Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Mục đích thực hiện và mục tiêu của đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu sống của con người ngày càng cao, yêu cầu nền kinh tế phải đáp ứng kịp thời Ngành công nghiệp cơ khí đóng vai trò chủ yếu trong việc sản xuất sản phẩm, trong đó ngành công nghiệp tạo phôi là khâu cơ bản, cung cấp nguyên liệu cho gia công cơ khí Nhu cầu sử dụng thép tấm rất lớn, nhưng kích thước phôi lớn gây khó khăn trong chế tạo chi tiết máy Nhiều phương pháp cắt hiện tại không đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm Do đó, tôi đã đề xuất phương án thiết kế máy cắt thép tấm để đáp ứng nhu cầu này.

Phương pháp nghiên cứu

Ở đây là tự tìm tòi tài liệu từ các nguồn đã được công khai theo quy định và cộng sát thực tiễn để thiết kế một máy hoàn chỉnh.

Cấu trúc đồ án tốt nghiêp

+ Giới thiệu về sản phẩm, cơ sở biến dạng dẻo kim loại trong quá trình cắt

+ Các loại máy cắt thép tấm và phương án thiết kế b Phần tính toán thiết kế

+ Lập sơ đồ động học của máy, tính công suất lưu lượng dầu thuỷ lực kích thước các cơ cấu thuỷ lực

+ Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, thiết kế bộ truyền xích và hộp giảm tốc

+ Thiết kế cơ cấu truyền động trong máy, thiết kế các bộ truyền trong máy, thiết kế trục, tính then…

+ thiết kế mạch điều khiển

+ Yêu cầu về lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng máy

2

Nhu cầu về sử dụng thép tấm

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu sống của con người ngày càng tăng cao, đòi hỏi nền kinh tế phải đáp ứng kịp thời Ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp cơ khí, đóng vai trò chủ yếu trong việc sản xuất sản phẩm Ngành công nghiệp tạo phôi là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí, cung cấp nguyên liệu cho gia công cơ Các phương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt, và đúc kim loại là thiết yếu, góp phần sản xuất các sản phẩm cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau như hàng không, điện, ô tô, đóng tàu, xây dựng và nông nghiệp.

Cán thép tấm có thể thực hiện ở hai trạng thái: nóng và nguội, mỗi loại mang lại những ưu điểm và nhược điểm riêng Cán nóng cho ra sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, trong khi cán nguội sản xuất các sản phẩm mỏng và cực mỏng với độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép tấm được phân loại dựa trên độ dày của tấm thép.

+ Thép tấm mỏng: Chiều dày: S = 0,2  3,75 mm

+ Thép tấm dày : S = 4  60 mm; b = 600  5.000 mm

+ Thép tấm dải : S = 0,2  2 mm; b = 200  1.500 mm

Từ sự phân loại đó ta có các dạng phôi của thép tấm khác nhau như: dạng phôi tấm hay dạng phôi cuộn, phôi dải

Hình dạng và kích thước của phôi tấm trong quá trình cán được tiêu chuẩn hóa, giúp việc sử dụng thép tấm trở nên hiệu quả cho việc sản xuất các sản phẩm như thùng, sàn xe ô tô, khung, sườn xe máy, thiết bị ngành điện, cũng như các kết cấu trong ngành xây dựng.

DUT.LRCC được ứng dụng trong cầu, nhà cửa và các ngành cơ khí chế tạo, tàu thuyền Để đáp ứng nhu cầu cụ thể của từng lĩnh vực, thép tấm cần được cắt ra thành các kích thước và hình dạng khác nhau.

Trong ngành cơ khí, thép tấm đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo thân máy cho các máy cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc với kết cấu hàn, cùng với khung và sườn xe, máy móc, ô tô và các thiết bị che chắn khác.

Hình 1.1 Vỏ máy cắt thép tấm

Trong nghành cơ khí oto:

Hinh.1.2 Vỏ xe oto được làm từ thép tấm

Thép tấm đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp ôtô, được sử dụng để chế tạo khung, sườn, gầm xe, lót sàn và che kín thùng xe, cùng với các bộ phận bảo vệ khác.

- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm được sử dung rộng rãi không kém, nó được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,

Trong xây dựng, các thép hình cỡ lớn trong dầm cầu được tạo ra từ các tấm thép dày cắt nhỏ, liên kết với nhau bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo ra các kết cấu thép bền vững Thép tấm không chỉ được sử dụng làm tấm lợp mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng khung nhà xưởng.

Trong ngành điện, thép tấm được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các sản phẩm như thép cho stato của máy bơm nước và quạt điện Nó cũng được sử dụng để chế tạo các cánh quạt cỡ lớn, cũng như các lá thép mỏng trong các chấn lưu đèn ống và máy biến thế Đặc biệt, trong lĩnh vực điện chiếu sáng, thép tấm đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất cột điện đường và hộp máy biến thế.

Hình 1.3 Sản phẩm thép tấm trong nghành điện

Thép tấm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành nghề, từ việc chế tạo thùng đồ dùng dân dụng đến ứng dụng trong ngành hàng không Trong lĩnh vực hàng không, thép tấm được sử dụng để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, cũng như các thiết bị nội thất như bàn và ghế.

Với nhu cầu sử dụng thép tấm ngày càng tăng, việc sở hữu máy cắt thép tấm có năng suất và độ chính xác cao là rất cần thiết Những máy cắt này, được điều khiển tự động hoặc bán tự động, sẽ đáp ứng tốt nhu cầu của ngành công nghiệp và đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế, thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá hiện đại hóa đất nước.

Cơ sở lý thuyết cắt kim loại

1.2.1 Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm:

Sản phẩm thép tấm rất đa dạng, tuy nhiên, sau khi cắt, chúng thường chỉ là bán thành phẩm phục vụ cho quy trình công nghệ tiếp theo Để đảm bảo chất lượng thiết bị hoàn thiện, tấm thép cắt ra cần phải đáp ứng một số yêu cầu nhất định nhằm thuận lợi cho các công đoạn sản xuất sau này.

+ Mép cắt phải trơn, thẳng

+ Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép

+ Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thước

1.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thép tấm: a Biến dạng dẻo kim loại:

Dưới tác động của ngoại lực, kim loại trải qua ba giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ Mỗi kim loại sẽ thể hiện các giai đoạn này ở mức độ khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể của nó và mức độ tác động của ngoại lực cũng như tải trọng.

Hình 1.4 - Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại Δl Δd Δdh

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh, kim loại trải qua giai đoạn biến dạng đàn hồi, với biến dạng tăng theo đường bậc nhất và sẽ mất đi khi tải trọng được khử bỏ Ngược lại, khi tải trọng tăng từ Pdh đến Pd, độ biến dạng sẽ tăng nhanh chóng, đánh dấu giai đoạn biến dạng dẻo, trong đó kim loại bị thay đổi kích thước và hình dạng sau khi tải trọng được loại bỏ.

Khi tải trọng đạt đỉnh, kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt do ứng suất gia tăng nhanh chóng Kích thước vết nứt cũng tăng theo, dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn của kim loại, đánh dấu giai đoạn phá hủy khi các tinh thể kim loại bị đứt rời.

Phương pháp toán học được sử dụng để nghiên cứu ứng suất của biến dạng dẻo trong kim loại, từ đó xác định điều kiện lực cần thiết để chuyển từ trạng thái đàn hồi sang biến dạng dẻo và từ giai đoạn biến dạng dẻo sang giai đoạn phá huỷ Ứng dụng cụ thể trong máy cắt thép tấm giúp xác định lực cắt chính xác.

Quá trình cắt được chia làm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lưỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm xô lệch các thớ kim loại nhưng chưa làm đứt chúng

Trong giai đoạn cắt, hai lưỡi dao ép sát vào nhau, khiến các thớ kim loại trượt và tách rời Để hiểu rõ nguyên lý biến dạng, cần khảo sát nguyên công cắt phôi và cắt chia, từ đó xác định các thông số cần thiết cho tính toán công nghệ.

Trong quá trình tách một phần kim loại này ra khỏi phần kim loại khác có thể chia thành các giai đoạn riêng biệt: h b) c) a)

Hình 1.5 - Các giai đoạn của quá trình cắt

DUT.LRCC Ở giai đoạn đầu của quá trình cắt biến dạng dẻo tập trung ở mép làm việc của lưỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( H2.3-a)

Giai đoạn hai diễn ra khi có sự chuyển dịch giữa hai phần của tấm, tạo ra bề mặt phẳng, nhẵn và bóng Bề mặt này được san phẳng nhờ lực ma sát F tác động theo bề mặt bên của lưỡi dao.

Khi các lưỡi cắt tiến lại gần nhau, mức độ biến dạng tăng lên, dẫn đến việc tính dẻo của kim loại bị mất và bắt đầu giai đoạn 3 Trong giai đoạn này, các vết nứt xuất hiện và phát triển, gây ra sự phá hủy kim loại cho đến khi quá trình tách biệt phần vật liệu này khỏi phần khác của tấm hoàn tất Sự phá hủy kim loại xảy ra ở phía trước mép làm việc của lưỡi dao, vì vậy các vết nứt này được gọi là các vết nứt phá vỡ trước.

Quá trình đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao cắt sâu vào tấm kim loại đến một chiều sâu xác định, chiều sâu này phụ thuộc vào tính chất cơ lý của kim loại và độ dày của tấm Nếu vật liệu có độ dẻo cao, chiều sâu cắt sẽ lớn hơn Các giai đoạn của quá trình cắt được nhận diện qua hình dạng của bề mặt cắt.

Hình 1.6 - Bề mặt bên của phần kim loại được cắt ra

Vùng I là vùng uốn của tấm do các lớp kim loại liền kề với bề mặt cắt ( dọc theo bề rộng của tấm) bị bao trùm bởi biến dạng dẻo thay đổi từ giá trị không ở lớp giới hạn ngoài cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt bị tách ra

Vùng II là vùng có bề mặt sáng bóng, được san phẳng bởi lực ma sát

Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ được tạo ra do sự xuất hiện và phát triển của các vết nứt Các vết nứt này tạo với bề mặt của tấm một góc θ xác định và được gọi là góc nứt tự do Giá trị của góc θ = ( 4 ÷ 6 )º tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu

: góc trước : gọc sau : góc cắt : góc sắc

Hình 1.7 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt

Bộ phận làm việc bao gồm các lưỡi cắt, chúng nhấn sâu vào kim loại để biến dạng dẻo và tách rời một phần vật liệu Giữa các lưỡi cắt có khe hở Z, và khi quá trình cắt diễn ra, mô men uốn M được sinh ra từ tích số giữa lực cắt tại lưỡi cắt và khoảng cách lớn hơn khe hở Z một chút.

Mô men uốn gây ra sự quay của phôi cắt, tạo ra phản lực N trên bề mặt lưỡi cắt Khi mô men uốn M đạt được sự cân bằng với phản lực N, tấm kim loại sẽ ngừng quay.

Trong quá trình cắt kim loại, nếu tấm bị quay một góc, chất lượng mặt cắt sẽ giảm sút, dẫn đến tình trạng ba via và có thể không cắt được nếu khe hở Z quá lớn Để khắc phục vấn đề này, cần sử dụng cơ cấu kẹp với lực kẹp Q để ngăn chặn hiện tượng quay của tấm, đồng thời giảm khe hở giữa hai lưỡi dao đến mức thích hợp và mài dao vát góc trước γ.

Khe hở giữa các lưỡi cắt Z và độ lún của lưỡi dao vào chiều dày tấm h quyết định sự hình thành vết nứt trong quá trình phá huỷ Các vết nứt có thể song song hoặc gặp nhau tại mép làm việc của lưỡi dao Khi các vết nứt gặp nhau, khe hở Z đạt giá trị tối ưu, mang lại chất lượng mặt cắt tốt nhất với bề mặt phẳng và nhẵn.

Hình 1.8 - Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt

Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và θ

11

Giới thiệu một số phương pháp cắt thép tấm

2.1.1 Phương pháp cắt thủ công:

Cắt thép bằng phương pháp thủ công có nhiều cách, nhưng phương pháp chặt bằng ve thường tốn thời gian và tạo ra các vết cắt không thẳng, dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu về độ chính xác.

Phương pháp này chỉ áp dụng cho những phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ

Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt

Máy này chỉ phù hợp để cắt các tấm thép có độ dày và diện tích nhỏ, với năng suất thấp, nên thường được sử dụng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ.

2.1.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí:

Cắt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng phương pháp hồ quang hoặc ngọn lửa khí là kỹ thuật đốt nóng, giúp vật liệu đạt đến điểm nóng cần thiết để tách rời hiệu quả.

Cắt đứt bằng hồ quang là phương pháp sử dụng nhiệt lượng từ hồ quang điện để nóng chảy hoặc cắt kim loại, với điện cực có thể là than hoặc kim loại Tuy nhiên, phương pháp này không kinh tế và gặp khó khăn khi xử lý các tấm thép dày, đồng thời đường cắt thường không đều Chỉ một số loại vật liệu nhất định mới có thể được cắt bằng kỹ thuật này.

Cắt bằng khí là phương pháp sử dụng nhiệt từ ngọn lửa do đốt cháy khí trong dòng oxy để nung chảy kim loại, tạo ra oxit và thổi chúng ra khỏi mép cắt, từ đó hình thành rãnh cắt Quá trình này được minh họa trong hình 2.1.

Dòng hỗn hợp khí cháy Dòng oxy cắt

Khi cắt kim loại bằng khí, đầu tiên, mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy bằng ngọn lửa nung Sau đó, dòng oxy được thổi qua, khiến kim loại bị oxy hóa mạnh mẽ và tạo thành oxit Sản phẩm cháy sẽ bị nung chảy và được dòng oxy thổi ra khỏi mép cắt Quá trình này tạo ra nhiệt từ phản ứng cháy của kim loại, làm nóng lớp kim loại tiếp theo và tiếp tục đốt cháy, hình thành rãnh cắt Để thực hiện cắt bằng khí, kim loại cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định.

+ Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt dộ nóng chảy

+ Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá trình cắt không bị gián đoạn

+Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt

+ Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự toả nhiệt nhanh dẫn đến mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt

Thép các bon có nhiệt cháy 1350°C và nhiệt độ nóng chảy trên 1500°C, với khả năng đạt tới 70% lượng nhiệt cần thiết để nung nóng, rất thuận lợi cho việc cắt bằng khí.

DUT.LRCC có hàm lượng cacbon cao và nhiệt độ chảy thấp, khiến việc cắt trở nên khó khăn; thường cần nung nóng trước tới 300-600 độ C Thép hợp kim crôm hoặc niken, với nhiệt độ chảy lên tới 2000 độ C do tạo thành oxit crôm khi cháy, cần sử dụng thuốc cắt để thực hiện Để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và giảm giá thành cắt, cần lựa chọn chế độ cắt hợp lý như áp suất khí, lượng tiêu hao khí, tốc độ cắt và khoảng cách từ mỏ cắt đến vật cắt Do đó, phương pháp này không mang lại hiệu quả kinh tế cao và năng suất thấp, khó khăn trong việc tự động hóa.

Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các vật liệu với bất kỳ độ cứng nào

Cắt bằng laser là một phương pháp hiệu quả trong việc tạo ra rãnh cắt hoặc lỗ thông qua nguồn nhiệt mạnh mẽ từ laser, khiến vật liệu ở vùng cắt bị cháy, lỏng và bốc hơi.

1- Mạy phạt laser 2- Chuìm tia laser 3- Gương phẳng nghiêng 4- Thấu kính hội tụ 5- Chi tiết cắt h d

Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser mô tả quá trình mà nguồn bức xạ laser tạo ra chùm tia laser đi thẳng hoặc được điều chỉnh hướng nhờ gương phẳng Chùm tia này được hội tụ qua thấu kính hội tụ, tập trung năng lượng laser trên một diện tích nhỏ, tạo ra mật độ dòng nhiệt cao Kết quả là vật liệu sẽ nóng chảy và bốc hơi, hình thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan.

Cắt bằng chùm tia laser sử dụng nguồn nhiệt tập trung với mật độ cao, cho phép cắt qua nhiều loại vật liệu và hợp kim Phương pháp này tạo ra rãnh cắt hẹp, sắc cạnh với độ chính xác cao, đồng thời có khả năng cắt theo đường thẳng, đường cong và các hướng khác nhau nhờ vào quá trình cắt không tiếp xúc.

Cắt thép bằng chùm tia laser mang lại năng suất cao và dễ dàng trong việc cơ khí hóa và tự động hóa Tuy nhiên, phương pháp này có một số hạn chế, bao gồm khả năng cắt tấm thép có chiều dày nhỏ hơn 20 mm và chi phí đầu tư cho thiết bị tạo tia laser cùng hệ thống điều khiển chương trình số CNC khá cao.

2.1.4 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay: a Sơ đồ nguyên lý: d S S

Máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay sử dụng các đĩa cắt có đường kính đồng nhất, hoạt động ngược chiều nhau với cùng tốc độ góc Các mép làm việc của đĩa dao được thiết kế với độ trùng dao từ 0,2 đến 0,4 lần chiều rộng cắt Một đặc điểm nổi bật của máy cắt dao đĩa là khả năng không chỉ cắt kim loại mà còn giữ và kéo kim loại vào vùng cắt, cho phép chiều dài dải cắt trở nên không giới hạn.

Máy cắt dao đĩa có khả năng cắt tấm với chiều dày tối đa lên đến 25mm khi độ bền vật liệu ( b) không vượt quá 500 MPa.

DUT.LRCC b Phương pháp xác định lực cắt:

Sơ đồ tác dụng lực khi cắt trên máy cắt dao đĩa cho thấy điều kiện ăn dao của các đĩa dao Tại thời điểm tiếp xúc giữa dao và tấm kim loại, có lực ma sát T và áp lực pháp tuyến N tác động lên tấm Các đĩa dao sẽ kéo tấm kim loại vào vùng cắt khi có sự kết hợp giữa hai lực này.

2 T cos α > 2.N.cos β (2.1) [2] Theo hình vẽ ta có : β = (90º- α) và theo định luật Culông T = μ.N ( trong dó μ là hệ số ma sát tiếp xúc) Thay vào bất đẳng thức trên ta có :

Từ đó ta có: μ ≥ tg α

Phân tích chọn phương án thiết kế máy

Chúng ta đã xác định phương án cắt sử dụng cặp lưỡi dao nghiêng với chuyển động tịnh tiến Để thực hiện chuyển động này, cần lựa chọn cơ cấu truyền động phù hợp, đáp ứng các yêu cầu chính.

- 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

Việc áp dụng các phương pháp công nghệ phù hợp có thể giúp đơn giản hóa quy trình chế tạo, từ khâu chuẩn bị phôi cho đến gia công, kiểm tra, lắp ráp và nghiệm thu sản phẩm.

- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

Giá thành và chi phí sử dụng thiết bị là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện tại Chuyển động tịnh tiến của dao có thể dựa vào các kết cấu cơ khí hoặc thủy lực để điều khiển các cơ cấu sau.

2.2.1 Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt: a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.8- Sơ đồ cơ cấu tay quay con trượt

DUT.LRCC b Nguyên tắc hoạt động:

Tay quay 1 sử dụng động cơ điện để tạo chuyển động quay tròn, từ đó truyền động cho thanh truyền 2, giúp con trượt 3 di chuyển tịnh tiến dọc theo rãnh trượt Cơ cấu này nổi bật với nguyên lý làm việc và kết cấu đơn giản, độ cứng vững cao và dễ chế tạo Tuy nhiên, nó có nhược điểm là lực tạo ra không lớn, dẫn động phức tạp và khó điều khiển khi gặp tình trạng quá tải.

Ngoài ra, có thể áp dụng một số phương pháp cơ khí khác như cơ cấu hình sin Tuy nhiên, do máy cắt thép tấm yêu cầu lực cắt lớn, việc tạo ra lực cắt này gặp nhiều khó khăn và điều khiển cũng trở nên phức tạp.

2.2.2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực:

Truyền dẫn thuỷ lực đang trở thành công nghệ phổ biến trong ngành chế tạo máy, đặc biệt trong các thiết bị như máy cắt, máy đột dập và máy gia công áp lực Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền dẫn này là yếu tố quan trọng để hiểu rõ cách thức hoạt động của nó.

1- Van phân phối 2- Xy lanh

Hình 2.9- Sơ đồ hệ thống xy lanh thuỷ lực b Nguyên tắc hoạt động:

Dầu được bơm với áp suất cao từ bể dầu qua các phần tử thủy lực như van tràn, van an toàn và van phân phối, sau đó dẫn vào buồng bên trái của xy lanh Áp lực lớn của dầu sẽ đẩy pít tông tiến lên phía trước, và trong hành trình ngược lại, dầu được dẫn vào buồng bên phải để đẩy pít tông lùi về.

Cơ cấu đơn giản của thiết bị cho phép truyền tải công suất cao và lực lớn, đồng thời hoạt động với độ tin cậy cao, yêu cầu ít bảo trì và chăm sóc.

Điều chỉnh vận tốc làm việc một cách tinh vi và vô cấp, giúp dễ dàng tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc theo chương trình đã được lập sẵn.

Kết cấu gọn nhẹ với vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không phụ thuộc lẫn nhau, giúp dễ dàng thay đổi vị trí các bộ phận nối, thường là các đường ống nối linh hoạt.

+ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ áp suất thuỷ lực cao

Bơm và động cơ thủy lực với quán tính nhỏ giúp giảm thiểu va đập, mang lại hiệu suất làm việc êm ái Tính nén của dầu cũng góp phần vào sự ổn định trong quá trình vận hành Hệ thống tự động hóa đơn giản không chỉ dễ dàng trong việc điều khiển mà còn hiệu quả trong việc phòng ngừa quá tải.

Tổn thất trong đường ống và rò rỉ có thể làm giảm hiệu suất hệ thống và hạn chế khả năng sử dụng Bên cạnh đó, việc duy trì vận tốc ổn định trở nên khó khăn khi phụ tải thay đổi, do tính nén của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.

+ Khó thực hiện sự đồng bộ hoá chính xác các chuyển động

+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chế tạo chính xác

Để hệ thống thủy lực hoạt động hiệu quả, việc làm sạch dầu là rất cần thiết, tuy nhiên điều này cũng dẫn đến chi phí cao cho việc thay dầu định kỳ.

Có hai phương án tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao, mỗi phương án đều có ưu điểm riêng Tuy nhiên, về mặt tính năng kỹ thuật và công nghệ, việc sử dụng cơ cấu tịnh tiến bằng xy lanh thủy lực dầu ép là lựa chọn tối ưu nhất Phương pháp này đặc biệt phù hợp khi cắt các loại thép cacbon và thép thường với độ dày phôi lên đến 20 mm và chiều rộng cắt tối đa là 2000 mm, giúp giảm nhẹ công việc cho công nhân.

1- Bể dầu 7- Van tiết lưu

2- Bơm dầu 8- Van phân phối

3- Van tràn 9- Xy lanh sinh lực

6- Ắc quy dầu 12- Bàn dao dưới

Hình 2.10- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt

25

Dao cắt

3.1.1 Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao:

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L: L = B + ( 50 150 ) (mm)

Trong đó : B là chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2000(mm)

Để đảm bảo độ chính xác và thẳng lưỡi dao, chiều dài cần thiết của dao thường khá dài Thông thường, người ta chế tạo từng đoạn ngắn và ghép lại với nhau Chiều dài của dao được chia thành 4 đoạn, mỗi đoạn dao sẽ có chiều dài tương ứng.

3.1.2 Xác định hành trình của dao nghiêng

Hình 3.1- Sơ đồ xác định hành trình dao

Gọi y là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên của tấm thép đem cắt Chọn y = 10 (mm)

B : Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2000 (mm)

: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép = (1020 ) (mm) chọn = 15(mm)

Smax : Chiều dày lớn nhất của tấm thép

Do đó chiều dài hành trình cắt H:

H = y + Smax + B tg + = 10 +15 +2100 tg4 0 +15 = 1 lấy H = 187(mm) (3.2) [5]

3.1.3 Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên :

Vận tốc cắt của dao ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ, năng suất cắt và chất lượng mép cắt Ngoài ra, nó còn tác động đến độ rung động và va đập của máy.

Để máy hoạt động hiệu quả và đạt năng suất theo yêu cầu thiết kế, việc tính toán và lựa chọn vận tốc cắt hợp lý là rất quan trọng Đối với cắt thép tấm có chiều dày tối đa amax = 15mm, vận tốc cắt nên nằm trong khoảng từ 5 đến 100 mm/s Với chiều dày này, vận tốc cắt được khuyến nghị là 60 mm/s.

3.1.4 Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên :

Thời gian cắt của dao là yếu tố quan trọng trong chu kỳ làm việc của máy Độ vận hành của dao nghiêng đã được xác định là H = 187 mm.

Thời gian của dao đi là : t = 3,12( )

Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 3,12 ( s)

Bộ phận kẹp chặt

Momen sinh ra trong quá trình cắt thường khiến vật liệu quay một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt, dẫn đến việc chất lượng bề mặt bị giảm sút và mặt cắt không vuông góc với bề mặt tấm thép Do đó, cần phải ngăn chặn hiện tượng quay này và hạn chế mọi chuyển động của phôi trong quá trình cắt bằng cách áp dụng lực ép Q lên tấm vật liệu.

Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp chặt phôi có thể sau đây

3.2.1 Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.2- Sơ đồ kẹp chặt bằng trọng lượng khối kim loại b Hoạt động :

Khi dao cắt bắt đầu hạ xuống, khối lượng vật liệu kẹp chặt cũng di chuyển xuống và tiếp xúc với tấm thép cần kẹp Khi dao tiếp tục cắt, khối lượng này trượt lồng không trong rãnh của dao cắt, đánh dấu thời điểm lực kẹp của tấm thép đã được cố định và đạt mức tối đa Ưu điểm và nhược điểm của quá trình này cần được xem xét kỹ lưỡng.

* Ưu điểm: Cơ cấu này hoạt động đơn giản, dễ thiết kế, dễ chế tạo

+ Kết cấu và khối lượng máy trở nên cồng kềnh,

+Lực kẹp không thể thay đổi khi cắt thép mỏng hoặc dày khác nhau

+Khi kẹp chặt va đập mạnh, kém cững vững cho máy

3.2.2 Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.3 - Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

1- Bàn dao dưới 2- Phôi cắt 3- Dao trãn 4- Khối kim loại 5- Giá đỡ

1- Bàn dao dưới 2- Phôi cắt 3- Dao trãn 4- Baìn keûp 5- Xy lanh

Dầu được bơm qua van đảo chiều và đi vào bộ làm đều tốc độ, sau đó vào buồng trên của xilanh để đẩy piston xuống kẹp chặt phôi trước khi cắt Khi quá trình cắt hoàn tất, van đảo chiều sẽ cho phép dầu chảy vào buồng dưới của xilanh, đẩy piston lên và nhả phôi ra.

-Ưu Điểm: Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễ dàng điều khiển

-Nhược Điểm: Cơ cấu phức tạp, đắt tiền

3.2.3 Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên :

Lò xo được sử dụng để tạo ra lực kẹp cho phôi trong quá trình cắt kim loại, nhờ vào lực đàn hồi của nó khi chịu kéo hoặc nén Sơ đồ nguyên lý hoạt động của lò xo này rất quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất cắt.

1- Bàn dao dưới 2- Phôi cắt 3- Dao trãn 4- Loì xo 5- Ống dẫn hướng

Hình 3.4 - Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén b) Hoạt động :

Lò xo chịu nén được lắp trong xilanh, kết nối với dao trên Khi xilanh thuỷ lực cung cấp động lực, dao di chuyển xuống, kéo theo xilanh kẹp chặt Đầu kẹp của piston ở vị trí thấp hơn đầu dao, nên nó tiếp xúc với phôi trước Khi dao tiếp tục hạ xuống, lò xo bị nén, tạo ra phản lực đàn hồi, tác động lên cần piston và đầu kẹp, kẹp phôi xuống để dao bắt đầu cắt Sau khi hoàn tất quá trình cắt, dao cùng với đầu kẹp sẽ trở lại vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ cắt tiếp theo.

+ Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vào cách thay đổi độ cứng của lò xo nén

+ Cơ cấu kẹp phôi êm, ít va đập rung động

Nguồn động lực cần thiết để truyền lực cho cặp dao phải gia tăng để cung cấp thêm lực cho cơ cấu kẹp chặt, do đó yêu cầu về hệ thống thủy lực trở nên cao hơn, bao gồm áp suất và công suất động cơ bơm.

Phân tích các phương pháp kẹp chặt phôi trên ta thấy:

- Kết cấu kẹp bằng trọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rung động va đập lên máy lớn

Kết cấu kẹp sử dụng lò xo chịu nén mang lại sự êm ái và nhẹ nhàng trong quá trình kẹp, đồng thời giảm thiểu rung động và va đập của máy Tuy nhiên, nhược điểm của thiết kế này là cồng kềnh, đòi hỏi phải tăng lực tác động từ cơ cấu thủy lực lên đầu dao để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Hệ thống kẹp bằng xilanh thuỷ lực, mặc dù phức tạp, nhưng mang lại khả năng điều chỉnh lực kẹp một cách linh hoạt khi độ dày của tấm thép thay đổi.

Vậy phương án kẹp chặt phôi là dùng hệ thống các xylanh thuỷ lực

Khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt giữa lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới không đồng nhất do sự tồn tại khe hở Z giữa hai lưỡi cắt Sự chênh lệch này tạo ra một momen quay M, được tính theo công thức M = Pcắt l, trong đó l thường nằm trong khoảng từ 1.5 đến 2 lần khe hở Z.

Hệ thống cấp phôi

Trong sản xuất, việc sử dụng máy móc để thay thế lao động nặng nhọc đang ngày càng phổ biến nhờ vào cơ khí hoá và tự động hoá Điều này giúp giải phóng sức lao động của con người, giảm thiểu các hoạt động thủ công Hơn nữa, khi công nhân phải thực hiện nhiều động tác lặp đi lặp lại, nguy cơ tai nạn lao động tăng cao Do đó, cần trang bị các hệ thống cấp phôi tự động cho máy móc thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn cho người lao động.

Nhiều máy cắt thép tấm hiện nay vẫn chưa được trang bị hệ thống cấp phôi tự động, dẫn đến việc công nhân phải thực hiện công việc di chuyển tấm thép vào vùng cắt một cách thủ công Việc này không chỉ tốn thời gian mà còn làm giảm năng suất lao động Để nâng cao hiệu quả làm việc và giảm bớt gánh nặng cho công nhân, cần phân tích và đưa ra các phương án tối ưu cho quá trình cấp phôi.

3.3.1 Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén : a Sơ đồ bố trí như sau:

1- Phôi 4- Xy lanh kẹp chặt

2- Xy lanh cấp phôi 5- Dao trên 3- Xy lanh kẹp phôi 6- Dao dưới

Hình 3.5-Hệ thống cấp phôi dùng xy lanh thuỷ lực b Hoạt động :

-Trình tự hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động như sau:

Khi phôi thép tấm được đặt lên sàn các con lăn, piston 3 sẽ nâng lên để kẹp chặt phôi Sau khi piston đã kẹp chắc, xy lanh 2 sẽ đẩy cả hệ thống piston và xy lanh 3 cùng với tấm thép tiến vào vị trí của lưỡi cắt Cơ cấu này có những ưu điểm và nhược điểm riêng biệt.

- Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khí nén để tạo áp lực tác dụng lên piston

- Thiết bị kết cấu gọn, đơn giản

- Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

- Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dài lớn nhất, khi yêu cầu cắt thép, do vậy kết cấu bị cồng kềnh

Khoảng cách giữa piston đẩy và tấm thép khá xa, dẫn đến nguy cơ cong vênh tấm thép khi thực hiện thao tác đẩy Để thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định chiều rộng tấm thép, nếu cần cắt nhỏ hơn khoảng cách này, chỉ có thể sử dụng một piston.

- Xilanh kẹp chặt kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy

3.3.2 Hệ thống cấp phôi dùng băng tải: a Nguyên lý hoạt động:

Băng tải được đặt trước bàn dao dưới và được vận hành bởi động cơ điện, có nhiệm vụ cấp phôi cho máy cắt Sự di chuyển của tấm thép diễn ra nhờ vào ma sát giữa tấm thép và băng tải Vật liệu chế tạo băng tải có thể là vải cao su hoặc thép tấm mỏng.

1- Tang dẫn 5- Bộ phận kẹp chặt

Hình 3.6- Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải b Đặc điểm :

Hệ thống hoạt động hiệu quả với năng suất cao, nhưng tấm thép tiếp xúc liên tục với mặt băng gây ra hiện tượng mòn nhanh Bên cạnh đó, thiết bị cồng kềnh làm cho việc điều khiển chính xác phôi thép đến vị trí cắt trở nên khó khăn.

3.3.3 Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn: a Nguyên lý hoạt động:

Phôi thép được hỗ trợ bởi hệ thống con lăn và được truyền động bởi cặp con lăn do động cơ điện điều khiển Lực kéo phôi thép phụ thuộc vào lực ma sát giữa con lăn và tấm thép, và lực này cần phải vượt qua ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn.

Hình 3.7- Sơ đồ cấp phôi bằng cặp lô cán b Đặc điểm :

Hệ thống làm việc chắc chắn, tin cậy đồng thời dễ dàng điều khiển để đưa tấm thép đến vị trí cần cắt

Như vậy ta chọn phương án này để thiết kế cơ cấu cấp phôi cho máy cắt

3.3.4 Động học hệ thống cấp phôi: a Hoạt động của hệ thống: Động cơ 1 quay, qua khớp nối 6 đến bộ truyền xích và hộp giảm tốc 2 truyền momen xoắn cho trục dẫn động con lăn 3 làm cho con lăn 3 quay Nhờ lực ma sát giữa tấm thép và các con lăn mà khi nó quay tấm thép được kéo và cấp phôi cho quá trình cắt

1- Con lăn bị dẫn 4- Bộ phận kẹp chặt

3- Con lăn dẫn động 6- Dao dưới

Hình 3.8- Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp phôi b Chọn sơ bộ vận tốc của phôi :

Theo yêu cầu của hệ thống cấp phôi tự động, khi phôi đạt đủ chiều dài cần thiết, nó sẽ chạm vào cảm biến hành trình, kích hoạt rơle để cắt nguồn điện cho động cơ Tuy nhiên, do động cơ có tốc độ quay lớn, nên khi nguồn điện bị cắt, động cơ vẫn tiếp tục quay do quán tính Để giảm lực tác động của phôi vào do quán tính, tốc độ cấp phôi được chọn là khoảng 0.1 đến 0.3 m/s, với tốc độ cụ thể là 0.3 m/s.

Khi sử dụng động cơ với tốc độ 300 mm/s, cần chọn loại động cơ có bộ phận phanh điện từ gắn trên trục Khi nguồn điều khiển động cơ bị cắt, phanh điện từ sẽ hoạt động, giúp giảm thiểu chuyển động quay do quán tính của rô to.

Cơ cấu đỡ phôi

Bộ phận đỡ sản phẩm là phần cuối cùng của máy, có chức năng nhận và chuyển sản phẩm đến bộ phận bốc xếp, đóng gói hoặc sang khâu sản xuất khác Thường thì, bộ phận này sử dụng hệ thống băng tải được dẫn động riêng, hoạt động liên tục ngay từ khi máy bắt đầu Để tận dụng trọng lượng sản phẩm, thiết kế một sàn lăn nghiêng cho phép tấm thép cắt tự động chảy ra ngoài và được vận chuyển đi.

34

Tính toán hệ thống thuỷ lực

Truyền động thủy lực là hệ thống sử dụng môi chất lỏng, như dầu ép, để truyền động Quá trình truyền động diễn ra khi năng lượng được cung cấp cho dầu dưới dạng thế năng, sau đó chuyển đổi thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến Mỗi hệ thống truyền động thủy lực đều bao gồm hai phần chính.

-Cơ cấu biến đổi năng lượng ( bơm, động cơ ,xi lanh )

-Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh (các loại van )

-Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác để đảm bảo hệ thống làm việc

Hầu hết các thiết bị cơ cấu trong hệ thống truyền dẫn thủy lực đã được tiêu chuẩn hóa, do đó việc thiết kế và tính toán chủ yếu là lựa chọn để đảm bảo máy hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế.

So với các loại truyền động khác, truyền động thuỷ lực có nhiều ưu điểm hơn: -Kết cấu nhỏ gọn

-Dễ đề phòng quá tải

-Truyền được công suất cao,lực lớn, cơ cấu đơn giản, độ tin cậy cao, ít chăm sóc và bảo dưỡng

-Hoạt động ít gây tiếng ồn

-Điều khiển vô cấp tốc độ, dễ dàng tự động hoá theo điều kiện làm việc hoặc theo chương trình

Hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt là bộ phận quan trọng nhất trong máy cắt, cần thiết phải tính toán động học và kết cấu để đảm bảo cơ cấu cung cấp đủ lực cắt và hoạt động với công suất tối ưu.

Nội dung thiết kế tính toán hệ thống thuỷ lực bao gồm các phần sau:

- Tính toán các thông số của xy lanh tạo lực cắt

-Tính toán các thông số của xy lanh kẹp chặt

-Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng trong hệ thống và chọn các phần tử thuỷ lực

Tính toán xy lanh tạo lực cắt

2 max = ( N ) trong đó: k - hệ số = 1,1÷ 1,3; lấy k = 1,2

 c - trở lực cắt của vật liệu,

 c = (0,7 ÷ 0,8)  b ; đối với thép CT42 có giới hạn bền ( 380 ÷ 490)N/mm,

S ma - chiều dày vật liệu; S max = 15mm γ - góc nghiêng của dao; γ = 4º Thay các giá trị vào ta được: max = 2 0 =

Vậy lực cắt lớn nhất khi cắt là: 651574 (N )

4.2.2 Tính toán xy lanh: a Tiết diện của piston :

Pxilanh là lực công tác cần thiết mà mỗi xy lanh phải tạo ra Đối với lực cắt thép tấm lớn, chúng ta sử dụng 2 xy lanh thủy lực, do đó lực cần thiết ở mỗi xy lanh sẽ được tính toán cụ thể.

Trong đó P là lực cần thiết mà cả hệ Piston-Xilanh thuỷ lực phải tạo ra:

Chọn áp suất làm việc của xy lanh: p xl = 80 bar = 8 ( 2 ) mm N

DUT.LRCC b Đường kính trong của xilanh là :

(mm) c Đường kính cần của piston :

Do pb > 30 (bar) nên chọn K = 0.5 s

 d = 0,5 * 228 = 114 (mm) chọn d = 110 (mm) d Lưu lượng làm việc của xilanh là :

Trong đó : Vc : vận tốc đầu dao khi ở hành trình cắt Do lực cắt

Fpt : Tiết diện piston, Fpt = 40723( mm)

Do đó : Qxl = Fpt.Vc

= 2,03615 dm 3 /s = 122,2(lít/phút) e Vận tốc của đầu dao khi đi lên

Công suất cắt của máy: N = P.v trong đó :

P : lực để cắt tấm thép P = 651574 (N) v : Vận tốc khi ở hành trình cắt (m/s), v P (mm/s)= 0,05 (m/s)

Suy ra : N = 651574* 0,05 2578 (W) = 32,6 (KW) f Tính sơ bộ chiều dài thân xilanh

Xác định hành trình của dao cắt

+ Đã tính được hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 187 mm

Xác định sơ bộ chiều dài xilanh tạo lực cắt :

Trong quá trình cắt, vận tốc cắt thay đổi do phản lực cắt, đạt giá trị lớn nhất ngay sau khi quá trình cắt kết thúc, gây ra va đập cho máy Do đó, việc giảm chấn cho dao cắt là rất cần thiết.

DUT.LRCC cho hệ thống sử dụng xylanh thủy lực giảm chấn bằng cách giữ lại một lớp dầu ở đầu và cuối hành trình của piston Lớp dầu này, nhờ vào tính đàn hồi, giúp duy trì sự ổn định trong lực và vận tốc của cần piston, tránh những thay đổi đột ngột.

Khi thiết kế xilanh giảm chấn, cần chọn chiều dày lớp dầu cho hành trình piston đi lên (h1) và đi xuống (h2) Cụ thể, h1 và h2 đều có độ dày là 25 mm, đảm bảo hiệu quả giảm chấn tối ưu cho cơ cấu.

Do đó tổng chiều dài xilanh là :

L = H + h1 + h2 + c với c: chiều dày piston Chọn c = 40 (mm)

Để đảm bảo mép cắt thép thẳng và vuông góc với phương tấm cắt, cần tính toán lực kẹp Q bằng công thức xác định cụ thể Hình 4.1 minh họa sơ đồ xác định kích thước xy lanh và các yếu tố liên quan đến việc tính toán bộ phận kẹp chặt.

P : lực cắt của tấm thép, P = 651574 (N)

Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là:

Trong phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt, hệ thống kẹp được cấu thành từ một hệ thống xy lanh thủy lực gắn trên thân máy, hoạt động độc lập với dao Trên chiều dài bàn kẹp, có 10 xy lanh kẹp chặt được bố trí, do đó, lực kẹp cần thiết cho mỗi xy lanh sẽ được xác định.

P = Q/10 = 26062/10 = 2606 (N) Chọn áp suất làm việc của xy lanh:

2606 = (mm 2 ) b Đường kính trong của xilanh là :

(mm) theo tiêu chuẩn chọn:

D = 36 (mm) c) Đường kính cần của piston :

 d = 0,35 * 36 = 12,6 (mm) chọn d = 14 (mm) d Lưu lượng làm việc của xilanh là :

Qxl = Fpt.Vk ( mm 3 /s) Trong đó : Vk : vận tốc vận tốc của bàn kẹp đi xuống

Fpt : Tiết diện piston, Fpt = 868,67 ( mm 2 )

Do đó : Qxl = Fpt.Vc = 868,67x 50 = 43433,5 ( mm 3 /s)

Vì ta sử dụng 10 xy lanh nên lưu lượng tổng cộng là:

4.2.4 Tính các tổn thất trong hệ thống a Tổn thất áp suất trên hệ thống

Tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực là sự giảm áp suất xảy ra do sức cản trên đường đi của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành, như xi lanh thủy lực Sức cản này chủ yếu do chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện, thay đổi hướng chuyển động, cũng như sự biến đổi về vận tốc và độ nhớt của dầu gây ra Do đó, tổn thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận khác nhau trong hệ thống thủy lực.

Áp suất p0 là áp suất mà bơm cung cấp cho hệ thống, trong khi p1 là áp suất đo được tại buồng công tác của cơ cấu chấp hành Tổn thất áp suất trong hệ thống được thể hiện qua hiệu suất .

Xét về mặt kết cấu của hệ thống thuỷ lực thì tổn thất áp suất có thể qui về hai dạng tổn thất chính:

- Tổn thất áp suất qua van

- Tổn thất áp suất trên ống dẫn

*Tổn thất áp suất qua van :(p1)

Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được những khoảng giá trị tổn thất áp suất đối với từng loại van

Bảng 4.1- Tổn thất áp suất các kiểu van

Kiểu van Tổn thất áp suất p1

Khoá điều chỉnh 1,5 2 (KG/cm 2 )

Van đảo chiều 1,5 3 (KG/cm 2 )

Van điều áp 2,56 (KG/cm 2 )

Van tiết lưu 23,5 (KG/cm 2 )

Van tiết lưu điều chỉnh 36 (KG/cm 2 )

Van giảm áp 310 (KG/cm 2 )

Van một chiều 1,52 (KG/cm 2 )

Van an toàn 23 (KG/cm 2 )

Như vậy đối với sơ đồ thuỷ lực như hình vẽ, ta có các giá trị tổn thất áp suất sau đây:

+ Tổn thất áp suất qua van đảo chiều : 2 (KG/cm 2 )

+ Tổn thất áp suất qua van an toàn : 2.5 (KG/cm 2 )

+ Tổn thất áp suất qua van tiết lưu điêù chỉnh : 4 (KG/cm 2 )

+ Tổn thất áp suất qua van giảm áp : 3,5 (KG/cm 2 )

Tổng tổn thất áp suất trong van sẽ là:

*Tổn thất áp suất trong ống dẫn:( p2 )

Tổn thất áp suất trong ống dẫn có hai loại cơ bản :

Trong hệ thống thủy lực của máy, chiều dài ống dẫn được coi là ngắn, do đó có thể bỏ qua tổn thất áp suất do chiều dài ống Chúng ta chỉ cần tập trung vào tổn thất áp suất cục bộ trong hệ thống ống dẫn.

Giá trị tổn thất áp suất cục bộ được tính theo công thức sau:

Trong đó:  : khối lượng riêng của dầu (KG/m 3 ) g : gia tốc trọng trường g = 9,81(m/s 2 )

 : hệ số tổn thất cục bộ

Hệ số tổn thất áp suất trong hệ thống thuỷ lực thường được xác định thực nghiệm và phụ thuộc vào số Reynolds (Re), nhiệt độ, vận tốc, hướng chuyển động của dòng dầu, cùng với hình dáng tiết diện tại vị trí gây ra tổn thất Để đơn giản hóa quá trình thiết kế, có thể áp dụng công thức để tính toán giá trị tổn thất áp suất cục bộ trong ống dẫn.

p2 = 0,05.pct trong đó: pct : là áp suất của cơ cấu chấp hành pct = p1 = 80 (KG/cm 2 )

Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống:

p = 12 + 4 (KG/cm 2 )= 16 (bar) b Tổn thất thể tích trên hệ thống

Tổn thất thể tích trong hệ thống thuỷ lực chủ yếu do dầu chảy qua các khe hở Khi áp suất tăng, vận tốc và độ nhớt giảm, tổn thất thể tích trở nên đáng kể Trong các yếu tố ảnh hưởng, áp suất hệ thống là yếu tố quyết định giá trị tổn thất thể tích.

Tổn thất thể tích xảy ra trong toàn bộ hệ thống, đặc biệt là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng như bơm dầu, động cơ dầu và xy lanh truyền lực Để ước tính tổn thất thể tích trong hệ thống dầu ép, có thể sử dụng công thức cụ thể.

Trong đó :  : Trị số tổn thất thể tích ( cm 3 /s)

 p : Tổn thất áp suất trên hệ thống

Trong đó : p1 : Tổn thất áp suất của bộ lọc dầu

p2 : Tổn thất áp suất của bộ van tràn

p3 : Tổn thất áp suất của van tiết lưu điều chỉnh được

p4 : Tổn thất áp suất của van đảo chiều

p5 : Tổn thất áp suất của van 1 chiều p5 = 1.5 bar

p6 : Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn dầu

Trong đó : 1 : Trị số tổn thất thể tích đối với bơm : 0,6.10 -6 (cm 3 /s)

 2 : Trị số tổn thất thể tích đối với van đảo chiều : 0,025.10 -6 (cm 3 /s)

 3 : Trị số tổn thất thể tích đối với xilanh : 0,015 (cm 3 /s)

4.2.5 Tính toán lựa chọn các thông số của bơm a Công suất cần thiết của động cơ điện làm quay bơm dầu là :

Với  = 0 , 6  0 , 85 : Hiệu suất của bơm dầu, chọn  = 0 , 8

Việc lựa chọn động cơ cho bơm dầu cần đảm bảo đủ công suất cho quá trình cắt và tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động, đồng thời thích ứng với môi trường bên ngoài Động cơ cũng cần vận hành an toàn và ổn định Hơn nữa, công suất động cơ phải được lựa chọn hợp lý để tối ưu hóa chi phí sản phẩm, nâng cao hiệu suất và giảm kích thước kết cấu.

Từ những yêu cầu cần thiết đặt ra ta cần chọn động cơ có công suất Nđc  N ct

Do vậy ta chọn loại động cơ đồng bộ, che kín, có quạt gió loại A02-82 có công suất 40 kw, số vòng quay 1000( v/ph ) b Chọn bơm dầu cho hệ thống

Lưu lượng cần thiết cho một xilanh hoạt động là 122,2 lít/phút Tuy nhiên, theo phân tích trong sơ đồ thủy lực, cần sử dụng hai xilanh để đảm bảo hiệu quả làm việc.

Tổn thất của hệ thống là:

 q tt = 0 , 5 (l/ph) Lưu lượng cần thiết cho xy lanh kẹp chặt: k

Do vậy, lưu lượng cần thiết bơm phải cung cấp cho hệ thống là :

Qct = 2 Qxl +0,5 + 26 = 2.122,2 = 271( l/ph) Áp suất cần thiết của xy lanh là p xl = 80 (bar)

Tổn thất áp suất của hệ thống là:

Áp suất cần thiết để bơm phải đạt được là 96 bar, bao gồm 80 bar và 16 bar Do đó, cần so sánh và lựa chọn loại bơm phù hợp để đảm bảo lưu lượng và áp suất yêu cầu Trong hệ thống dầu ép, thường sử dụng bơm thể tích, hoạt động bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể tích tăng, bơm hút dầu; khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra Nếu có vật cản trên đường dầu, áp suất sẽ được tạo ra phụ thuộc vào mức độ cản trở và cấu trúc của bơm.

Tính toán các thông số của lưỡi dao và bàn trượt gá dao

Dao cắt là bộ phận quan trọng nhất trong máy cắt thép tấm, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, khả năng cắt, năng suất và tuổi thọ của máy Hiểu biết cơ bản về dao cắt giúp sử dụng hiệu quả, góp phần nâng cao hiệu suất trong công tác cắt gọt kim loại.

4.3.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt:

Dao cắt gọt được cấu tạo từ ba phần với chức năng khác nhau, do đó, vật liệu chế tạo cho từng phần cũng khác nhau Phần thân dao và gá đặt thường được làm từ cùng một loại vật liệu, trong khi phần cắt và phần cán thường được chế tạo riêng biệt Vật liệu cho phần cán cần đảm bảo độ bền, thường là thép C45 hoặc thép hợp kim 40Cr Đối với máy cắt thép tấm, phần gá dao sử dụng thép C45, trong khi phần lưỡi dao được chế tạo từ thép hợp kim 90CrSi.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cắt dao làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt, đó là:

- Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, có ảnh hưởng xấu đến cơ lý tính của vật liệu

- Trong quá trình cắt, bề mặt làm việc của dao phải chịu áp lực rất lớn, điều này dễ gây nên hiện tượng rạn nứt và gây vỡ dao

Khi cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao với phôi và chi tiết, hiện tượng ma sát diễn ra mạnh mẽ, khiến hệ số ma sát có thể tăng từ 0,4 đến 1.

Máy cắt thép tấm yêu cầu dao cắt phải hoạt động hiệu quả trong môi trường có va đập và biến động nhiệt độ, tải trọng Những điều kiện này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của dao cắt Do đó, vật liệu chế tạo dao cần đáp ứng các tiêu chí nhất định để đảm bảo độ bền và khả năng làm việc ổn định.

Từ những điều kiện làm việc khắc nghiệt trên, đòi hỏi dao cắt phải có những yêu cầu sau đây:

Vật liệu chế tạo dao cần có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công, với yêu cầu duy trì độ cứng tối thiểu là 61 HRC trong quá trình cắt Ngoài ra, nhiệt độ cao của dao cũng phải đạt trên 55 HRC để đảm bảo hiệu suất cắt tối ưu.

-Vât liệu phải có đọ bền và độ dẻo cần thiết, có như vậy mới chịu dược áp lực lớn và va đập lớn

-Vật liệu chế tạo phải có khả năng chịu mài mòn cao

Vật liệu chế tạo dao cần đảm bảo tính công nghệ cao và kinh tế, tức là phải dễ gia công, dễ tìm kiếm và có giá thành hợp lý.

Từ những yêu cầu đó ta chọn vật liệu làm dao là thép hợp kim 90CrSi

Thành phần hoá học thép 90CrSi bao gồm :

Thép này có ưu điểm là độ cứng cao, sau khi tôi có thể đạt độ cứng 6164 HRC

4.3.2 Các thông số của dao và bàn trượt gá dao a Thông số của dao

L = 2100mm, nếu chia làm 4 đoạn thì chiều dài mỗi đoạn là:

- Bề dày thân dao: E = 60 mm

- Chiều cao thân dao: H = 500 mm

Phần gỏ với bàn trượt gỏ dao ở 2 đầu thõn dao phải gia cụng đạt Ra = 0.32àm Và có kết cấu như hình 4.7 b Chọn số bulông trên một đoạn dao:

Với chiều dài mỗi đoạn dao là Lo = 525 mm, ta sử dụng 4 bulông M16 để ghép lưỡi dao lên thân dao, do vậy ta cần dùng 16 bulông cho cả dao

Hình 4.7 Kết cấu lưỡi dao trên

3 Bulông M16 4 Kết cấu phần gá

Cấu trúc lưỡi dao dưới được tạo thành từ 4 đoạn và được cố định vào thân dao bằng bulông Bên cạnh đó, bàn trượt gá dao, hay còn gọi là rãnh trượt dao, cũng đóng vai trò quan trọng trong thiết kế này.

Bàn trượt gá dao có tác dụng để thanh dao gá lên nó, để trượt lên xuống trong rãnh trượt của thân máy khi máy làm việc

Các kích thước của bàn trượt như sau :

- Chiều dài thanh trượt: h = 400 mm

- Bề dày bàn trượt : b = 100 mm

1 Bàn trượt gá dao 2 Sóng trượt

Hình 4.8 Kết cấu bàn trượt gá dao 4.3.3 Kiểm nghiệm sức bền của thanh dao gá lên bàn dao

Kiểm nghiệm bền là quá trình kiểm tra độ bền của bulông gắn lưỡi dao trên thân dao khi thực hiện cắt với lực cắt tối đa Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc kiểm tra bền của bulông M16.

Lực cắt lớn nhất: Pmax = 651574(N)

Vậy lực cắt lớn nhất tác dụng lên 1 bulông M16:

Bulông M16 vật liệu là thép C45 có  k =610 ( N / mm 2 )  Điều kiện bền của 1 bulông gắn trên dao :

Trong đó :  k : ứng suất kéo khi bulông chịu kéo (N/ mm 2 )

K : hệ số siết chặt không đều giữa các bulông

P0 : Lực tác dụng lên 1 bulông

F : Tiết diện của 1 bulông M16 (mm 2 )

Vậy: Điều kiện bền được thoả mãn.

Tính toán hệ thống cấp phôi

4.4.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phôi a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống cấp phôi b Nguyên lý hoạt động :

Khi phôi được đặt giữa hai con lăn 3 và 4, áp lực ban đầu được tạo ra từ con lăn 3 xuống con lăn 4 Động cơ 1 quay, truyền momen xoắn qua hộp giảm tốc vít-bánh vít 2, dẫn động lô cán 3, làm cho phôi di chuyển trên sàn con lăn để cung cấp cho máy cắt Cần xác định số lượng và kích thước sơ bộ của các con lăn trên sàn lăn.

Theo tiêu chuấn sau khi cán thép tấm có chiều dày từ 4 60 mm, có chiều rộng b

= 6005000 (mm) và chiều dài l = 400012000 (mm).Vậy giả sử phôi ta sử dụng có chiều dài l = 5000 mm, thì như vậy sàn lăn phải có chiều dài l = 5000 mm

Với chiều dài l = 5000 mm, ta dùng 10 con lăn rỗng có đường kính d = 150 mm,

B 20(mm) là kích thước của đầu lắp ổ lăn đỡ, được gắn lên hai thanh giằng của sàn lăn Ở vị trí cuối cùng của cạnh bàn dao dưới, có cặp con lăn được dẫn động bởi động cơ riêng, giúp đưa phôi vào vị trí cần thiết với kích thước D = 200(mm) và B = 2020(mm).

1- Động cơ điện 5- Tấm thép 2

2- Hộp giảm tốc 6- Dao dưới 3- Con làn trãn 7- Dao trãn 4- Con lăn dưới 8- Xy lanh kẹp chặt

Hình 4.10 Kết cấu con lăn hệ thống cấp phôi a Con lăn rỗng b Trục dẫn đặc

4.4.2 Tính lực kéo phôi thép tấm của tang dẫn động a Tính trọng lượng của hệ thống cấp phôi tác dụng lên ổ lăn

Ta có : P = Pphôi + Pconlăn + Ptang

Trong đó : P : Tổng tải trọng tác dụng lên các ổ lăn

Pphôi : Trọng lượng của tấm phôi thép (N)

Pconlăn : Trọng lượng của dãy con lăn đỡ (N)

Ptang : Trọng lượng của cặp tang dẫn động (N)

Kích thước lớn nhất của phôi đem cắt là : lmax = 5000(mm), Bmax = 2000(mm), Smax = 15 (mm) ta có: V = lmax.Bmax.Smax

Trọng lượng của dãy con lăn rỗng :

Trọng lượng của cặp tang cán phôi vào :

P (N) b Lực ma sát tại ổ lăn

Fms = P fmsl fmsl: hệ số ma sát lăn tại các ổ lăn, fmsl = 0.05

Vậy: Để tang quay cấp được phôi vào cho máy thì lực kéo của tang dẫn phải thắng được lực masát trong các ổ lăn hay FkeoFms = 1309,25 (N)

4.4.3 Tính chọn động cơ: a Tính công suất động cơ dẫn động tang quay :

Công suất cần thiết tang đẩy phôi là :

Trong đó : Fkéo lực kéo tối thiểu của tang dẫn

V : vận tốc cấp phôi vào, chọn V = 0,3(m/s)

1: hiệu suất của một cặp ổ lăn :  1 =0,99

2: hiệu suất của hộp giảm tốc bánh răng hành tinh:  2 =0,94

Tính số vòng quay của tang dẫn : n = D

Với n : Số vòng quay của tang dẫn v : vận tốc cán phôi vào, V = 0,3 (m/s)

D : Đường kính tang dẫn, D = 200 (mm)

Với công suất yêu cầu Nct = 0,28 kW và số vòng quay tang n = 29 v/ph, chúng ta đã chọn động cơ điện không đồng bộ che kín có quạt gió AOC2-11-6 với công suất 0,4 kW và tốc độ 880 v/ph (theo Bảng 4P-TKCTM).

Với nđc = 880 v/ph nên tỷ số truyền của hộp giảm tốc là : i = 30

Tính toán hệ thống ra sản phẩm

Sau khi cắt, tấm thép sẽ rời khỏi tấm và rơi xuống gầm máy, do đó cần thiết kế một hệ thống sàn đỡ sản phẩm Bằng cách tận dụng trọng lượng của tấm thép, chỉ cần bố trí một sàn con lăn nghiêng để tấm thép có thể trượt xuống một cách dễ dàng.

Trọng lượng của sản phẩm:

P sp =V. th g= L.B.S. th g 00.1000.15.10 − 9 10 3 9,8#08 (N) Lực ma sát tại ổ lăn

Fms = P fmsl fmsl: hệ số ma sát lăn tại các ổ lăn, fmsl = 0.05

Như vậy để tấm thép tự lăn xuống thì lực thành phần Pcos  phải thắng lực ma sát

Khi cắt tấm thép rộng và mỏng (thường có bề rộng B ≥ 300S), tấm thép sẽ bị võng xuống khi đưa vào máy Do đó, cần phải sử dụng một cơ cấu đỡ phôi để thực hiện quá trình cắt một cách hiệu quả.

DUT.LRCC cắt Chức năng này là tuỳ chọn bởi vì khi cắt những phôi dày và hẹp thì không cần sử dụng đến a Sơ đồ nguyên lý:

1- Phọi 2- con làn tổỷ chaớy 3- Xy lanh nâng sàn đỡ 4- Con lăn đỡ

Hình 4.11-Sơ đồ nguyên lý cơ cấu đỡ phôi b Hoạt động:

Khi pít tông xy lanh di chuyển xuống, nó tác động lên CTHT Y1, khiến van phân phối dịch chuyển sang trái và cấp dầu cho buồng trên của xy lanh, giúp xy lanh đi xuống và hạ sàn đỡ để sản phẩm chảy ra ngoài Ngược lại, khi pít tông đi lên và chạm CTHT Y0, van sẽ dịch chuyển sang trái để cấp dầu cho buồng dưới của xy lanh, nâng cơ cấu lên nhằm đỡ phôi cho lần cắt tiếp theo.

Tên gọi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Số lượng Vật liệu C.Năng.H.DẫnDuyệtTh.Kế Họ và tênChữ kýNgày

Ng Hữu Ngoạn THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BẢN VẼ KẾT CẤU MÁY Số tờ:Tờ:

TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ

Xy lanh keỷp phọi Ống dẫn dầu Cụm khớp cầu Âọỹng cồ quay truỷc vờt Cử đo chiều rộng phôi Truûc vêt Bộ truyền xích Sàn lăn sản phẩm

Xy lanh cắt Pờt tọng Thán dao

Bu lông gá lưỡi dao và lưỡi dao là những thành phần quan trọng trong hệ thống, cùng với bàn dao dưới và van một chiều Van phân phối, đồng hồ đo áp và ắc quy dầu cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc vận hành Bọỹ loỹc tinh và van an toàn đảm bảo an toàn cho hệ thống Cuối cùng, bơm dầu động cơ là một phần không thể thiếu để duy trì hiệu suất hoạt động.

Bu lọng gạ xy lanh Ống dẫn dầu Nắp xy lanh

Xy lanh Pờt tọng Khớp cầu Nắp khớp gá thân dao Tấm đệm Thán mạy Thán dao

Bu lọng gạ dao Sống trượt Lưỡi dao

Tên gọi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Số lượng Vật liệu Ghi chú C.Năng.H.DẫnDuyệtTh.Kế Họ và tên Chữ kýNgày

Ng Hữu Ngoạn THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BẢN VẼ KẾT CẤU MÁY Số tờ:Tờ:Tỷ lệ 1:2,5

TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ

Hình 4.12- Sơ đồ tính toán

Hành trình của pít tông:

4.6 Thiết kế hộp giảm tốc

Bộ truyền trục vít-bánh vít là thiết bị lý tưởng để truyền động giữa hai trục chéo nhau, nổi bật với nhiều ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, tỷ số truyền lớn, hoạt động êm ái và không gây tiếng ồn, cùng với vận tốc đầu ra rất thấp và tính năng tự hãm Tuy nhiên, nó cũng tồn tại một số nhược điểm như hiệu suất thấp và yêu cầu sử dụng vật liệu có giá thành cao.

4.6.1 Chọn vật liệu, cách chế tạo và nhiệt luyện

Trục vít : Chế tạo bằng thép nhiệt luyện C45 tôi bề mặt ( HRC = 45-55)

Tra bảng : (3-8) TKCTM ta có :

Bánh vít : Dự đoán vận tốc trượt của bánh vít vt ≤ 2 (m/s) nên chọn vật liệu của bánh vít là gang xám

4.6.2 Định ứng suất cho phép

Giả sử bộ truyền làm việc 5 năm, mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày 6 tiếng

Do tải trọng không đổi, êm nên Ntd =N

Ntd : số chu kỳ tương đương

Hệ số chu kỳ ứng suất :

Vậy ứng suất cho phép:

4.6.3 Chọn số mối ren Z1 của trục vít và tính số răng Z2 của bánh vít

Số răng của bánh vít : Z2 = i  Z1 = 30  2 = 60

Kiểm nghiệm số vòng quay thực:

4.6.4 Chọn sơ bộ hiệu suất, hệ số tải trọng và tính công suất trên bánh vít

Z1 = 2 ta chọn hiệu suất sơ bộ: v = 0,8

Công suất trên trục vít : N1 =0,6(kw)

Công suất trên bánh vít : N2 = v  N1 = 0,8  0,6=0,48 (kw) Chọn sơ bộ hệ số tải trọng : K = 1,13

4.6.5 Định mođun m và hệ số đường kính q theo điều kiện sức bền tiếp xúc

Tra bảng (4-6 TKCTM) ta chọn được : m = 3(mm) , q = 12

Khi đó m 3 q = 2 , 5 3 12 = 6 , 9  5 , 8 thoả mãn điều kiện

4.6.6 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng a Vận tốc trượt v có phương theo phương tiếp tuyến của ren trục vít m n Z q ( m s ) v t 2 12 1,68 /

1 + =  + =  < 2m/s (thoả mãn) b Hiệu suất  của bộ truyền trục vít trong trường hợp trục vít dẫn động

 ’ : góc ma sát tương đương

Dựa vào Z1 và q tra bảng (4-7- TKCTM ) ta chọn:

Với vt = 1,68(m/s) tra bảng (4-8) ta chọn:

Hệ số ma sát f = 0,045 ; , =arctgf =arctg0,005=3,148

Vậy :  = 0,787 không khác nhiều so với dự đoán

Vận tốc vòng v2 của bánh vít d n m z n ( m s ) v 0,273 /

Theo công thức ta có: k = ktt  kđ

Ktt : hệ số tập trung tải trọng, vì tải trọng không đổi, êm nên chọn ktt = 1

Kđ : hệ số tải trọng động, chọn kđ = 1,1 (do v2