khai triển Đối với hộp giảm tốc 3 cấp khai triển, để tạo điều kiện bôi trơn cấp nhanh và cấp chậm bằng phương pháp ngâm dầu như nhau

in = (1,2 - 1.4 ) ic

DUT.LRCC

Trong đó: in, ic_tỷ số truyền cấp nhanh và cấp chậm

4

br T

 Công suất trên các trục của hộp giảm tốc

- Trục II : 2300,39( )

296

3,71

- Trục IV : 25452,47( )

67,24

75,65

- Trục V : 172282( )

5,3

14,63

N

N

K  ( CT 3.2 [10] ) Xem bánh răng chịu tải trọng không đổi nên

Ntđ = N = 600.u.n.T ( CT 3.3 [10] )

Trong đó: n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng

T: Tổng số giờ làm việc T = 8.300.8 = 19200 (giờ)

DUT.LRCC

u: Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng Vậy số chu kỳ tương đương:

- Bánh lớn: Ntđ2 = 600.1.296.19200 =3,4.109

- Bánh nhỏ: Ntđ1 = i1.Ntđ2 = 3,4.109.5 = 17.109

Theo bảng 3_9 TKCTM_Nguyễn trọng Hiệp, ta có No = 107,   Notx=2,6 HB Vậy, Ntđ1, Ntđ2 đều lớn hơn No nên khi tính ứng suất cho phép của bánh nhỏ và bánh lớn lấy

 Ứng suất uốn cho phép

Răng làm việc hai mặt ( răng chịu ứng suất thay đổi đổi chiều )

1





 ( CT 3.5 [10] ) Trong đó: 1: Giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng

256

mm N

232

mm N

e Tính khoảng cách trục theo công thức

 3  

2 1

2 6

10.05,11

n

N K i

i A

25,74.7,1.5.520

10.05,11

2 6

n d

1 5 1000 60

1480 300 2 1 1000 60

2 )

1 ( 1000 60

2 m n

bVới vận tốc vòng V = 4.79 (m/s) và HB < 350 tra bảng 3-12[10] ta có Kđ = 1,4

Vậy K = 1.1,4 = 1,4.( khác so với hệ số chọn sơ bộ)

Khoản cách trục : 307,5

3.1

4.1.300



sb sb

K

K A

Chọn A=310 ( mm )

h Xác định moduyn, số răng và góc nghiêng bánh răng

 Moduyn đƣợc chọn theo khoảng cách trục ( CT 3.22 [10] )

    20,22

155

12cos.310.21

cos 2

A

( CT 3.26 [10] ) Lấy Z1 = 20

=> Số răng bánh lớn: Z2 = i.Z1 = 5.20 = 100

- Tính chính xác góc nghiêng bánh răng

9677 0 310

2

5 ).

100 20 ( 2

) (

A

m Z

35 14 ) 9677 , 0

5.5,2sin

.5,2

N

N

K 

DUT.LRCC

Xem bánh răng chịu tải trọng không đổi nên

Ntđ = N = 600.u.n.T

Trong đó: n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng

T: Tổng số giờ làm việc T = 8.300.8 = 19200 (giờ)

u: Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng Vậy số chu kỳ tương đương:

- Bánh lớn: Ntđ2 = 600.1.74.19200 = 8,5.108

- Bánh nhỏ: Ntđ1 = i1.Ntđ2 = 8,5.108.4 =34.108

Theo bảng 3_9 TKCTM_Nguyễn trọng Hiệp, ta có No = 107,   Notx=2,6 HB Vậy, Ntđ1, Ntđ2 đều lớn hơn No nên khi tính ứng suất cho phép của bánh nhỏ và bánh lớn lấy K N = 1

- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:

K : Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng

Bánh răng bằng thép, tôi cải thiện, thường hóa: K = 1,8

N

K : hệ số chu kỳ ứng suất uốn

m td N

N

N

Trong đó: No: Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn

No = 5.106 Ntđ: Số chu kỳ tương đương

Ntđ2 =8,5.108> N0 ; Ntđ1 = 34.108> N0

Cả Ntđ1, Ntđ2 đều lớn hơn N0 nên lấy K N = 1

Giới hạn mỏi uốn của thép:

DUT.LRCC

mm N

315

mm N

2 6

10.05,11

n

N K i

i A

3,71.3,1.4.598

10.05,11

2 6

f Tính vận tốc của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Vận tốc vòng của bánh răng trụ:

n A i

n d

1 4 1000 60

196 392 2 1 1000 60

2 )

1 ( 1000 60

2.1.392



sb sb

K

K A

Vậy lấy khoản cách trục A = 382 mm

DUT.LRCC

h Xác định moduyn, số răng và góc nghiêng bánh răng

 Moduyn đƣợc chọn theo khoảng cách trục

12cos.412.21

cos

A

Lấy Z3 = 30

=> Số răng bánh lớn: Z4 = i.Z1 = 4.30 = 120

Tính chính xác góc nghiêng của răng

382 2

5 ).

120 30 (

5 5 , 2 sin

5 , 2

m

b n   

k Định các thông số chủ yếu của bộ truyền

Các thông số chủ yếu của bộ truyền đƣợc tính theo các công thức trong bảng

5 30 cos

5 120 cos

N

K Trong đó: N0: Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn

Ntđ: Số chu kỳ tương đương

Xem bánh răng chịu tải trọng không đổi nên

Ntđ = N = 600.u.n.T

Trong đó: n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng

T: Tổng số giờ làm việc T = 8.300.8 = 19200 (giờ)

u: Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng Vậy số chu kỳ tương đương:

DUT.LRCC

- Bánh lớn: Ntđ2 = 600.1.24,67.19200 = 2,84.108

- Bánh nhỏ: Ntđ1 = i1.Ntđ2 = 2,84.108.3 = 8,526.108

Theo bảng 3_9 TKCTM_Nguyễn trọng Hiệp, ta có No = 107,   Notx=2,6 HB Vậy, Ntđ1, Ntđ2 đều lớn hơn No nên khi tính ứng suất cho phép của bánh nhỏ và bánh lớn lấy K N = 1

- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:

K : Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng

Bánh răng bằng thép, tôi cải thiện, thường hóa: K = 1,8

N

K : hệ số chu kỳ ứng suất uốn

m

td N

N

N

K  0 Lấy K N = 1

Giới hạn mỏi uốn của thép:

- 40X , tôi cải thiện :  2

360

mm N

e Tính khoảng cách trục theo công thức

 3  

3 2

2 6

10.05,11

n

N K i

i A

47,68.3,1.3.624

10.05,11

2 6

f Tính vận tốc của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Vận tốc vòng của bánh răng trụ:

i

n A i

n d

13.1000.60

49.568 21.1000.60

2)1(1000.60

2.1.568



sb sb

K

K A

Vậy lấy khoảng cách trục A = 554 mm

h Xác định moduyn, số răng và góc nghiêng bánh răng

 Moduyn đƣợc chọn theo khoảng cách trục ( CT 3.22 [10] )

554.21

2

A Z