LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong bối cảnh thị trường bất động sản phát triển mạnh mẽ, các công trình xây dựng như tòa nhà cao tầng và dự án quốc gia đang được triển khai khắp nơi Những công trình này không chỉ thể hiện sự phát triển của đất nước mà còn góp phần làm đẹp cho các thành phố Tuy nhiên, với sự biến đổi khí hậu và các thiên tai như bão lũ, động đất, việc đảm bảo tính bền vững cho các công trình là rất quan trọng Kết cấu thép, bao gồm thép dầm, giàn và sàn, đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra một nền tảng vững chắc, giúp các công trình chống chọi với thiên nhiên và tồn tại lâu dài.
Hình 1.1 Kết cấu thép dùng trong nhà cao tầng
Nhu cầu sử dụng thép và các sản phẩm từ thép đang gia tăng mạnh mẽ, đặc biệt là trong ngành xây dựng Đai thép xây dựng cũng không ngoại lệ, khi một công trình nhỏ có thể cần đến hàng ngàn đai thép với nhiều kích cỡ khác nhau.
Đai thép xây dựng đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong các công trình xây dựng, đặc biệt là những tòa nhà cao tầng Để đảm bảo độ bền cho kết cấu, các dầm ngang, dọc và cột đứng đều cần sử dụng một lượng lớn đai thép Mỗi dầm và trụ được tính toán kỹ lưỡng về số lượng và kích cỡ đai thép phù hợp, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho công trình.
Hình 1.2 Các kết cấu thép dùng trong nhà cao tầng
Công việc duỗi và uốn đai thép thường xuyên lặp lại, dẫn đến sự nhàm chán cho người thực hiện Bên cạnh đó, việc duỗi và uốn đai thép theo kích thước yêu cầu trong các công trình cũng tốn khá nhiều thời gian và công sức.
Để đảm bảo ổn định chất lượng sản phẩm DUT.LRCC, cần tích hợp các thiết bị vào công trình xây dựng với hệ thống điều khiển tự động cho từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất Hiện nay, tự động hóa đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động xây dựng và sản xuất Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho ứng dụng quan trọng của đai thép xây dựng và quy trình uốn đai thủ công.
Hình 1.3 Ứng dụng của đai thép Hình 1.4 Đai thép
Có thể tính toán đơn giản về hiệu quả mà máy mang lại được như sau :
Để sản xuất đai thép, quy trình thủ công yêu cầu sự phối hợp của 2 người nắn thẳng thép cuộn, 1 người cắt và 1 người uốn Nếu thợ uốn làm việc hiệu quả, trong một ca làm việc 8 giờ, có thể sản xuất từ 450 đến 500 đai thép.
Làm bằng máy: Chỉ cần 1 người thợ đứng máy, mỗi ca làm việc 8h máy có thể uốn được 1920 đai, tức là một phút có thể uốn được 4 đai
Như vậy, với sự hỗ trợ của máy uốn đai, một người thợ có thể làm gấp 11 lần so với những người thợ uốn đai thủ công khác
Ta có bảng số liệu sau :
Bảng 1.1: So sánh năng suất giữa sản xuất thủ công và sản xuất tự động:
Phương thức sản xuất Nhân công/1 ca Sản phẩm/1h
Sản xuất thủ công 3 56 Áp dụng máy sx tự động 1 240
Ta có thể nhận thấy rằng 1 máy uốn và bẻ đai thép có thể thay thế cho khoảng từ 9 -12 nhân công
Vì vậy việc đưa máy uốn đai thép vào áp dụng thực tế là một vấn đề hết sức cấp
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐAI THÉP
1.2.1 Lịch sử ngành sản xuất tự động
Ngày nay, tự động hoá trong sản xuất trở thành nhu cầu thiết yếu để nâng cao năng suất lao động Hệ thống sản xuất tự động đang được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy và phân xưởng Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử cùng với sự ra đời của các linh kiện điện tử đã được ứng dụng trong hệ thống cơ khí, dẫn đến sự ra đời của nhiều loại máy móc tự động.
Chiếc máy tự động đầu tiên trong công nghiệp được chế tạo bởi thợ cơ khí người Nga, ông Pôdunôp, vào năm 1765, giúp duy trì mức nước trong nồi hơi ổn định bất chấp lượng hơi nước tiêu hao Ông sử dụng một cái phao để đo mức nước, và khi mức nước thay đổi, phao sẽ tác động lên cửa van để điều chỉnh nước trong nồi Nguyên tắc điều chỉnh này, được gọi là nguyên tắc Pôdunôp - Giôn Oat, đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật Đầu thế kỷ 19, nhiều công trình đã được thực hiện nhằm hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động cho máy hơi nước, trong khi cuối thế kỷ 19 chứng kiến sự xuất hiện của các cơ cấu điều chỉnh cho tuabin hơi nước Năm 1712, thợ cơ khí người Nga Narrtôp đã chế tạo máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình, với chuyển động dọc của bàn dao được thực hiện nhờ bánh răng - thanh răng.
Năm 1798, ông Henry Nandsley người Anh đã thay thế chuyển động truyền thống bằng chuyển động của vitme - đai ốc Đến năm 1873, Spender chế tạo máy tiện tự động với ổ cấp phôi và trục phân phối có cam đĩa và cam thùng Năm 1880, nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Lowe (Đức) và RSK (Anh) đã sản xuất máy tiện rơvônve sử dụng phôi thép thanh Năm 1887, Đ.G Xtôlepôp phát minh ra phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những thành phần quan trọng của kỹ thuật tự động hóa hiện đại Trong giai đoạn này, các cơ sở lý thuyết về điều khiển và điều chỉnh hệ thống tự động cũng bắt đầu được nghiên cứu và phát triển.
DUT.LRCC và các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp là những khái niệm quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của quá trình quá độ do ông đề xuất vẫn còn được áp dụng cho đến ngày nay.
Các nhà bác học A.Xtôđô (Sec), A.Gurvis (Mỹ), A.K.Makxvell và Đ.Paux (Anh), cùng A.M.Lapunôp (Nga) đã có những đóng góp to lớn cho sự phát triển lý thuyết điều khiển hệ thống tự động.
Trong những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, các thành tựu trong lĩnh vực tự động hóa đã dẫn đến việc chế tạo máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các dây chuyền tự động, phục vụ cho sản xuất loạt lớn và hàng khối Bên cạnh đó, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, nghiên cứu các quy luật chung của quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức, đã thúc đẩy việc ứng dụng tự động hóa vào quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp.
Trong những năm gần đây, các quốc gia công nghiệp phát triển đã áp dụng rộng rãi tự động hóa trong sản xuất loạt nhỏ, phản ánh xu hướng chuyển dịch từ sản xuất loạt lớn sang sản xuất linh hoạt hơn Sự tiến bộ của công nghệ thông tin và các ngành khoa học khác đã thúc đẩy ngành gia công cơ khí toàn cầu, đặc biệt vào cuối thế kỷ 20 Các công nghệ tiên tiến như kỹ thuật linh hoạt, hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình, kỹ thuật tạo mẫu nhanh và công nghệ nanô đã cho phép tự động hóa không chỉ trong sản xuất hàng loạt mà còn trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc Sự kết hợp giữa công nghệ thông tin và công nghệ chế tạo máy đã dẫn đến sự ra đời của nhiều thiết bị và hệ thống tự động hóa mới, bao gồm máy điều khiển số, trung tâm gia công, hệ thống điều khiển logic PLC và hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.
1.1.1 Dây chuyền sản xuất đai thép
Dây chuyền sản xuất đai thép gồm ba quá trình chính: nắn thẳng thép cuộn, uốn đai, cắt đai và dẩy đai ra ngoài Mỗi công đoạn đảm nhiệm một nhiệm vụ riêng biệt và được lắp đặt trên khung máy, tạo thành một dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh.
Hình 1.5 Mô tả hoạt động của dây chuyền nắn thẳng và tạo ra đai thép
XU THẾ PHÁT TRIỂN
Tự động hoá giúp giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao động và nâng cao năng suất lao động Giá thành sản phẩm luôn là yếu tố quan trọng, vì người tiêu dùng sẽ chọn sản phẩm rẻ hơn nếu chất lượng tương đương Do đó, con người không ngừng tìm kiếm phương pháp để giảm giá thành, dẫn đến sự ra đời của ngành tự động hoá Một trong những động lực chính của tự động hoá là giảm sức lao động của con người, cải thiện chất lượng sản phẩm và năng suất Máy móc, đặc biệt là máy tự động, đã chứng minh được khả năng vượt trội về năng suất và chất lượng so với lao động thủ công Vì vậy, ngành tự động hoá không chỉ giảm bớt lao động mà còn nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Quá trình tự động hoá đã đơn giản hoá quản lý, giảm thiểu số lượng công nhân và cải thiện điều kiện làm việc Nhờ vào tự động hoá, công nhân tránh được những công việc nhàm chán và lặp đi lặp lại, từ đó nâng cao hiệu quả lao động.
DUT.LRCC có sản lượng sản phẩm rất cao Hiện nay, để đánh giá hiệu quả của một nền sản xuất, người ta thường xem xét mức độ tự động hóa của nó.
Ngày nay, với sự chuyên môn hóa cao, một sản phẩm có thể được lắp ráp từ nhiều chi tiết của các nhà sản xuất khác nhau trên thế giới Điều này yêu cầu con người phải tiêu chuẩn hóa các chi tiết và sản phẩm chế tạo Tự động hóa rất phù hợp với ngành sản xuất theo tiêu chuẩn này.
Ngành tự động hóa ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh kinh tế thị trường hiện nay, thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia Đây không chỉ là biểu tượng cho nền sản xuất mà còn là yếu tố quyết định trong việc cạnh tranh sản phẩm, đòi hỏi không chỉ chất lượng cao mà còn giá thành hợp lý.
Gần đây, tự động hoá đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, từ kinh tế đến chính trị - xã hội Cụ thể, tự động hoá hiện diện ở mọi nơi như trong công nghiệp, y tế, ngân hàng và thư viện Ngày nay, sự có mặt của tự động hoá là cần thiết trong hầu hết các lĩnh vực.
GIỚI THIỆU VỀ THÉP CUỘN
1.4.1 Thành phần thép kết cấu:
Thép kết cấu chủ yếu được sản xuất từ thép CT3, với các tính chất vượt trội như cường độ lớn, độ dẻo và khả năng chống mỏi cao, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho xây dựng và các ngành kỹ thuật Tuy nhiên, ở dạng nguyên chất, thép có độ cứng và cường độ thấp, nên thường được sử dụng dưới dạng hợp kim với các kim loại khác như cacbon Sắt và các hợp kim của nó, như thép và gang, được gọi là kim loại đen, trong khi các kim loại khác như Be, Mg, Al, Ti, và nhiều loại khác được gọi là kim loại màu Kim loại đen được ưa chuộng hơn trong xây dựng do giá thành thấp hơn so với kim loại màu.
Kim loại màu sở hữu nhiều tính chất quý giá như cường độ cao, độ dẻo tốt, khả năng chống ăn mòn và tính trang trí hấp dẫn, điều này đã làm tăng khả năng ứng dụng của chúng trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong các chi tiết kiến trúc và kết cấu từ nhôm Nguyên liệu chính để sản xuất kim loại đen bao gồm quặng sắt, mangan và crôm, cùng với các khoáng chất khác.
DUT.LRCC piroluzit (MnO2) và crômit (FeCr2O4) được sử dụng trong sản xuất kim loại màu Để sản xuất kim loại, người ta sử dụng bauxite chứa các hidroxit như hidracgilit (Al(OH)3) và diasno (HAlO2), cũng như các loại quặng sulfua và cacbonat của đồng, niken, chì, với các khoáng đại diện như chancopirit (CuFeS2), sfalêit (ZnS), xeruxit (PbCO3) và magiezit (MgCO3).
- Cỡ loại, thông số kích thước:
Sản phẩm tròn, nhẵn có đường kính từ 6mm đến 8mm, được cung cấp dưới dạng cuộn với trọng lượng khoảng 200kg đến 450kg mỗi cuộn, và trong một số trường hợp đặc biệt có thể lên đến 1.300 kg/cuộn Các thông số về kích thước, diện tích mặt cắt ngang, khối lượng trên 1m chiều dài, sai lệch cho phép và các đại lượng tính toán khác được quy định cụ thể trong tiêu chuẩn.
Tính cơ lý của thép cần đáp ứng các yêu cầu về giới hạn chảy, độ bền tức thời và độ dãn dài, được xác định thông qua phương pháp thử kéo và thử uốn ở trạng thái nguội Các tính chất cơ lý của từng loại thép cùng với phương pháp thử cụ thể đều được quy định trong tiêu chuẩn.
Bảng 1.2: Tiêu chuẩn mác thép
Quy cách Loại hàng Tiêu chuẩn sản phẩm Mác thép Độ bền kéo
Thép cuộn: ỉ6, ỉ8 Cuộn TCVN 1651 – 85 CT32 –
Từ 380 ÷ 480 Tùy theo từng mác thép
1.4.3 Cơ sở lý thuyết uốn:
Uốn là một nguyên công phổ biến trong dập nguội, biến phôi phẳng, dây hoặc ống thành các chi tiết có hình cong hoặc gấp khúc Khối lượng vật uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ đang gia tăng Quy trình uốn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng vật uốn, dạng phôi ban đầu và đặc tính quá trình uốn trong khuôn Uốn có thể thực hiện trên máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma sát, thủy lực, hoặc bằng dụng cụ uốn tay và máy uốn chuyên dụng Đặc điểm của quá trình uốn là phôi bị biến dạng dẻo dưới tác động của chày và cối, tạo ra hình dáng cần thiết, bao gồm cả quá trình biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
1.4.3.2 Lớp trung hòa: thành của phôi trước khi uốn ta kẻ những ô vuông Sau khi uốn ta thấy những ô ở phần thẳng không thay đổi, còn những ô ở phần cong thì bị biết thành hình thang(xem hình 1.7) Các vách ngang tính từ tâm uốn ra,các vách ở phía ngoài dài ra, còn các vạch ở phía trong ngắn lại Chỉ có đường 00 là chiều dài không thay đổi, đó là lớp trung hòa.Phần ngoài lớp trung hòa chịu kéo, còn phần trong chịu nén Lớp trung hào không chụi kéo hay nén,nên giữ được độ dài ban đầu Đó là căn cứ tốt nhất để xác đinh phôi uốn
Sơ đồ bố trí lực tại tại tiết diện bị uốn được trình bày trên (hình 1.8)
Hình 1.8: Sơ đồ phân bố
Hình 1.7: Biểu hiện của lớp trung tính
Khi quan sát tiết diện cắt trên cung uốn, ta nhận thấy hình dạng giống như hình quạt Phần dưới lớp trung hòa co lại, trong khi phần trên phình ra, với lớp trung hòa giữ nguyên bề rộng ban đầu của phôi Hiện tượng này trở nên rõ rệt hơn khi bề rộng vật uốn hẹp và bán kính uốn nhỏ.
Lớp trung hòa đi qua trọng tâm của mặt phẳng tiết diện đã được chứng minh Khi quá trình uốn diễn ra, bán kính uốn nhỏ dần làm thay đổi hình dáng tiết diện, dẫn đến việc trọng tâm của tiết diện cũng di chuyển dần về trọng tâm của vật uốn.
TIÊU CHUẨN VỀ ĐAI THÉP TRONG XÂY DỰNG
Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 356 năm 2005 ta sơ lược một số tiêu chuẩn về đai thép xây dụng như sau:
Tất cả các mặt của cấu kiện cần có các thanh cốt thép dọc, và các cốt thép đai phải được bố trí bao quanh các thanh cốt thép dọc ngoài cùng Khoảng cách giữa các thanh cốt thép đai ở mỗi mặt cấu kiện không được vượt quá 600mm và không lớn hơn 2 lần chiều rộng của cấu kiện.
+ Tại các vị trí cốt thép chịu lực nối chồng không hàn, khoảng cách giữa các cốt thép đai của cấu kiện chịu nén lệch tâm không lớn hơn 10d
+ Chiều dài của neo đai là chọn bằng 7,5 đường kính thép làm đai.
TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN ĐAI THÉP XÂY DỰNG
Máy uốn đai thép xây dựng là một thiết bị thông minh, tích hợp nhiều chức năng như nắn thẳng, uốn và cắt thép Sản phẩm tạo ra có đa dạng kích thước với hai hình dạng chính là hình vuông và hình chữ nhật, đảm bảo độ chính xác cao mà không làm biến đổi cơ tính của đai thép Máy có khả năng uốn thép cuộn với đường kính 16 và 18 mm, sử dụng công nghệ điều khiển PLC cùng với các mạch rơle điện, cảm ứng từ và hệ thống khí nén để thực hiện các thao tác cắt và uốn.
Máy được trang bị một động cơ chính, một bình khí nén và hệ thống cắt thép, giúp tăng cường hiệu suất làm việc Nó được điều khiển thông qua bảng điều khiển với hai chế độ hoạt động: chế độ tự động và chế độ điều khiển bằng tay, mang lại sự linh hoạt cho người sử dụng.
Hình 1.9 Cụm cơ cấu nắn thẳng
Cơ cấu nắn thẳng có nhiệm vụ nắn thẳng thép cuộn, đồng thời nó cũng là cơ cấu cấp phôi thép cho cơ cấu uốn đai:
Hình 1.10 Cụm cơ cấu cắt
Hình 1.11: Cụm cơ cấu uốn đai
Trong quá trình hoạt động, thép được cung cấp từ giá đỡ và đi qua cơ cấu duỗi thẳng Sau đó, thép sẽ được kiểm tra kích thước nhờ các cảm biến từ gắn trên một thước Các cảm biến này nhận diện thép và truyền tín hiệu đến PLC để điều khiển các mạch khí nén, thực hiện quá trình uốn và cắt thép.
Hình 1.12 Kết cấu tổng thể của máy uốn đai thép xây dựng
TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI MÁY:
- Máy uốn ống bán tự động NC sử dụng động cơ thủy lực:
Máy uốn sản phẩm có độ chính xác cao và kích thước lớn, sử dụng động cơ thủy lực để tạo ra lực uốn đồng đều, giảm thiểu khuyết tật trong quá trình uốn Việc điều khiển máy rất đơn giản thông qua bàn đạp chân, và máy còn có thể sử dụng đầu phân độ để uốn ống theo nhiều hình dạng khác nhau, phù hợp cho các ống có nhiều đoạn cong.
Hình 1.13 Máy uốn sử dụng động cơ thủy lực
- Máy uốn bán tự động sử dụng động cơ điện:
Máy uốn ống được điều khiển bằng bàn đạp chân hoặc nút điều khiển, cho phép uốn cong đến 190 độ với độ chính xác cao Thiết kế puli và cử chắn dưới giúp ống không bị bẹp, trong khi bộ phận tay dẫn ống phía sau ngăn ngừa biến dạng Tay uốn linh hoạt với cữ chắn dễ dàng điều chỉnh góc uốn, đảm bảo máy hoạt động ổn định và dễ dàng thay thế linh kiện.
Hình 1.14 Máy uốn bán tự động có sử dụng động cơ điện
- Máy uốn sử dụng truyền động điện thủy lực:
Máy uốn ống thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng pittông thủy lực để uốn cong chi tiết mà không cần quay khuôn Được dẫn động bởi động cơ và hộp giảm tốc điện thủy lực, máy này cho phép điều khiển từ xa thông qua bộ phân phối 2 chiều, đảm bảo độ chính xác cao Hộp giảm tốc chứa các pittông và van giới hạn giúp tự động xả dầu, duy trì áp lực làm việc tối ưu Một trong những model nổi bật là RAPID T10/M, được thiết kế với bàn gia công 2 tầng chắc chắn, với hộp số thủy lực ở tầng dưới và máy uốn ống ở tầng trên, đồng thời có khả năng vận hành bằng tay khi cần thiết.
Máy uốn ống được thiết kế với các chốt thay đổi, giúp dễ dàng thay đổi khuôn uốn Thiết bị này phù hợp để uốn ống có kích thước lớn, nhờ vào quy trình chế tạo khuôn uốn đơn giản hơn so với các loại máy uốn kiểu quay.
Hình 1.15 Máy uốn sử dụng điện thủy lực RAPID T10/M
PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
2.1.1 Hoạt động duỗi thẳng thép :
Thép cuộn được sản xuất từ quá trình ra khỏi khuôn lò và được cuộn tròn do kích thước nhỏ và chiều dài lớn, giúp thuận tiện cho việc luyện và vận chuyển Để sử dụng thép cuộn, công nhân cần duỗi thẳng thép bằng nhiều phương pháp, từ việc dùng búa, kéo bằng xe tải đến sử dụng các móc bẻ Tuy nhiên, hiện nay, việc duỗi thép thường được thực hiện bằng máy nắn, giúp tạo ra các đoạn thép thẳng dài, đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các mục đích khác nhau.
Máy duỗi thép sử dụng hệ thống chủ yếu để duỗi và uốn thép loại €4, với vật liệu CT38 tương đối mềm Cơ cấu bánh kéo và bánh lăn được áp dụng để duỗi thẳng thép cuộn thành thép sợi thẳng Ưu điểm của máy là hoạt động hầu như không gây ra rung động, mang lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất.
DUT.LRCC là giải pháp lý tưởng cho việc cấu bánh kéo bánh lăn, đặc biệt phù hợp với các máy uốn thép có đường kính nhỏ, giúp đảm bảo độ ổn định và chính xác cao trong quá trình sản xuất.
Hình 2.2 Các con lăn của cơ cấu nắn thẳng
Hình 2.3 Nắn thẳng thép thủ công
Trong ngành sản xuất thép tại Việt Nam, quy trình uốn thép sợi chủ yếu vẫn diễn ra bằng phương pháp thủ công Công nhân phải thực hiện các bước như duỗi và cắt thép thành các đoạn theo kích thước đã định trước Sau đó, họ sử dụng càng và đồ gá để uốn từng đai thép theo hình dạng đã được xác định.
Phương thức này hoàn toàn thủ công, do đó độ chính xác và tốc độ phụ thuộc vào tay nghề của công nhân cũng như chất lượng trong các công đoạn duỗi và cắt thép Sản phẩm có thể không đảm bảo độ bền, vì công nhân thường gặp phải sai sót trong việc uốn, dẫn đến việc phải duỗi và uốn lại.
Hệ thống được thiết kế để tự động uốn thép ngay sau khi duỗi, với khả năng uốn sắt theo các thông số đã được nhập vào một cách khép kín Sau khi hoàn tất quá trình uốn, hệ thống sẽ tự động cắt đai thép ra khỏi cuộn và đưa ra ngoài Để đảm bảo hiệu quả, hệ thống được lập trình kết hợp với các thiết bị cảm biến, giúp nhận biết và uốn thép một cách chính xác, đảm bảo độ chính xác cao cho đai thép.
Hình 2.4: Cơ cấu uốn thép tự động Hình 2.5: Uốn thép thủ công
2.1.3 Hoạt động cắt thép và lấy sản phẩm ra:
Công việc cắt thép hiện nay đã hoàn toàn tự động, thay vì sử dụng kéo như trước đây Sau khi thép được uốn, bánh đĩa quay sẽ kích hoạt cơ cấu đòn bẩy, giúp dao cắt hạ xuống và thực hiện việc cắt sắt một cách hiệu quả.
Thép sau khi được uốn thành thành hình dạng mong muốn và cắt rời ra khỏi cuộn dây thép thì sẽ tự động rơi xuống máng chứa sản phẩm
Hình 2.6 Cắt thép thủ công
CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.2.1 Các chuyển động chính:
Cơ cấu duỗi bánh kéo bánh lăn thực hiện chuyển động quay để duỗi thép cuộn thành thép thẳng, được dẫn động bởi động cơ thông qua hệ thống giảm tốc.
✓ Chuyển động quay của cụm đầu uốn để quay đầu uốn nhằm tạo được góc bẻ 3D
Cơ cấu được dẫn động bằng động cơ thông qua hệ thống giảm tốc
✓ Chuyển động quay của đầu uốn nhằm uốn.Cơ cấu được dẫn động trực tiếp từ động cơ
✓ Công nhân làm việc được thoải mái, không phải chịu áp lực lao động
✓ Ngoài ra phải đảm bảo được tính an toàn và tính kinh tế.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Phương án 1 sử dụng thiết bị duỗi thẳng thông thường với các con lăn được dẫn động quay bằng động cơ DC, mang lại nhiều ưu điểm như sự đa dạng về kích cỡ, phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng.
Chất lượng sản phẩm thép sau khi duỗi thẳng tốt đảm bảo độ thăng và tiết diện tròn đề
Nhược điểm: Cơ cấu tương đối phức tạp, gây rung động lớn làm ảnh hưởng ít nhiều đến công đoạn uốn
Phương án 2 sử dụng cơ cấu bánh kéo bánh lăn để nắn thẳng thép theo hai phương dọc và ngang Ưu điểm của phương án này là giảm thiểu rung động trong quá trình hoạt động.
Kết cấu gọn nhẹ đơn giản
Nhược điểm: Tốc độ chậm.Chỉ nên sử dụng với các loại thép đã qua nguyên công kéo
Hình 2.7 Cơ cấu nắn thẳng theo phương đứng và phương ngang
Hệ thống này được thiết kế chủ yếu cho các loại thép nhỏ với đường kính từ 3-6 mm, đảm bảo các góc uốn chính xác Do đó, chúng tôi lựa chọn PHƯƠNG ÁN 2 để thực hiện phần nắn thẳng.
PHƯƠNG ÁN 1: Ở đây ta sử dụng cơ cấu kiểu cam thông qua cần gạt để tạo biên dạng củng như kích thước của đai thép
Phương án sử dụng động cơ và hệ truyền động giảm tốc giúp đảm bảo cụm quay đầu uốn quay đúng góc độ cần thiết để đạt được vị trí chính xác trong không gian Ưu điểm của phương án này bao gồm chi phí thấp, khả năng giảm momen xoắn trên trục thông qua hệ thống giảm tốc, cho phép động cơ hoạt động ở chế độ dòng điện thấp, từ đó tăng độ bền của thiết bị điện Bên cạnh đó, phương án còn dễ dàng sửa chữa và thay thế, đồng thời đảm bảo hoạt động chính xác và cứng vững.
Nhược điểm: Muốn thay đổi kiểu đai ta phải thay đổi biên dạng cam
PHƯƠNG ÁN 2: Ở đây ta sử dụng xylanh thủy lực để tạo lực làm quay đầu uốn thông qua bộ điều khiển được lặp trình sẵn
DUT.LRCC Ưu và nhược điểm của phương án : Ưu điểm: Thay đổi được kích thước đai, biên dạng dai
Nhược điểm: Gía thành cao
Phương án 2 được coi là lựa chọn tối ưu và phổ biến, tuy nhiên, do hạn chế về khả năng tài chính và tính chất của đồ án tốt nghiệp, phương án 1 vẫn là lựa chọn khả thi để tạo ra một loại đai.
Sử dụng động cơ thông qua bộ truyền xích truyền chuyển động đến cơ cấu uốn để uốn
Hình 2.9 Kết cấu cụm đầu uốn và cụm đầu cắt
DUT.LRCC Ưu và nhược điểm của phương án : Ưu điểm: độ chính xác của đầu uốn cao Hoạt động chắc chắn
Nhược điểm: Cần sử dụng động cơ có momen xoắn trên trục lớn
Sử dụng động cơ kết hợp với bộ truyền xích để truyền động đến cơ cấu cắt mang lại độ chính xác cao cho đầu cắt Phương pháp này hoạt động ổn định và đáng tin cậy.
Nhược điểm: Cần sử dụng động cơ có momen xoán trên trục lớn
CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CƠ CẤU
MÔ PHỎNG KẾT CẤU TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG
Hình 3.1: Kết cấu tổng thể máy uốn đai thép
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU DUỖI THÉP
3.2.1 Cơ cấu nắn thẳng thép:
3.2.1.1 Vị trí, vai trò của cơ cấu nắn:
Thép cuộn sau khi ra khỏi khuôn lò được cuộn tròn thay vì nắn thẳng, do đó cần sử dụng máy nắn để đảm bảo sản phẩm không bị cong vênh Việc này giúp đáp ứng yêu cầu chính xác, an toàn, nhanh chóng và nâng cao năng suất trong xây dựng Sau khi nắn thẳng, phôi sẽ có lượng dư đều, giảm sai số gia công và đảm bảo việc đẩy phôi dễ dàng cũng như kẹp chặt tốt.
Máy nắn thường được bố trí ở cuối dây chuyền công nghệ, sau sàn nguội, nhưng cũng có thể đặt ở trước sàn nguội để tận dụng nhiệt lượng từ quá trình cán, khi đó lực nắn không cần quá lớn và sản phẩm không yêu cầu độ chính xác cao Quá trình nắn không làm thay đổi hình dáng và tiết diện ngang của sản phẩm, mà chỉ khử bỏ những chỗ cong vênh và ứng suất dư trên bề mặt.
A Phương pháp biến dạng nhỏ:
Phương pháp này đặc trưng bởi việc uốn cong vênh từ con lăn thứ hai đến con lăn thứ (n-1), giúp giảm dần độ cong vênh cho đến khi gần như bằng không, đảm bảo độ cong vênh nằm trong phạm vi dung sai cho phép.
Con lăn thứ nhất chỉ có tác dụng làm điểm tựa Con lăn cuối cùng thì độ uốn cong tiến tới không
B Phương pháp biến dạng lớn: Đặc điểm của phương pháp này là con lăn thứ 2 và thứ 3 có độ uốn rất lớn làm cho vật cán biến dạng ở trạng thái dẻo toàn bộ Vật cán vốn có độ cong dư 2 chiều biến thành độ cong 1 chiều Từ con lăn thứ 4 trở đi thì nắn theo biến dạng nhỏ Con lăn thứ nhất chỉ có tác dụng làm tựa , quá trình nắn chỉ xảy ra từ con lăn thứ 2
Với các dạng nắn thẳng đó thì ta có các phương pháp nắn là:
DUT.LRCC hỏi thiết bị phức tạp nhưng năng suất thấp, độ chính xác không cao và phụ thuộc vào kinh nghiệm, tay nghề của người thợ
Đối với chi tiết trụ ngắn và có đường kính lớn, việc nắn ép thường sử dụng đồ gá trên thân máy tiện cú hoặc trên máy ép Bên cạnh đó, nắn ép cũng được áp dụng trên hai khối V để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình gia công.
Hình 3.2 Nắn thẳng trên hai mũi tâm
Trong 2 mũi tâm có 1 cố định,1 điều chỉnh được théo hướng chiều trục Khi nắn ép chi tiết và 2 mũi tâm đều bị xê dịch xuống,sau khi nắn xong lo xo lại đẩy về vị trí ban đầu Để nâng cao độ chính xác,dùng đồng hồ so để chỉ thị Nguồn sinh lực có thể dùng kết cấu vít me đai ốc, cơ cấu dầu ép hay khí nén
✓ Nắn thẳng trên máy chuyên dùng: Đối với chi tiết trụ dài,dường kính lớn thì việc nắn sẽ được nắn trên máy nắn chuyên dùng
Hình 3.3 Máy nắn thẳng chuyên dùng
Máy nắn thẳng chuyên dùng gồm có thùng quay,trong thùng có những bộ con
DUT.LRCC là một hệ thống đường thẳng với các bộ con lăn được sắp xếp thành cặp chéo nhau Chúng không chỉ quay quanh thùng mà còn thực hiện nhiệm vụ nắn thẳng và dẫn phôi một cách hiệu quả.
Phôi được đặt giữa các bộ con lăn nhờ hai xe nhỏ ở hai đầu, với khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh để phù hợp với các đường kính khác nhau Máy nắn thẳng chuyên dụng có năng suất rất cao, nhưng kích thước cồng kềnh của nó chỉ phù hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối.
Nắn thẳng trên máy cán ren là phương pháp hiệu quả cho phôi có kích thước ngắn, bằng cách thay bàn máy cán ren bằng bàn phẳng Phương pháp này cho phép nắn những đoạn ngắn với độ chính xác từ 0,005 đến 0,15 mm cho mỗi mm đường kính trên chiều dài 1m, đồng thời đạt năng suất rất cao.
Hình 3.4 Sơ đồ nắn thẳng trên máy cán ren
3.2.1.3 Phân loại cơ cấu nắn:
Máy nắn được phân loại trong bảng sau:
Bảng 3.1 Cơ cấu nắn kim loại:
Tên gọi Sơ đồ nguyên lí Công dụng
Nắn các loại dầm , thép hình cỡ lớn , thép ống
B Kiểu nằm Nắn các loại dầm , thép hình cỡ lớn , thép ống
C Kiểu điều chỉnh trục trên độc lập Nắn các loại thép hình , thép tấm
D Kiểu điều chỉnh trục trên toàn bộ song song Nắn các loại thép tấm dày cỡ trung
Nắn các loại thép tấm cỡ mỏng và cỡ trung
F Kiểu điều chỉnh trục trên từng phần tạo góc lệch
Nắn các loại thép tấm cỡ mỏng
G Kiểu đặt chéo cơ bản Nắn các loại thép ống và thép thanh tròn
H Kiểu đặt chéo Nắn thép ống
I Kiểu trục lệch tâm Nắn thép ống vỏ mỏng
K Kiểu kéo kẹp Nắn thép tấm mỏng đơn chiếc
L Kiểu kéo căng liên tục Nắn thép dải cuộn hoặc dải cuộn kim loại màu
M Kiểu kéo uốn kết hợp Nắn thép cuộn trong tổ máy liên hợp
3.2.2 Tính toán thiết kế bộ phận nắn thẳng thép
3.2.2.1 Quan hệ mômen nội lực và ứng suất:
Nhắc lại định luật Hucko
Giản đồ Hucko được biểu diễn qua hình :
Giản đồ Hucko thể hiện các điểm quan trọng trong cơ học vật liệu: Điểm A tương ứng với giới hạn tỷ lệ, Điểm B biểu thị giới hạn đàn hồi, Điểm C đại diện cho giới hạn chảy và Điểm D thể hiện giới hạn bền.
Ba điểm A B C rất gần nhau, trong thực tế xem như trùng nhau tại điểm C
- Trước và sau biến dạng tiết diện ngang của vật rắn vẫn phẳng và vuông góc với đường tâm của vật nắn
- Trong khi biến dạng vật nắn chỉ chịu uốn thuần túy
- Không xét tới ảnh hưởng của biến cứng
✓ Mômen nắn: Là momen quay con lăn làm cho vật bị biến dạng được tính theo công thức:
8 Với : - Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất r 0 = (10÷200).h = (10÷200).0,03 = (0,3÷6)
- Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất 2: r 2 =2,5
- Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất 4: r 4 =2,6
- Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất 6: r 6 =2,8
- Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất 8: r 8 =2
Với : t = 10(cm) = 0,1(m) : Khoảng cách tâm 2 con lăn
0,1 = 0,1 (KN) = 100 (N) Vậy tổng lực nén :
Công suất dẫn động của con lăn được tính theo công thức :
Trong đó : Mn: là mômen tổng cộng (N.m)
P: là tổng áp lực tác dụng lên các con lăn (N)
Hệ số ma sát giữa con lăn và vật rắn (M) cho thép hình dao động từ 0,0008 đến 0,0012 Hệ số ma sát của ổ trục con lăn được xác định là f, trong đó ổ trượt có f khoảng 0,05 đến 0,07 và ổ bi có f là 0,005 Đường kính của ổ trục con lăn được ký hiệu là d (m).
D: Đường kính của thân trục (m)
Chúng tôi chọn cơ cấu nắn với 7 viên bi, góc nghiêng của bi so với phương thẳng đứng là từ 20 đến 60 độ Cơ cấu này có hai chuyển động chính: bánh kéo quay quanh trục cố định và viên bi quay quanh trục của nó.
Hình 3.6 Cơ cấu nắn thẳng thép
CƠ CẤU UỐN THÉP
3.3.1 Giới thiệu một số loại đai:
Tùy vào kết cấu của giầm hoặc trụ mà ta có các loại đai khác nhau củng như kích thước khác nhau
Đai thép là một thành phần quan trọng trong thiết kế cơ cấu máy, và trong đề tài tốt nghiệp này, chúng ta sẽ tập trung vào loại đai hình vuông, loại đai thông dụng nhất, để thực hiện các tính toán và thiết kế cần thiết.
Với mức độ ở 1 đề tài tốt nghiệp, công việc thiết kế ở quy mô đơn chiếc và kinh
Bước 1 : Chọn động cơ Chọn bộ truyền
Bước 2: Thực hiện bài toán kiểm tra độ bền
Hình 3.8 Quy trình uốn đai
Quá trình uốn đai sẽ trải qua 5 bước như sau:
✓ Bước 1: Bẻ đoạn neo của đai
Khi thép được duỗi thẳng và đến vị trí uốn, cần gạt để nhận lực uốn từ đĩa cam, từ đó xoay 90 độ để bẻ công thép thành cốt đai Chiều dài cốt đai có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi biên dạng cam đĩa, tuy nhiên, nó đã được tiêu chuẩn hóa theo TC.
356 năm 2005 của bộ xây dựng Ở đây do làm mô đồ án nên ta chọn một loại đai thông dụng nhất là đai vuông cạnh 15cm
✓ Bước 2,3,4 : Quá trình uốn các góc của đai:
Sau khi hoàn thành việc bẻ cốt đai, thép sẽ di chuyển thẳng và cần gạt sẽ được kéo lùi nhờ lực tác động của lò xo Khi sắt được kéo đến kích thước cần thiết, cần gạt sẽ nhận lực uốn từ cam đĩa xoay 90 độ, tạo ra góc thứ hai của đai Quá trình này tiếp tục với cam đĩa và cần gạt uốn các góc còn lại của đai.
Sau khi hoàn thành việc uốn đai thứ hai, tín hiệu sẽ được gửi đến bộ điều khiển, kích hoạt xilanh 6 để duỗi thẳng cát đai Quy trình này cũng tương tự khi thực hiện uốn đai chữ nhật.
3.3.4 Tính toán lực uốn đai: Để uốn thép có đường kính lớn nhất là Φ Max =8 mm, ta tính toán cho điều kiện phá hủy vật liệu
Từ biểu thức: σ max = W M max u max x ≥ [σ ch ] (3.5) Trong đó: M max u : Mô men uốn lớn nhất, N/mm
W max x : Mô men chống uốn lớn nhất, mm 3
[σ ch ] : Giới hạn chảy cho phép, N/mm 2 , chọn [σ ch ]= 250 N/mm 2
Trong đó: D: Là đường kính lớn nhất của thép, D = 8 mm
32 = 50,24 mm 3 Thay vào công thức (3.6) ta có:
M max u = 250.50,24 = 12560 (N/mm) Công thức tính lực uốn cần thiết:
P= M max u r (3.8) Trong đó: r là bán kính uốn, r= 5 (mm)
Vậy lực uốn cần thiết là :
THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT
Sau khi đai được uốn hoàn tất, hệ thống tự động cắt và đẩy sản phẩm ra ngoài Toàn bộ quy trình này được điều khiển bởi cảm biến, relay và hệ thống khí nén.
Lực cắt được tính théo công thức:
Trong đó: k - hệ số k = 1,1÷ 1,3; lấy k = 1,2
c - trở lực cắt của vật liệu, c = (0,7 ÷ 0,8) b ; đối với thép cuộn có giới hạn bền từ ( 380÷490 ) ( N/mm 2 ) lấy b = 400 ( N/mm 2 )
CÁC THIẾT BỊ KHÁC DÙNG TRONG HỆ THỐNG
3.5.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay.Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác
3.5.1.2 Phân loại: Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau.Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại:
Và nếu theo tốc độ có thể phân thành 2 loại:
- động cơ không đồng bộ
Hình 3.9 Một Số loại động cơ
3.5.1.3 Động cơ điện xoay chiều 3 pha:
Từ trường quay được hình thành khi dòng điện ba pha chạy qua ba nam châm điện được sắp xếp lệch nhau trên một vòng tròn Cách bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện, dòng điện được cung cấp từ bên ngoài vào các cuộn dây 1, 2 và 3.
Khi động cơ được kết nối với mạng điện ba pha, từ trường quay do stato tạo ra khiến rôto quay quanh trục Chuyển động quay này được truyền qua trục máy để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
3.5.1.4 Động cơ điện xoay chiều 1 pha:
- Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha
Stato của loại động cơ này bao gồm hai cuộn dây được đặt lệch nhau một góc, trong đó một cuộn dây được kết nối trực tiếp với mạng điện, còn cuộn dây kia được nối với mạng điện thông qua một tụ điện.
Cách mắc điện trong hai cuộn dây tạo ra hiện tượng lệch pha, từ đó sinh ra từ trường quay Động cơ không đồng bộ một pha thường chỉ đạt công suất nhỏ, chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị gia đình như quạt điện, máy hút bụi và máy bơm nước.
3.5.1.5 Phân tích lựa chọn động cơ: Đặc điểm làm việc của máy uốn là sau khi đai thép được uốn xong thì động cơ sẽ dừng để cơ cấu cắt làm việc, cắt đai thép ra khỏi cuộn thép Muốn vậy thì động cơ phải dừng chính xác, đúng vị trí cần cắt sau khi cắt thép xong động cơ tiếp tục chạy để duỗi thép.Để làm đáp ứng được nhiệm vụ này thì một động cơ thông thường sẽ ko làm được mà ta phỉa sử dụng động cơ bước
Mặc dù động cơ bước có khả năng đa dạng, nhưng giá thành của nó rất cao, đặc biệt khi áp dụng cho máy uốn thép sẽ gây lãng phí Do đó, lựa chọn hợp lý là sử dụng động cơ thông thường làm nguồn động lực cho cơ cấu duỗi, uốn và cắt thép Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và ít sinh nhiệt trong điều kiện làm việc liên tục với tần số cao, chúng tôi đã chọn loại động cơ có công suất 1.5 kW và hộp giảm tốc với số vòng quay đầu ra là 30 vòng/phút.
3.5.1.6 Tốc độ trục công tác: Áp dụng công thức:
Ta có: Động cơ 1 pha có hôp giảm tốc với nct0 ( v/phút )
Truyền động xích thường dùng trong trường hợp các trục có khoảng cách trục
DUT.LRCC đòi hỏi chế tạo và lắp rắp phức tạp hơn, cần thường xuyên bôi trơn và giá thành tương đối cao
Với công suất cần thiết: N dc = 1,5 kw
Số vòng quay bánh dẫn: n dc = 30 v/ph
Do yêu cầu về vận tốc không cao và không cần làm việc êm ái hay ồn ào, việc sử dụng xích ống con lăn là lựa chọn hợp lý vì nó có giá thành rẻ và dễ chế tạo hơn so với xích răng.
3.5.2.2.Định số răng đĩa xích
Với tỉ số truyền của bộ truyền xích là 3, theo bảng 6-3 trong sách "Thiết kế Chi tiết máy" của Nguyễn Trọng Hiệp và Nguyễn Văn Lẫm, ta chọn số răng đĩa xích dẫn z1 = 18.
Tính số răng đĩa xích bị dẫn : z 2 =i X z 1 =3.18 = 54
Hệ số điều kiện sử dụng
+ K đ là hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài Tải trọng va đập: K đ =1,2
+ K A là hệ số xét đến chiều dài xích Khoảng cách trục A=(30÷50)t nên lấy
+ K 0 là hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền,bộ truyền nằm ngang : K 0 = 1
K đc là hệ số quan trọng trong việc điều chỉnh lực căng của xích Khi trục không có khả năng điều chỉnh và không đi kèm với đĩa xích hoặc con lăn căng xích, giá trị K đc được xác định là 1,25.
+ K b là hệ số xét điều kiện bôi trơn.Chọn điều kiện bôi trơn gián đoạn(định kỳ)K b = 1,5
+ K c là hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, làm việc 1 ca chọn K c = 1
K =K đ K A K 0 K đc K b K c = 1,2.1.1.1,25.1,5.1 = 2,25 Xác định công suất tính toán của bộ truyền xích:N t = N.k.k z k n
N là công suất danh nghĩa N = N CT = 1.5 kW
Hệ số răng của đĩa dẫn k z = 0,926
Hệ số vòng quay đĩa dẫn k n = 1,1
Tra bảng 6 – 4 trang 106 sách TKCTM chọn được xích ống con lăn 1 dãy có:
-Bước xích t = 12,7 mm (ΓOCT 10947 – 64)
- Diện tích bản lề F = 50,3mm 2
- Công suất cho phép [N] = 7,9 W Với loại xích này theo bảng 6 – 1 trang 103 sách TKCTM tìm được kích thước chủ yếu của xích:
- khối lượng 1 mét xích: q = 0,71kg
Kiểm nghiệm số vòng quay của đĩa xích được thực hiện theo điều kiện n1 ≤ ngh, trong đó ngh là số vòng quay giới hạn, phụ thuộc vào bước xích và số răng của đĩa xích Theo bảng 6 – 5, với số răng của đĩa xích nhỏ z1 = 18 và bước xích t = 12,7 mm, ta có số vòng quay giới hạn ngh = 2550 v/ph.
n 1 = 30