Trong thời đại ngày nay ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng là một trong những ngành quan trọng có tính then chốt và cũng là nền tảng để đưa đất nước ta trở thành một nước công nghiệp hiện đại Để đáp ứng nhu cầu khoa học kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng thì người kỹ sư cơ khí là rất cần thiết đối với một nước công nghiệp phát triển Hiện nay nhu cầu về ống là rất cần thiết để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống và trong lao động như ngành y tế hàng tiêu dùng thuỷ lợi đóng thuyền xây dựng Việc lắp đặt hay tạo hình các ống có thể sẽ gặp rất nhiều khó khăn vì phải uốn lượn với những góc độ khác nhau hay dùng rất nhiều ống nối chữ T nối 900 để có thể đưa chất chuyển tải đến nơi cần thiết nói chung còn trong lĩnh vực đóng tàu biển thì các đường ống lắp đặt trên tàu nếu chỉ dùng các ống nối chữ T nối 900 thì sẽ không đáp ứng được vì các đường ống trên tàu nối với nhau bỡi góc độ
GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ UỐN ỐNG
Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống
1.1.1 Lịch sử phát triển của ống
Lịch sử sản xuất ống bắt đầu từ việc sử dụng khúc gỗ rỗng để cung cấp nước cho các thành phố trong thời trung cổ Vào đầu thế kỷ XIX, ống gang đã trở nên phổ biến tại Anh và Pháp.
Những ống thép đúc đầu tiên xuất hiện ở Philadelphia vào năm 1817 và New York vào năm 1832 Việc phân phối khí cho đèn khí được phát triển đầu tiên ở Anh, nơi người ta sử dụng thép tấm cuộn để tạo thành ống qua con xúc xắc và hàn mép lại với nhau.
Vào năm 1887, ống thép đầu tiên được sản xuất từ thép Bethkhem tại Mỹ Ống thép có đường hàn đã được thử nghiệm từ giữa thế kỷ 19, với quy trình Mannesman được phát triển ở Đức vào năm 1815 và thương mại hóa tại Anh vào năm 1887 Đến năm 1895, ống thép không hàn đã được sản xuất thành công lần đầu tiên tại Mỹ Đầu thế kỷ 20, ống thép không hàn trở nên phổ biến, đặc biệt trong bối cảnh cách mạng công nghiệp diễn ra mạnh mẽ trong ngành ô tô, tái lọc dầu, hệ thống ống dẫn, giếng dầu và lò hơi phát điện.
Vào lúc này ống hàn không đạt được độ tin cậy bằng ống hàn điện
Sự phát triển của phương pháp sản xuất ống và ngành thép đã tạo ra những sản phẩm có khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ, hóa chất và áp suất Ống thép được sử dụng đáng tin cậy trong các ngành công nghiệp quan trọng, từ hệ thống đường ống ở Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử.
1.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống
Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là Liên
Xô (20 triệu tấn) Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản (10,5 triệu tấn)
Sản xuất ống thép phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế toàn cầu như ngành khai thác dầu, xây dựng nhà máy điện và công nghiệp ôtô Ở những khu vực có giá dầu thấp, nhu cầu khoan giếng dầu giảm, dẫn đến sự sụt giảm trong sản xuất ống thép cho ngành này.
Sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp là một ví dụ điển hình, với tổng sản lượng toàn cầu phản ánh sự ảnh hưởng từ các khu vực kinh tế địa phương ở từng quốc gia.
1.1.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống
Từ xa xưa, con người đã sử dụng các vật thể tròn xoay bằng đá hoặc gỗ để nghiền bột và ép dầu Theo thời gian, những vật liệu này được thay thế bằng kim loại như nhôm, thép và đồng thau, cùng với sự chuyển đổi từ việc cán bằng tay sang sử dụng trục cán trong các máy móc Sự phát triển của máy cán đã giúp nâng cao năng suất sản xuất, từ việc dẫn động bằng sức người sang sử dụng sức mạnh của trâu, bò, ngựa Ngày nay, công suất động cơ vẫn được đo bằng mã lực, phản ánh sự tiến bộ trong công nghệ sản xuất.
Vào năm 1771, máy hơi nước được phát minh, đánh dấu sự chuyển mình của máy cán sang việc sử dụng động cơ hơi nước Đến năm 1864, chiếc máy cán 3 trục đầu tiên ra đời, mở rộng sự đa dạng của sản phẩm cán và uốn, bao gồm thép tấm, thép hình, đồng tấm và đồng dây Sự phát triển kỹ thuật cùng với nhu cầu vật liệu thép tấm cho ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa và ngành công nghiệp nhẹ đã dẫn đến sự ra đời của máy cán 4 trục vào năm 1870 Tiếp theo đó, các loại máy cán 6 trục, 12 trục và 20 trục cũng được phát triển, từ đó, dựa trên nguyên lý của máy cán, máy uốn, bao gồm cả máy uốn ống, đã được giới thiệu.
Kể từ khi điện ra đời, máy uốn đã được trang bị động cơ điện, với công suất hiện nay đạt tới 7800 KW.
Ngày nay, sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến việc phát triển các máy cán và máy uốn được điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động, hoạt động theo chương trình điều khiển.
Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống
1.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp
Trong sản xuất hiện nay, ống dẫn nhiên liệu như dầu và khí được sử dụng rộng rãi, phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau như đóng tàu, sản xuất sữa và nước uống.
Hình 1.I Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong công nghiệp
1.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt
Trong các hoạt động sinh hoạt, sản phẩm ống được ứng dụng phổ biến, đặc biệt yêu cầu tính thẩm mỹ cao Do đó, vật liệu inox và thép không gỉ thường được sử dụng, như trong các sản phẩm lan can và bàn ghế.
Hình 2.I Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong sinh hoạt
Một số loại máy uốn ống hiện có và thông số kỹ thuật
- Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T ( Elip Vn )
Hình 3.I Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T
Thông số kỹ thuật: Đường kớnh uốn giới hạn ỉ4 -> ỉ51 mm Độ dày ống uốn 2 -> 3,5 mm
Góc uốn tối thiểu 5 độ
Góc uốn tối đa 180 độ
Tốc độ uốn 4 -> 6 vòng uốn/ phút
Công suất động cơ 3 Kw
-Máy uốn ống 3 trục ElipE-3A-O-76-3T( Elip Vn)
Hình 4.I Máy uốn ống 3 trục Elip E-3A-O-76-3T
Thông số kỹ thuật: Đường kính ống uốn 16, 19, 22, 25, 32, 38, 51, 63, 76 mm Độ dày ống uốn 0.5 -> 2mm
Công suất động cơ 1,5 Kw
Kích thước máy 800 x 500 x 900 mm Đường kính uốn cong tối đa 76 mm
Góc uốn tối đa 360 độ
Góc uốn tối thiểu 0 độ
- Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S( Elip Vn)
Hình 5.I Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S
Khả năng uốn tối đa ỉ50x3 mm
Bán kính uốn tối đa R 250
Bán kính uốn nhỏ nhất Theo đường kính ống
Góc uốn tối đa 190 độ Độ dài phôi cần cấp tối đa 3000 mm
Tốc độ uốn Max 85 độ/giây
Tốc độ quay Max 200 độ/giây
Tốc độ cấp phôi Max 1000 mm/giây
Phương thức uốn Uốn thủy lực
Công suất động cơ 5.5 Kw Áp lực dầu tối đa 12 Mpa
LÝ THUYẾT UỐN VÀ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
Cơ sở lý thuyết uốn
2.1.1 Các tính chất quan trọng của các loại vật liệu uốn ống
Inox, hay thép không gỉ, là hợp kim sắt chứa ít nhất 10,5% crom, giúp ngăn ngừa sự biến màu và ăn mòn so với thép thông thường Các loại thép không gỉ đa dạng, mang lại nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp và đời sống.
* Thép không gỉ hai pha: với các mác 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 và 40Cr13 có tổ chức hai pha là ferit (hoà tan Crôm cao)
- Là loại thép có 0,10,4%C và 1,3%Cr
- Tính chống ăn mòn cao
- Khá dẻo, dai, có thể chụi biến dạng nguội
* Thép không gỉ một pha ferit: với các mác 08Cr13, 12Cr17, 15Cr25Ti
- Nếu dùng 13%Cr thì hàm lượng cacbon < 0,08% nếu dùng 0,10,2%C thì hàm lượng Cr là 1725%
- Không có chuyển biến pha, thù hình, luôn có tổ chức ferit
* Thép không gỉ một pha austenit:
Thép này có đặc điểm nổi bật với hàm lượng Crôm cao (>1618%) và Ni cao ( 68%), giúp mở rộng khu vực austenit (), tạo nên cấu trúc austenic cho thép.
- Chịu được ăn mòn cao
- Có độ dẻo và giới hạn chảy cao
* Thép không gỉ hoá bền tiết pha:
Thành phần và tổ chức của hợp kim gần với họ austenic có lượng Cr và Ni thấp hơn, cụ thể là từ 13 đến 17% Cr và 4 đến 7% Ni, đồng thời bổ sung thêm Al, Cu, Mo Tuy nhiên, tổ chức austenic trong trường hợp này không thật sự ổn định.
Thép có tính năng công nghệ cao và cơ tính vượt trội, dễ dàng trong việc gia công cắt và biến dạng Ở trạng thái mềm, thép được hóa bền bằng phương pháp hóa già ở nhiệt độ thấp, giúp ngăn chặn biến dạng và oxy hóa hiệu quả.
Một số tính chất của inox:
- Tốc độ hóa bền rèn cao
- Độ cứng và độ bền cao
- Chống chịu ăn mòn cao
- Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt
Bảng 2.1 Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường
(Tham khảo tài liệu về các loại ống đang có trên thị trường của công ty Nam Sơn)
2.1.1.2 Vật liệu thép mạ kẽm:
Thép mạ kẽm là sản phẩm có độ bền vượt trội, khả năng chống chịu tốt với nước mưa, nước biển, độ ẩm và hóa chất Do đó, tuổi thọ trung bình của thép ống mạ kẽm thường cao hơn nhiều so với ống thép đen.
Ngoài ra thép mạ kẽm mang đầy đủ tính chất của vật liệu thép như:
Bảng 2.2 Bảng thông số ống mạ kẽm
Hạng Đ.kính trong danh nghĩa Đường kính ngoài Chiều dày
Chiều dài Tr/lượng Số cây/bó
Tiêu chuẩn kg/m Kg/bundle
(Tham khảo ở công ty vinapipe corp)
Ngoài ra còn có vật liệu thép theo tiêu chuẩn dùng trong các ngành công nghiệp
Uốn là một trong những nguyên công phổ biến trong dập nguội, là quá trình gia công kim loại bằng áp lực để biến phôi thành các chi tiết có hình dạng cong hoặc gấp khúc Quá trình này có thể thực hiện với phôi ở trạng thái nguội hoặc nóng, cho phép tạo ra các sản phẩm từ tấm, dây, thanh định hình đến ống.
2.1.2.2 Đặc điểm: Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối, phôi được biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác nhau của phôi uốn
Vật liệu uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên về số lượng, chất lượng cũng như kiểu dáng
Quá trình uốn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng của vật uốn, dạng phôi ban đầu và đặc tính của khuôn Uốn có thể thực hiện trên máy ép trục khuỷu lệch tâm, máy ép ma sát hoặc máy ép thủy lực Ngoài ra, cũng có thể sử dụng dụng cụ uốn bằng tay hoặc máy uốn chuyên dụng.
Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
Biến dạng đàn hồi là loại biến dạng mà khi loại bỏ tải trọng tác dụng, nó sẽ trở về trạng thái ban đầu Hiện tượng này xảy ra khi tải trọng tác động nhỏ hơn một giá trị nhất định, được gọi là giới hạn đàn hồi.
Dưới tác động của ngoại lực, mạng tinh thể kim loại sẽ bị biến dạng Khi ứng suất trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, sự dịch chuyển của các nguyên tử chỉ diễn ra trong một thông số mạng Nếu ngừng tác động lực, mạng tinh thể sẽ trở về trạng thái ban đầu.
- Biến dạng dẻo: Là biến dạng vẫn tồn tại khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi tải trọng lớn hơn giới hạn đàn hồi
- Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh
Trượt là hình thức dịch chuyển của một phần đơn tinh thể, trong đó nó di chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, được gọi là mặt trượt Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại di chuyển tương đối với nhau một khoảng bằng số nguyên lần thông số mạng Sau khi các nguyên tử kim loại dịch chuyển đến vị trí cân bằng mới, chúng không trở về trạng thái ban đầu khi lực tác dụng được loại bỏ.
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể di chuyển đến vị trí mới đối xứng qua mặt phẳng song tinh, với các nguyên tử kim loại di chuyển tỷ lệ thuận với khoảng cách đến mặt này Nghiên cứu cho thấy trượt là nguyên nhân chính gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, với các mặt trượt có mật độ nguyên tử cao nhất Mặc dù biến dạng dẻo do song tinh gây ra là nhỏ, nhưng sự hiện diện của song tinh giúp quá trình trượt diễn ra thuận lợi hơn.
Biến dạng dẻo của đa tinh thể trong kim loại và hợp kim là quá trình xảy ra ở các hạt tinh thể, tạo thành cấu trúc đa tinh thể Trong quá trình này, có hai dạng biến dạng chính: biến dạng nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt Biến dạng nội bộ hạt chủ yếu do hiện tượng trượt và song tinh, trong đó trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng ứng suất chính một góc khoảng 45 độ, dẫn đến sự không đồng thời và không đều trong biến dạng Khi chịu tác động của ngoại lực, biên giới hạt cũng bị biến dạng, khiến các hạt trượt và quay tương đối với nhau Sự trượt và quay này tạo ra các mặt trượt mới, giúp tiếp tục phát triển quá trình biến dạng trong kim loại.
Uốn làm thay đổi hướng thớ của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước
Trong quá trình uốn, kim loại ở góc uốn co lại theo hướng dọc thớ và giãn ra theo hướng ngang, trong khi phần ngoài góc uốn bị giãn do lực kéo Giữa lớp co ngắn và giãn dài tồn tại lớp trung hoà không bị ảnh hưởng bởi lực kéo, giữ nguyên trạng thái ban đầu, và lớp này được dùng để tính sức bền của vật liệu khi uốn Khi uốn những dải dài, có thể xảy ra hiện tượng sai lệch chiều dày ở tiết diện ngang, khiến lớp trung hoà lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn các dải vật liệu rộng, hiện tượng biến dạng mỏng có thể xảy ra mà không làm thay đổi tiết diện ngang Điều này là do trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn giúp ngăn chặn biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn và ngược lại
Hình 1.II Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn
Hình 2.II Phôi ống sau khi uốn
Hình 3.II Biểu đồ ứng suất của ống khi chịu uốn
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của uốn đến tính dẻo và biến dạng của kim loại
Các số liệu ban đầu
Trong quá trình thiết kế máy, việc lựa chọn vật liệu phôi ống và xác định đường kính ống là rất quan trọng để tính toán lực uốn lớn nhất mà máy cần Từ lực uốn này, ta có thể xác định công suất bơm dầu và công suất của động cơ điện cần thiết cho máy.
+ Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 100 (mm)
+ Đường kính phôi ống nhỏ nhất là : D min = 25 (mm)
+ Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm)
+ Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm)
LÝ THUYẾT TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ĐƯỢC DÙNG
Lý thuyết truyền động thủy lực
3.3.1 Giới thuyết về hệ thống truyền động thủy lực
Kỹ thuật truyền động và điều khiển hệ thủy lực đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều thiết bị và dây chuyền sản xuất Kể từ những năm 1980, sự phát triển của công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử đã nâng cao đáng kể trình độ công nghệ của hệ thống điều khiển thủy lực.
Hệ thống truyền động thủy lực là giải pháp lý tưởng cho việc điều khiển các cơ cấu chấp hành có công suất lớn nhờ khả năng truyền động vô cấp chính xác Hiện nay, công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp như máy ép, hệ thống nâng chuyển, máy công cụ vạn năng, máy CNC, robot công nghiệp, và trong các dây chuyền sản xuất tự động, đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao trong điều khiển.
Ưu và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực
- Truyền được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản và hoạt động với độ tin cậy cao
- Điều chỉnh được vô cấp vận tốc của cơ cấu chấp hành
- Vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn bố trí không lệ thuộc với nhau
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao
Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, cho phép hoạt động hiệu quả ở vận tốc cao mà không lo bị va đập mạnh, nhờ vào tính chịu nén của dầu So với hệ truyền động cơ khí hay điện, hệ thống thủy lực mang lại độ ổn định và an toàn hơn trong quá trình vận hành.
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn
- Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch nhờ áp kế
- Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa
- Tổn thất trong đường ống dẫn và các phần tử thủy lực nên làm giảm hiệu suất làm việc
- Do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi.
Giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng trong máy
Van an toàn được dùng để đảm bảo cho hệ thống được an toàn khi có quá tải Nó được đặt trên ống chính có áp suất cao
Van an toàn có thể hoạt động theo hai cách: nếu chỉ làm việc gián đoạn, nó được gọi là van chống đỡ; còn nếu làm việc liên tục, với chất lỏng luôn thoát qua, thì được gọi là van tràn Tùy thuộc vào cách phối hợp trong hệ thống, cùng một loại van có thể hoạt động như cả van tràn và van chống đỡ.
Hình 1.III Kết cấu nguyên lý van an toàn Trong đó:
Chất lỏng từ bơm được dẫn vào buồng (a) và được đẩy vào thùng chứa qua buồng (b) Dưới tác động của lò xo yếu (3), piston (2) bị ép xuống dưới.
Trong lỗ thông giữa piston có lỗ giảm chấn với đường kính nhỏ, giúp buồng (a) luôn thông với buồng (e) Lò xo (5) có nhiệm vụ ép viên bi vào đế van, và ứng lực của lò xo này có thể được điều chỉnh thông qua vít (7).
Khi áp lực dầu chưa đạt đến mức ứng lực tối đa của lò xo, van bi sẽ không mở, dẫn đến việc buồng (a) vẫn thông với buồng (b) Trong tình huống này, chất lỏng trong các buồng a, c, d, e đều giữ trạng thái tĩnh, do đó áp suất giữa các buồng này được coi là đồng nhất.
Khi piston (2) ở vị trí thấp nhất, lực lò xo (3) cân bằng với áp suất dầu tác dụng lên piston từ buồng c, trong khi áp lực từ các buồng d và e cũng đồng thời tăng lên đột ngột khi hệ thống quá tải Áp lực dầu lên viên bi (4) vượt quá lực lò xo (5), khiến viên bi (4) bị đẩy lên và một phần chất lỏng từ buồng c được đẩy ra ngoài về thùng chứa Nhờ lỗ giảm chấn (8) gây tổn thất áp suất dầu, tạo ra sự chênh lệch áp giữa các buồng d, e và c, làm mất trạng thái cân bằng lực tác dụng lên piston (3) Dưới áp suất cao trong buồng c và e, piston được nâng lên cho đến khi áp lực chất lỏng và lực lò xo (3) cân bằng trở lại, lúc này piston ngừng di chuyển Kết quả là buồng (a) thông với buồng (b), giúp đẩy dầu trong hệ thống về thùng chứa, giảm tải cho hệ thống Nếu áp suất trong buồng a tăng mạnh, dòng dầu từ các buồng d, c qua van bi về thùng sẽ mạnh hơn, làm tăng tổn thất áp suất tại lỗ (8) và độ chênh áp trên piston tăng lên, khiến piston (2) tiếp tục được nâng lên, mở rộng cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b), đẩy nhiều dầu hơn về thùng.
Van hoạt động như một van an toàn bằng cách điều chỉnh ứng lực lò xo để giữ cho van bi luôn mở, cho phép chất lỏng thoát từ hệ thống về thùng Nhờ đó, áp suất trong hệ thống buồng (a) và (b) luôn được duy trì ổn định.
Dựa vào nguyên lý hoạt động chia van an toàn ra làm hai loại chủ yếu:
+ Van an toàn tác dụng trực tiếp
+ Van an toàn có tác dụng tùy động Đối với hệ thống thủy lực của máy thiết kế, ta chọn loại van an toàn có tác dụng tùy động
Loại này có các ưu điểm nổi trội so với loại van có tác dụng trực tiếp, đó là:
+ Làm việc với áp suất cao
+ Không những bảo vệ hệ thống khi quá tải mà còn ổn định áp suất làm việc của hệ thống
+ Không gây va đập trong van
Trong hệ thống thủy lực, một bơm dầu thường phải cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành với áp suất khác nhau Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, bơm cần làm việc với áp suất lớn nhất, trong khi đó, van giảm áp được lắp đặt trước các cơ cấu chấp hành để điều chỉnh áp suất xuống mức cần thiết.
Hình 2.III Kết cấu nguyên lý van giảm áp
Van cản là thiết bị quan trọng trong hệ thống thủy lực, giúp tạo ra sức cản cần thiết Bằng cách đặt van cản ở cửa ra, áp suất được duy trì ổn định, ngăn chặn hiện tượng đứt quãng của chất lỏng, từ đó đảm bảo piston của cơ cấu chấp hành hoạt động êm ái và nhẹ nhàng.
Van cản được lắp đặt ở đường dầu hồi về giúp giữ lại dầu trong xilanh khi máy ngừng hoạt động, ngăn không cho dầu chảy hết về bể dầu Nhờ đó, khi máy khởi động lại, piston không bị chấn động.
Dựa vào kết cấu van, người ta chia van cản ra làm ba loại chính:
Hình 3.III Kết cấu nguyên lý van cản
1 Thân van 4 Vít điều chỉnh
Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh được vận tốc của cơ cấu chấp hành
Vì quá trình kẹp chi tiết hạn chế va đập của má kẹp vào ống ta sử dụn g van tiết lưu một chiều
Hình 4.III Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng
Van đảo chiều được sử dụng để điều chỉnh việc đóng mở các ống dẫn, giúp khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng Chúng cũng có chức năng đảo chiều chuyển động của các cơ cấu chấp hành.
- Số vị trí: là số định vị con trượt của van Thông thường van đảo chiều có 2 cửa
3 vị trí.Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn
Số cửa của van đảo chiều là số lỗ dùng để dẫn dầu vào hoặc ra, thường dao động từ 2 đến 4 Trong một số trường hợp đặc biệt, số cửa có thể nhiều hơn.
3.3.5.1 Van đảo chiều 3 cửa 2 vị trí
Hình 5.III Van đảo chiều 3/2
- Tín hiệu tác động vào van:
Hình 6.III Tín hiệu tác động vào van
Hinh 7.III Kí hiệu van đảo chiều 3/2
3.3.5.2 Van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí
Hình 8.III Kí hiệu van đảo chiều 4/3
Van đảo chiều 4/3 được sử dụng để điều khiển cơ cấu truyền lực tại một vị trí cố định khi dừng lại Khi các cửa nối bị chặn ở vị trí trung gian, dầu từ bơm sẽ được cung cấp cho van qua van tràn để trở về thùng chứa.
Bộ ổn tốc giữ cho hiệu áp không đổi khi áp suất giảm, đảm bảo lưu lượng chảy qua van ổn định, từ đó duy trì vận tốc của cơ cấu chấp hành gần như không đổi.
Như vậy để ổn định vận tốc ta sử dụng bộ ổn tốc
Hình 9.III Kết cấu bộ ổn tốc
Bộ ổn tốc là thiết bị bao gồm van giảm áp và van tiết lưu, thường được lắp đặt ở đường ra của cơ cấu chấp hành Mặc dù có thể lắp trên đường vào, nhưng vị trí phổ biến nhất vẫn là tại đường ra để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.
Hình 10.III Kí hiệu bộ ổn tốc
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG
Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế máy
4.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn
- Thực hiện quá trình kẹp chặt và giữ phôi khi uốn
- Thực hiện hành trình uốn
- Lực uốn danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực uốn cần thiết
- Thả kẹp và tháo ống
4.1.2 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý
Máy uốn ống cỡ lớn được thiết kế để uốn các ống có đường kính từ 25 đến 100 mm và độ dày tối đa lên đến 10 mm Do đó, việc lựa chọn phương án truyền động và cơ cấu máy phù hợp là rất quan trọng.
4.1.2.1 Lựa chọn phương án truyền động
Dựa trên nguyên lý hoạt động của máy uốn ống, có thể lựa chọn các phương pháp truyền động như truyền động bánh răng, truyền động bánh răng kết hợp với truyền động xích, và sử dụng hệ thống thủy lực để thực hiện công việc kéo má động và làm puly quay trong quá trình uốn.
Bộ phận truyền động có nhiệm vụ truyền chuyển động cho trục gắn puly, giúp puly và má động quay để thực hiện quá trình uốn ống Dựa trên nguyên lý này, có nhiều phương án truyền động khác nhau được áp dụng.
• Phương án 1: Truyền động bánh răng ( Hình 1.IV.)
Khi mở máy thông qua hộp giảm tốc chuyển động được truyền đến trục uốn làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn
- Ưu điểm: Truyền động bánh răng đảm bảo độ tin cậy cao, truyền động chính xác , công suất truyên động lớn
- Nhược điểm: Kết cấu máy rất phức tạp, cồng kềnh, khó điều khiển, quá trình kẹp và nhả kẹp của các cơ cấu uốn phức tạp
• Phương án 2: Truyền động đai ( Hình 2.IV.)
- Ưu điểm: Truyền động đai có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Nhược điểm: Truyền động với công suất bé Giữa bánh đai và đai có hiện tượng trượt do đó không đảm bảo độ chính xác trong quá trình uốn
• Phương án 3: Sử dụng hệ thống thủy lực cùng với bộ truyền xích( Hình 3.IV.)
- Sử dụng các xi lanh thủy lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quá trình kẹp nhả ống
- Ưu điểm: Kết cấu máy đơn giản, máy có công suất lớn, truyền động với khoảng cách lớn
Chuyển động đi về (thực hiện uốn) và chuyển động kẹp chặt dễ dàng Thao tác vận hành dễ dàng
Nhược điểm của hệ thống này là do xilanh kéo uốn và xilanh kéo về phải thực hiện quá trình kéo xích vòng qua đĩa xích, dẫn đến chiều dài của xilanh và cần piston cần phải lớn hơn.
+ Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động bánh răng:
Hình 1.IV Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bánh răng
2 Hộp giảm tốc 4 Puly uốn
+ Sơ đồ nguyên lý của máy dùng phương án truyền động đai:
Hình 2.IV Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bộ truyền đai
1 Puly uốn 3 Hộp giảm tốc
2 Bộ truyền đai 4 Động cơ
+ Sơ đồ nguyên lý phương án dùng hệ thống thủy lực:
Hình 3.IV Sơ đồ nguyên lý máy uốn dùng hệ 1 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích
Hình 4.IV Sơ đồ nguyên lý uốn dùng hệ 2 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích
Dựa trên những ưu điểm của bộ truyền, chúng tôi quyết định thiết kế máy sử dụng hệ thống thủy lực kết hợp với bộ truyền xích để thực hiện việc truyền động cho máy và quá trình nhả kẹp ống.
4.1.2.2 Lựa chọn kết cấu máy hợp lý
Lựa chọn các loại đầu kẹp ống
Có 2 loại đầu kẹp ống: đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sử dụng các má kẹp
* Đầu kẹp sử dụng con lăn
Máy uốn ống sử dụng đầu kẹp thường có công suất nhỏ, tạo ra ma sát giữa ống kẹp và puly uốn nhỏ (ma sát lăn) Tuy nhiên, nhược điểm của loại máy này là khi uốn các ống có kích thước lớn, cấu trúc puly sẽ trở nên cồng kềnh và đầu kẹp cũng sẽ lớn hơn.
* Đầu kẹp sử dụng các má kẹp
Các má kẹp có cấu trúc đơn giản, phù hợp để kẹp các ống có đường kính lớn, nhưng nhược điểm chính là tạo ra lực ma sát lớn khi uốn, dẫn đến ma sát trượt Để giảm thiểu ma sát trượt và tránh hư hỏng ống, đặc biệt là ống inox mỏng, cần thiết kế bộ phận dẫn động cho má kẹp, mặc dù má kẹp tĩnh có cấu trúc phức tạp hơn.
- Cách bố trí các xi lanh uốn
+ Máy chỉ sử dụng một xi lanh
Hình 6.IV Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh
1 Đĩa xích cố định trên thân máy
4 Xích 5 Đĩa xích gắn trên trục má động
Xi lanh 2 chiều mang lại lợi ích về chi phí thấp do chỉ cần sử dụng một xi lanh cho cả quá trình di chuyển của má uốn Tuy nhiên, nhược điểm của nó là yêu cầu bố trí máy phức tạp và xích kéo dài, đồng thời công suất máy cũng khá hạn chế.
+ Máy sử dụng 2 xi lanh
Hình 7.IV Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh
1 Xi lanh kéo uốn 4 Đĩa xích
2 Khớp nối 5 Xi lanh kéo về
3 Xích Với cách bố trí này máy uốn có công suất uốn khá lớn bố trí máy khá đơn giản vì dùng xích kéo ngắn truyền công suất lớn
Kết luận: Để thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn, chúng ta cần sử dụng các má kẹp và bộ truyền xích hở, đồng thời áp dụng 2 xilanh cho hành trình đi và về của má động.
4.1.3 Các bộ phận của máy uốn ống
+ Là phần quay trong máy uốn ống có nhiệm vụ kẹp và uốn ống với các góc độ khác nhau phù hợp với yêu cầu của sản phẩm
Má động được thiết kế liền khối với đầu trượt để kẹp ống, sử dụng cơ cấu piston - xi lanh để dẫn động đầu trượt Hệ thống có cữ hành trình đảm bảo an toàn khi má động thực hiện uốn ống và trở về vị trí ban đầu Trên má động, đĩa xích được gắn để nhận chuyển động từ pitong kéo xích, giúp truyền động hiệu quả.
Đầu trượt với má kẹp có xẻ rãnh giúp tăng ma sát trong quá trình kẹp và uốn Nó có nhiệm vụ giữ chặt ống cùng với pu li uốn khi má động quay, nhưng cũng là bộ phận dễ hỏng do ma sát lớn trong quá trình uốn.
+ Má tĩnh cùng với chày uốn và má động có nhiệm vụ kẹp chặt ống
+ Má tĩnh gồm có nhiều má kẹp có chiều dài lớn h ơn má động để định hướng và kẹp chặt
Chày uốn dùng để chống dập, méo cũng như chống gãy cho ống Chày uốn có đường kính phù hợp với các ống khác nhau
- Cơ cấu dẫn động chày uốn:
Bài viết mô tả về piston xi lanh dẫn động, có chức năng điều chỉnh khoảng cách giữa chày uốn và các má kẹp Ngoài ra, các con lăn hỗ trợ chày và ống cũng được bố trí hợp lý trên thân máy để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
- Xylanh dẫn động đầu trượt má động:
Dẫn động đầu trượt chuyển động tịnh tiến để kẹp chặt
- Xylanh dẫn động đầu trượt má tĩnh
- Các van điều khiển (van SOLENOID) và các cữ hành trình
Các van điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của máy, giúp quản lý hành trình uốn và chuyển động tịnh tiến của các xilanh Bên cạnh đó, các cữ hành trình cũng góp phần đảm bảo an toàn cho máy trong quá trình vận hành.
Tính toán thông số kỹ thuật
4.2.1 Sơ đồ nguyên lý của máy uốn ống
- Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống
Hình 8.IV Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống
- Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn ống
Hình 9.IV Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn
4.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy uốn ống
Kết cấu má động bao gồm thân má động làm bàn trượt cho đầu trượt, với trục má động gắn đĩa xích và được điều khiển bởi hai xi lanh Má động được hỗ trợ trên thân máy thông qua hai ổ đỡ Trong quá trình uốn, đầu trượt má động kết hợp với pu ly uốn để kẹp chặt phôi ống, trong khi đầu kẹp má tĩnh kết hợp với chày uốn giữ ống thẳng Khi xi lanh kéo đĩa xích, má động quay và bẻ cong ống, tạo thành bán kính uốn xung quanh pu ly uốn và trượt chày uốn.
4.2.3 Tính toán lực uốn cong ống
4.2.3.1 Cơ sở quá trình tính toán
Khi thiết kế máy, việc chọn vật liệu phôi ống và đường kính ống là rất quan trọng để xác định lực uốn lớn nhất cần thiết Từ lực uốn này, ta có thể tính toán công suất bơm dầu và công suất động cơ điện cần thiết cho máy.
- Thép gia công CT38 có chảy = 25 KG/mm 2 ; b = 40 KG/mm 2
- Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 100 (mm)
- Đường kính phôi ống nhỏ nhất là : D min = 25 (mm)
- Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm)
- Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm)
4.2.3.1 Sơ đồ lực của quá trình uốn Để tính được lực tác dụng lên đĩa xích kéo má động chuyển động thì ta tách các thành phần lực tác dụng lên má động trong từng thời kì chuyển động
Chọn thời điểm bắt đầu bẻ cong ống là rất quan trọng vì tại thời điểm này, lực tác dụng đạt cực đại Lực này cần phải vượt qua mô men chống uốn của phôi ống, đồng thời vượt qua ứng suất sinh ra khi uốn vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu Ngoài ra, lực tác dụng cũng phải thắng lực kẹp của má kẹp, lực ma sát trên chày uốn, puly và các má kẹp, cũng như lực cần thiết để chuyển động má động.
- Tính lực uốn cong ống và các áp lực tác động lên má kẹp
- Các áp lực tác động lên má kẹp
- Lực ma sát lên chày uốn và má kẹp
* Phân tích quá trình uốn ống
Hình 10.IV Quá trình kẹp
Hình 11.IV Quá trình uốn
Má động tiến hành kẹp chặt, giữ ống đồng thời tiến hành chuyển động quay quanh trục để uốn ống
Puly uốn quay cùng má động và đóng vai trò là một điểm tựa cho quá trình u ốn
Má tĩnh và chày uốn tạo điểm tựa thứ hai cho quá trình uốn ống Trước khi thực hiện uốn, má tĩnh cần được kẹp chặt để giữ ống ở vị trí chính xác, nhưng trong quá trình uốn, các má kẹp này phải chịu lực ép lớn do sự bẻ cong và biến dạng của kim loại.
Lực uốn thay đổi trong quá trình uốn do điểm tác dụng lực ngày càng xa dần điểm tựa uốn (tạo thành bán kính uốn)
Phôi ống bị trượt trên má kẹp má tĩnh, trên chày uốn và quay quanh pu ly uốn l k l a l b
* Tính lực uốn cong được ống
Hình 12.IV Sơ đồ lực quá trình uốn
- Tại A (má kẹp ) ta có mô hình gối đỡ
- Tại B (puly ) ta có mô hình gối đỡ
- Đường kính phôi ống lớn nhất là: Dmax = 100 (mm)
- Đường kính phôi ống nhỏ nhất là: D min = 25 (mm)
- Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm)
- Bán kính uốn cong lớn nhất là: R = 200 (mm)
+ Công thức tính chiều dài má kẹp má tĩnh và độ dài kẹp
Chiều dài má kẹp má tĩnh:[9] lk = R.3,14.(B/180) +T.Kr Độ dài kẹp:
Nếu (T.Kr.2,5))-R < T.Ks thì Lb =T.Ks
Nếu T.Kr.2,5))-R > T.Ks thì Lb = (T.(Kr.2,5))-R
R = Bán kính đường tâm uốn
Kr = Hằng số độ cứng Kr = 2
Hằng số độ dài kẹp nhỏ nhất (Ks) phụ thuộc vào bề mặt của má kẹp; nếu má kẹp có xẻ rãnh, Ks = 1, còn nếu không có rãnh, Ks = 2 Do đó, chúng ta chọn má kẹp có xẻ rãnh, dẫn đến Ks = 1 Các ký hiệu liên quan bao gồm lk cho chiều dài má kẹp và lb cho độ dài kẹp.
T = Đường kính ngoài của ống
+ Tính lực bẻ cong ống
Mô men chống uốn của ống thép:
Hình 13.IV Kích thước của phôi ống
Mu u Để uốn được ống thì ứng suất do lực Q sinh ra và ứng suất do lực kéo Nzsinh ra phải thắng ứng suất chảy của vật liệu: u ≥ 0,2
Ta chọn loại thép uốn là loại thép CT38 có 0,2 = 250 (N/mm 2 )
Trong đó: l 0 (mm); Wu = 57933 (mm 3 )
F: Tiết diện ống tròn: F = π.(50 2 - 40 2 ) = 2827,4 (mm 2 )
+ FmsA lực ma sát tại má tĩnh:
Khi bẻ cong ống thì ống bị ma sát trên má kẹp tĩnh
Chọn hệ số ma sát trượt cho cặp vật liệu thép - thép là: [10] = 0,15
Lực ma sát F msB trên chày uốn xuất hiện khi phôi ống ở trạng thái uốn tiếp xúc với đầu đỉnh của chày uốn, dẫn đến hiện tượng ống trượt lên đỉnh chày uốn Áp lực tác động lên chày uốn được ký hiệu là VB.
Chọn hệ số ma sát lăn cho cặp vật liệu thép - thép là:[10] = 0,15
+ Tính phản lực tại các điểm uốn
Ta có : la= 500 (mm) lb= 300 (mm)
Trong quá trình sử dụng ta uốn nhiều loại vật liệu khác nhau có 0,2 thay đổi do đó ta lấy giá trị Qu = 1,5 Qmin = 1,5 96555= 144833 (N )
+ Tính lực kéo má động quay quanh trục của nó (khi có tải)
Khối lượng của má động thiết kế là 300 Kg, với chiều dài 1200 mm và trọng tâm đặt cách trục quay 400 mm Đường kính đĩa xích là 400 mm, trong khi khoảng cách giữa hai ổ đỡ má động là a+b mm Khoảng cách từ điểm đặt lực đến trục uốn là 300 mm.
Ta giải phóng các liên kết và đặt tại các liên kết đó các lực tác dụng ta sẽ có sơ đồ tính toán như sau:
Hình 14.IV Sơ đồ lực tính toán lực kéo má động
Từ sơ đồ ta có:
Hệ lực có xét đến ma sát ta xét đến trạng thái cân bằng tới hạn.Hệ lực cân bằng ( , , , , , )
Chiều của các lực được giả thiết như hình vẽ, sau khi tính toán nếu các lực có giá trị âm thi ta có chiều ngược lại
Phương trình cân bằng tại F:
= XF - XE - PK - FmsA - FmsB = 0 (1) = YF - G => YF = 3000 ( N ) (2)
Các phương trình cân bằng được thiết lập như sau: -ZE.(a+b) - G.400 - VB.c + VA.c = 0, PK.200 + (FmsA + FmsB ).e + VA.la = 0, và PK.a + XE.(a+b) + (FmsA + FmsB ).c = 0 Khi thay thế các giá trị a = 200 mm, e = 300 mm, b = 200 mm, la = 500 mm, và c = 600 mm vào các phương trình này, ta có thể giải quyết các bài toán liên quan đến cân bằng.
Giải hệ phương trình trên ta có:
Sau khi hoàn tất quá trình uốn, má động sẽ được kéo về vị trí ban đầu nhờ vào xi lanh kéo Việc kéo về chỉ cần thắng mô men quán tính tĩnh của má động Với thiết kế máy có hành trình đi và về của piston giống nhau, ta lựa chọn lực kéo về phù hợp.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT MÁY TRONG MÁY UỐN ỐNG
Thiết kế bộ truyền xích
Xích là một chuỗi mắt xích liên kết bằng bản lề, giúp truyền động hiệu quả nhờ sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng đĩa xích.
- Có thể truyền chuyển động giữa các trục tương đối xa
So với truyền động đai, bộ truyền xích có kích thước nhỏ gọn hơn, hoạt động ổn định mà không bị trượt Hiệu suất của nó đạt từ 0,96 đến 0,98, đồng thời lực tác dụng lên trục cũng tương đối nhỏ.
- Có thể cùng một lúc truyền chuyển động và công suất cho nhiều trục
- Có nhiều tiếng ồn khi làm việc
- Yêu cầu chăm sóc thường xuyên (bôi trơn, điều chỉnh làm căng xích)
- Chống mòn, nhất là khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn không tốt
Bộ truyền xích được sử dụng trong máy uốn ống là bộ truyền xích hở, thay đĩa xích dẫn bằng hai piston kéo đi và kéo về
Các loại xích truyền động thường dùng hiện nay gồm xích con lăn, xích ống, xích răng Trong đó từng loại xích có ưu và nhược điểm sau:
Cấu tạo khá đơn giản, rẻ tiền, tương đối dễ chế tạo Ngoài ra xích ống con lăn có khả năng giảm mòn cho răng đĩa xích
Xích không có con lăn được chế tạo tương tự như xích con lăn, với giá thành rẻ hơn và khối lượng nhẹ hơn Tuy nhiên, xích và răng đĩa dễ bị mòn hơn.
Có khả năng tải cao hơn xích con lăn, làm việc êm và ít ồn hơn Nhưng chế tạo phức tạp và khối lượng nặng hơn
Với đặc điểm của máy uốn ống là làm việc đòi hỏi không quá êm, tải cũng không lớn lắm nên ta chọn xích ống con lăn
Hình 1.V Cấu tạo xích ống con lăn
5.1.2 Định số răng đĩa xích
Số răng của đĩa xích ảnh hưởng lớn đến độ bền của xích; càng ít răng, xích sẽ mòn nhanh hơn và gây ra tiếng ồn khi hoạt động Do đó, cần hạn chế số răng của đĩa xích để tăng hiệu suất làm việc Để chọn số răng phù hợp cho đĩa xích, hãy tham khảo bảng 6-3.
Chọn đĩa xích bị dẫn Z1 = 30 (răng) a) Định bước xích
+ Ta tính hệ số điều kiện sử dụng: K = KđKAK0KđcKbKc.
Kđ = 1,2 : Hệ số kể đến tải va đập
KA = 1 : Hệ số kể đến khoảng cách trục
K0 = 1 : Hệ số kể đến bộ truyền đặt nghiêng nhỏ hơn 60 0
Kđc = 1,25 : Hệ số tính đến khả năng điều chỉnh trục xích không được
Kb = 1,5 : Hệ số kể đên bôi trơn định kỳ
Kc = 1 : Hệ số làm việc một ca
+ Hệ số răng đĩa dẫn:
Dựa vào bảng 6 - 4 [11] với cột n01 = 50 (vg/ph), chúng ta chọn xích ống con lăn có bước xích t = 50,8 (mm) và F = 646 (mm²) với công suất cho phép là 23,9 (KW) Tiếp theo, kích thước chủ yếu sẽ được xác định từ bảng 6-1 [11] cùng với tải trọng phá hỏng Q.
Kiểm nghiệm số vòng quay theo điều kiện cho thấy, với bước xích t = 50,08 mm và số răng đĩa dẫn Z1 = 30, số vòng quay giới hạn của đĩa dẫn có thể đạt tới 370 vg/ph Do đó, điều kiện n1 = 5 vg/ph được thoả mãn Bên cạnh đó, cần tính toán đường kính vòng chia của đĩa xích.
Chọn đường kính đĩa xích Dc = 480 (mm) c) Tính chiều dài xích và số mắt xích
Từ góc uốn lớn nhất của ống có thể uốn được trên máy là 0 0 ta có:
Hình 2.V Sơ đồ bố trí xích kéo Điều kiện chiều dài xích:
= 1130,4 mm Để đảm bảo trong quá trình hoạt động khớp nối không va vào đĩa xích ta chọn L1 500 (mm)
Chiều dài xích cần thiết:
Số mắt xích tính toán:
Thực tế số mắt xích là số nguyên nên ta lấy Xtt = 33 mắt xích
Chiều dài xích thực tế:
* Số lần va đập u của bản lề xích trong một giây
Vậy xích đảm bảo an toàn và ổn định khi làm việc d) Tính lực tác dụng lên trục
Lực tác dụng lên trục được tính theo công thức:[11]
Hệ số Kt là hệ số quan trọng để xem xét tác động của trọng lượng xích lên trục, đặc biệt khi bộ truyền hoạt động ở vị trí ngang hoặc nghiêng dưới 40 độ so với mặt phẳng nằm ngang.
Kt = 1,15; Khi bộ truyền nằm thẳng đứng hoặc nghiêng một góc lớn hơn 40 0 so với phương ngang Kt = 1,05
Phản lực ở các gối trục:
Tính mômen uốn ở tiết diện nguy hiểm
Hình 2.V Biểu đồ mô men + Ở tiết diện n - n
+ Tính đường kính trục ở tiết diện n - n
Ta có công thức: [11] d (mm) Với = 50 N/mm 2 theo bảng 7-2 [11] dn - n 3 =
200 (mm) Đường kính ở tiết diện n-n lấy bằng 200(mm )
Tính chính xác trục theo công thức: [11] n , Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp
Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kì đối xứng
Bộ truyền làm việc hai chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng:
Giới hạn mỏi uốn và xoắn
(Trục bằng thép 45 có b = 600 N/mm 2 )
Ta cóMu = 24694236 (N.mm) ; MX = 38583600 (Nmm)
Trong đó W, W0 là mô men chống uốn và mô men chống xoắn x u M
Chọn hệ số và theo vật liệu Đối với thép cacbon trung bình= 0,1 và 0,05 Hệ số tăng bền = 1
Tập trung ứng suất do lắp căng, với kiểu lắp ta chọn T3 áp suất sinh ra trên bề mặt ghép 30 N/mm 2 , tra bảng 7-10 [11] ta có :
Hệ số an toàn cho phép thường lấy bằng 1,5 - 2,5
Vậy trục đủ độ bền, ta lấy đường kính trục d = 200 (mm)
5.2.3 Tính then Để cố định bánh xích theo phương tiếp tuyến, nói cách khác là để truyền momen và chuyển động từ trục đến bánh xích hoặc ngược lại ta dùng then Then có nhiều loại, ta chọn loại then bằng để thiết kế
+ Ta tính then cho đoạn trục dùng để lắp bánh xích có đường k ính d = 200 (mm) Tra bảng 7-23 [11] ta chọn then có các thông số sau: b = 45; h = 25; t = 13; t1= 12,2 ; k = 14,6
Chiều dài then 0,8.lm (lm: chiều dài mayơ), bánh xích có chiều rộng B = 120 (mm), chọn lm theo điều kiện = ( 1 , 2 1 , 5 ) = ( 1 , 2 1 , 5 ) 200 = 240 300
Kiểm nghiệm về sức bền dập theo công thức 7-11 [11] Ở đây: Mx = 38583600 (N.mm)
Như vậy thỏa mãn điều kiện bền dập
Kiểm nghiệm sức bền cắt:
Vậy then đã chọn thoã mãn điều kiện làm việc
5.2.4 Thiết kế gối đỡ trục
Vì trục quay chịu lực dọc trục và lực hướng tâm lớn nên ta chọn ổ bi đũa côn đỡ chặn
Vì có lực hướng tâm lớn nên chọn ổ đũa côn làm gối đỡ trục
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức
Cbảng n = 5 (vg/ph) h = 8 x 300 x 2 = 4800 (giờ) m = 1,5 - hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm
Kn = 1; nhiệt độ làm việc dưới 100 0 C
Kv = 1 - hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay
Như vậy lực At hướng về gối trục bên trái trục
Phản lực tại gối E lớn hơn gối F nên ta tính cho gối E sau đó lấy cùng loại cho gối
Q = (Kv.RE + m.At).Kn.Kt
Thay vào công thức trên ta có:
Tra bảng 8 [10] ứng với d = 120 (mm) ta chọn ổ có kí hiệu 7624
Cbảng = 588890, đường kính ngoài D = 260m, bề rộng B = 86 (mm)
