Thiết kế máy cắt thép tấmw

Mục đích thực hiện và mục tiêu của đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, nhu cầu đời sống của con người ngày càng tăng cao, đòi hỏi 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 đầu tiên, cung cấp nguyên liệu cho quá trình gia công Nhu cầu sử dụng thép tấm rất lớn, tuy nhiên, kích thước phôi lớn gây khó khăn trong chế tạo chi tiết máy, và 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 đƣợc 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 phù hợp và phân phối tỉ số truyền là bước quan trọng trong thiết kế bộ truyền xích và hộp giảm tốc Đồng thời, cần thiết kế cơ cấu truyền động trong máy, bao gồm các bộ truyền, trục và tính toán then để đảm bảo hiệu suất tối ưu và hoạt động trơn tru của hệ thống.

+ thiết kế mạch điều khiển

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

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM

Nhu cầu về sử dụng thép tấm

Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu sống của con người ngày càng 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 đều có 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 theo 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 nhƣ: 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, cho phép thép tấm được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như thùng, sàn xe ô tô, khung và sườn xe máy Ngoài ra, thép tấm còn được ứng dụng trong ngành điện và các kết cấu trong xây dựng.

DUT.LRCC là vật liệu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như cầu, nhà cửa, và ngành cơ khí chế tạo, cũng như trong ngành tàu thuyền Để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng ngành và công việc, 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 hàn, khung và sườn xe, cũng như 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 là vật liệu thiết yếu trong ngành công nghiệp ô tô, được sử dụng để chế tạo khung, sườn, gầm xe, lót sàn và che kín thùng xe, cũng như các bộ phận bảo vệ khác.

- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm đƣợc sử dung rộng rãi không kém, nó đƣợc 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 thành từ các tấm thép dày cắt nhỏ, liên kết với nhau bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán, tạo nên 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 đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các thiết bị như stato của máy bơm nước và quạt điện Nó được sử dụng để chế tạo các cánh quạt lớn, cũng như các lá thép mỏng cho chấn lưu đèn ống và máy biến thế Bên cạnh đó, thép tấm còn được ứng dụng trong lĩnh vực điện chiếu sáng để sản xuất cột điện đường và hộp máy biến thế.

Hình 1.3 Sản phẩm thép tấm trong nghành điện

Thép tấm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, từ việc chế tạo thùng đồ dùng dân dụng phục vụ cuộc sống hàng ngày đến việc sử dụng trong ngành hàng không, nơi nó được dùng để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, cũng như trong các sản phẩm như bàn và ghế.

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thép tấm ngày càng lớn, cần thiết có máy cắt thép tấm với năng suất và độ chính xác cao, được điều khiển tự động hoặc bán tự động Những thiết bị này sẽ hỗ trợ nền công nghiệp và nền kinh tế phát triển, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, 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, nhưng phần lớn sau khi cắt vẫn chỉ là bán thành phẩm cho quá trình công nghệ tiếp theo Để đảm bảo chất lượng thiết bị hoàn thiện, tấm thép cắt ra cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định nhằm thuận lợi cho các công đoạn sản xuất tiếp theo.

+ 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 hủy Mỗi kim loại sẽ có những mức độ khác nhau trong các giai đoạn này, phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của chúng khi chịu tác động của ngoại lực và tải trọng.

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

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn P đh, biến dạng kim loại sẽ tăng theo đường bậc nhất, đánh dấu giai đoạn biến dạng đàn hồi, trong đó biến dạng sẽ trở lại trạng thái ban đầu khi tải trọng được loại bỏ.

Khi tải trọng giảm từ P dh xuống P d, độ biến dạng của kim loại tăng nhanh, đánh dấu giai đoạn biến dạng dẻo Trong giai đoạn này, kim loại sẽ thay đổi kích thước và hình dạng, và sẽ không trở về trạng thái ban đầu sau khi loại bỏ tải trọng.

Khi tải trọng đạt đến mức tối đa, vết nứt bắt đầu hình thành trong kim loại, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của ứng suất và kích thước vết nứt Cuối cùng, kim loại sẽ bị phá hủy, đánh dấu giai đoạn phá hủy với các tinh thể kim loại bị đứt rời.

Bằng cách áp dụng phương pháp toán học, nghiên cứu ứng suất trong kim loại giúp xác định điều kiện lực cần thiết để chuyển từ trạng thái đàn hồi sang biến dạng dẻo, cũng như từ giai đoạn biến dạng dẻo sang giai đoạn phá hủy Điều này đặc biệt quan trọng trong ứng dụng với máy cắt thép tấm, vì nó là cơ sở để xác định lực cắt hiệu quả.

Quá trình cắt đƣợc chia làm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lƣỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm xô lệch các thớ kim loại nhƣng chƣa 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 quy trình cắt phôi và cắt chia, từ đó xác định các thông số cần thiết cho việc 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 lƣỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lƣỡi 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 hướng bề mặt bên của lưỡi dao.

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

Quá trình đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao xâm nhập sâu vào tấm kim loại đến một chiều sâu xác định, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của kim loại và độ dày của tấm Đối với các vật liệu dẻo, chiều sâu này thường lớn hơn Các giai đoạn cắt được nhận diện qua hình dạng 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, đƣợc san phẳng bởi lực ma sát

Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ đƣợc 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 đƣợc 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 của máy cắt bao gồm những lưỡi cắt có khả năng tạo ra biến dạng dẻo trong kim loại, giúp tách rời một phần vật liệu khỏi phần khác Giữa các lưỡi cắt tồn tại một khe hở Z, và trong quá trình cắt, mô men uốn M được sinh ra bằng cách nhân lực cắt tác động tại lưỡi cắt với khoảng cách lớn hơn khe hở Z một chút.

Mô men uốn gây ra sự quay của phôi cắt, tạo ra phản lực N tại bề mặt lưỡi cắt Tấm kim loại sẽ dừng lại khi mô men uốn M cân bằng với mô men phản lực N.

Trong quá trình cắt kim loại, nếu tấm kim loại bị quay, chất lượng mặt cắt sẽ giảm sút, xuất hiện ba via và có thể không cắt được khi khe hở Z lớn Để khắc phục, cần loại bỏ hiện tượng quay của tấm bằng cơ cấu kẹp với lực kẹp Q, đồng thời giảm khe hở giữa hai lưỡi dao xuống mức thích hợp và mài dao vát góc trước γ.

Giới thiệu một số phương pháp cắt thép tấm

1.3.1 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 cho ra những 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 lƣỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy để tạo lực cho lƣỡi cắt

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

1.3.2 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 cháy, giúp vật liệu đạt đến nhiệt độ cao, từ đó làm cho chúng bị tách rời một cách hiệu quả.

Cắt đứt bằng hồ quang là phương pháp sử dụng nhiệt lượng từ hồ quang điện để nóng chảy và 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 cắt các tấm thép dày, đồng thời đường cắt thường không đều, chỉ áp dụng hiệu quả cho một số loại vật liệu nhất định.

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

Dòng hỗn hợp khí cháy Dòng oxy cắt

Khi bắt đầu quá trình cắt bằng khí, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ ngọn lửa, sau đó dòng oxy được thổi qua, dẫn đến việc 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 tiếp tục với phản ứng cháy của kim loại tỏa nhiệt mạnh, làm nóng nhanh lớp kim loại tiếp theo và tạo thành rãnh cắt Để thực hiện cắt bằng khí hiệu quả, 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 70% lượng nhiệt cần thiết để nung nóng, rất thuận lợi cho việc cắt bằng khí Ngược lại, thép cacbon cao khó cắt hơn do nhiệt độ chảy thấp, thường cần nung nóng trước từ 300-600 °C Đối với thép hợp kim crôm hoặc niken, nhiệt độ chảy lên tới 2000 °C do oxit crôm sinh ra khi cháy, cần sử dụng thuốc cắt đặc biệt 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 cắt này cho thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất thấp và khó chuyển sang 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 sử dụng nguồn nhiệt bức xạ mạnh mẽ để tạo ra rãnh cắt hoặc lỗ, trong đó vật liệu ở vùng cắt sẽ bị nung chảy 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

Hình 2.2- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser

Nguồn bức xạ laser tạo ra chùm tia laser đi thẳng hoặc được điều chỉnh hướng nhờ gương phẳng và được hội tụ qua thấu kính hội tụ Năng lượng laser tập trung trên diện tích nhỏ, tạo ra mật độ nhiệt cao, làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu, từ đó hình thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan Cắt bằng laser có khả năng xử lý tất cả các loại vật liệu và hợp kim, với rãnh cắt hẹp, sắc cạnh, và độ chính xác cao Phương pháp này cho phép cắt theo đường thẳng, đường cong và các hướng khác nhau mà không cần tiếp xúc.

Cắt thép bằng chùm tia laser mang lại năng suất cao và dễ dàng trong cơ khí hóa cũng như tự động hóa Tuy nhiên, phương pháp này có những hạn chế như chỉ cắt được tấm thép có chiều dày nhỏ hơn 20 mm, đồng thời thiết bị tạo tia laser và hệ thống điều khiển CNC có chi phí đầu tư cao.

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

Máy cắt đĩa có lưỡi dao chuyển động quay với các đĩa có cùng đường kính, hoạt động ngược chiều nhau và cùng tốc độ góc Độ trùng dao được thiết lập trong khoảng d = (0,2 ÷ 0,4)S Đặc điểm nổi bật của máy cắt đĩa là khả năng không chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt và kéo kim loại vào vùng cắt, cho phép chiều dài dải cắt trở nên không giới hạn.

Máy cắt dao đĩa có thông số đặc trưng là chiều dày lớn nhất của tấm cắt, cho phép cắt tấm có chiều dày lên đến 25mm khi có độ bền σ b ≤ 500 MPa Để xác định lực cắt, cần áp dụng phương pháp phù hợp.

Khi khảo sát điều kiện ăn dao của các đĩa dao trên máy cắt dao đĩa, tại thời điểm tiếp xúc giữa dao và tấm kim loại, 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 lực này đạt một giá trị nhất định.

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

Để kéo tấm hiệu quả, các đĩa cắt cần đảm bảo rằng tang của góc nghiêng giữa tiếp tuyến với đường bao của đĩa cắt tại điểm tiếp xúc với tấm và trục nằm ngang (tgα) phải bằng hoặc nhỏ hơn hệ số ma sát Trong giai đoạn ổn định của quá trình cắt, điều kiện ăn dao có thể được diễn đạt dưới dạng tg α tb.

Do chiều dày S nhỏ so với đường kính đĩa dao, giá trị của góc α và  1 cũng rất nhỏ nên chúng ta có thể coi :

Nhƣ vậy điều kiên ăn dao có dạng:sin/2sin 1 /2

Sử dụng một số phép biến đổi lƣợng giác và quan hệ hình học ta có:

Để đảm bảo điều kiện ăn dao trong quá trình cắt, chúng ta có thể xác định đường kính nhỏ nhất của đĩa dao là 2 min.

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

Dao cắt

2.1.1 Tính toán sơ bộ chiều dài của lƣỡi dao:

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

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

Chiều dài dao cần thiết phải tương đối dài để đảm bảo độ chính xác và độ thẳng lưỡi dao Để đạt được điều này, thường chế tạo từng đoạn ngắn và ghép lại với nhau Chiều dài của dao được chia thành 4 đoạn, do đó chiều dài mỗi đoạn dao sẽ được xác định.

2.1.2 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 B max = 2000 (mm)

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

S max : Chiều dày lớn nhất của tấm thép

Do đó chiều dài hành trình cắt H:

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

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

Vận tốc cắt của dao đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tuổi thọ, năng suất cắt và chất lượng của mép cắt Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng đến độ rung động và va đập của máy trong quá trình cắt.

Để máy cắt hoạt động hiệu quả và đạt năng suất thiết kế, việc lựa chọn vận tốc cắt hợp lý là rất quan trọng Đối với thép tấm có độ dày tối đa 15mm, vận tốc cắt nên được điều chỉnh trong khoảng từ 5 đến 100 mm/s Với độ dày này, vận tốc cắt tối ưu được khuyến nghị là 60 mm/s.

2.1.4 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 Sau khi tính toán, độ vận hành của dao nghiêng 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 làm cho vật liệu quay một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt, dẫn đến chất lượng bề mặt kém và mặt cắt không vuông góc với tấm thép Để cải thiện tình trạng này, cần chống lại sự quay của vật liệu và ngăn chặn 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

2.2.1 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 lƣợng khối kim loại b Hoạt động :

Khi dao cắt bắt đầu đi xuống, khối lượng vật liệu kẹp chặt cũng di chuyển theo và tiếp xúc với tấm thép cần kẹp Khi dao tiếp tục cắt, khối lượng này trượt trong rãnh của dao cắt; đây là thời điểm lực kẹp của tấm thép được cố định và đạt mức tối đa.

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

+ Kết cấu và khối lƣợng 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

2.2.2 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 theo đường ống vào buồng trên của xilanh, đẩy piston đi xuống để kẹp chặt phôi trước khi cắt Sau khi cắt xong, van đảo chiều sẽ cho dầu vào buồng dưới của xilanh, đẩy piston đi lên và nhả phôi ra.

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

-Nhƣợc Điểm: Cơ cấu phức tạp, đắt tiền

2.2.3 Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lƣỡi dao trên :

Lò xo được sử dụng để tạo lực kẹp cho phôi trong quá trình cắt kim loại, nhờ vào lực đàn hồi sinh ra khi lò xo bị kéo hoặc nén Sơ đồ nguyên lý minh họa rõ ràng cách thức hoạt động của hệ thống này.

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, gắn cứng với dao trên Khi xilanh thuỷ lực tác động, dao di chuyển xuống, kéo theo xilanh kẹp chặt Đầu kẹp của piston ở vị trí thấp hơn đầu dao, nên kẹp chạm vào phôi trước Khi dao tiếp tục đi xuống, lò xo bị nén tạo ra phản lực đàn hồi, tác động lên piston và kẹp phôi xuống, lúc này dao bắt đầu cắt phôi Sau khi hoàn thành việc cắt, dao và đầu kẹp sẽ đi lên 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 truyền lực cho cặp dao cần phải gia tăng lực truyền 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 lƣợng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhƣng khi kẹp lại rung động va đập lên máy lớn

Kết cấu kẹp sử dụng lò xo chịu nén mang lại hiệu quả kẹp êm ái, nhẹ nhàng với ít rung động và va đập 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 sử dụng các xilanh thủy lực, mặc dù phức tạp, nhưng mang lại khả năng điều chỉnh lực kẹp một cách dễ dàng 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 cắt P 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 mô men quay M, được tính theo công thức M = P cắt l, trong đó l thường dao động 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 ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào cơ khí hoá và tự động hoá, giúp giải phóng sức lao động cho con người Khi công nhân trực tiếp vận hành máy, họ thường phải thực hiện nhiều động tác lặp đi lặp lại, gây nhàm chán và tiềm ẩn nguy cơ tai nạn 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, chủ yếu dựa vào sức lao động của công nhân Công nhân phải di chuyển tấm thép vào vùng cắt một cách chính xác và liên tục, điều này không chỉ tăng năng suất mà còn giảm bớt sức lao động cho họ Để cải thiện quy trình này, cần phân tích và đưa ra phương án thích hợp nhất cho việc tự động hóa.

2.3.1 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 nhƣ sau:

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

- 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

Khi thiết kế máy cắt, cần chú ý đến khoảng cách giữa các piston đẩy và tấm thép, vì khoảng cách này quá xa có thể dẫn đến tình trạng cong tấm thép Đặc biệt, nếu chiều rộng tấm thép cần cắt nhỏ hơn khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định, chỉ có một piston sẽ được sử dụng để đảm bảo hiệu quả cắt.

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

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

Băng tải được lắp đặt trước bàn dao dưới và được điều khiển bởi động cơ điện để cấp phôi cho máy cắt Chuyển động của tấm thép được thực hiện 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 và êm ái, nhưng tấm thép tiếp xúc với mặt băng gây ra hiện tượng mòn nhanh chóng Bên cạnh đó, thiết bị cồng kềnh và khó điều khiển chính xác vị trí cắt của phôi thép.

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

Phôi thép được hỗ trợ bởi hệ thống con lăn, trong đó động cơ điện điều khiển cặp con lăn để truyền động Lực kéo phôi thép phụ thuộc vào lực ma sát giữa con lăn và tấm thép, và lực này cần phải lớn hơn lực ma sát giữa tấm phôi và 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 đƣa tấm thép đến vị trí cần cắt

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

2.3.4 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 đƣợc 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, nó sẽ chạm vào cử hành trình, kích hoạt rơle để cắt nguồn điện cho động cơ, ngăn không cho phôi tiếp tục được cấp vào Tuy nhiên, do động cơ có tốc độ quay lớn, nên khi nguồn điện bị cắt, động cơ vẫn tiếp tục quay nhờ quán tính Để giảm thiểu lực dịch chuyển của phôi 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.

Để đạt được 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 động cơ.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ MỘT SỐ KẾT CẤU CỦA MÁY

Tính toán hệ thống thủy lực

Truyền động thủy lực là hệ thống sử dụng chất lỏng, như dầu ép, làm trung gian để truyền năng lượng Quá trình truyền động bắt đầu bằng việc cung cấp năng lượng cho dầu dưới dạng thế năng, sau đó chuyển đổi thế năng thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến Mỗi hệ thống truyền động thủy lực bao gồm hai phần chính.

-Cơ cấu biến đổi năng lƣợng ( 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, quá trình thiết kế và tính toán chủ yếu tập trung vào việc lựa chọn các thành phần phù hợp 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 ƣu điểm hơn: -Kết cấu nhỏ gọn

-Dễ đề phòng quá tải

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

-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 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 đƣợc: max  2 0 

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

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

P xilanh là lực công tác cần thiết mà mỗi xy lanh phải tạo ra Đối với lực cắt thép tấm lớn, cần sử dụng 2 xy lanh thuỷ lực, do đó lực cần thiết ở mỗi xy lanh sẽ được xác định 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 80bar 8 ( 2 ) mm N

DUT.LRCC b Đường kính trong của xilanh là :

(mm) c Đường kính cần của piston :

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

Q xl = F pt V c Trong đó : V c : vận tốc đầu dao khi ở hành trình cắt Do lực cắt

F pt : Tiết diện piston, F pt = 40723( mm)

= 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 đƣợc hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 187 mm

Xác định sơ bộ chiều dài xilanh tạo lực cắt :

Trong quá trình cắt, phản lực cắt làm thay đổi vận tốc cắt, đặc biệt là lớn nhất khi quá trình cắt vừa kết thúc, dẫn đến va đập cho máy Do đó, việc giảm chấn cho dao cắt là rất cần thiết.

DUT.LRCC sử dụng hệ thống xylanh thuỷ lực để giảm chấn bằng cách duy trì một lớp dầu ở đầu và cuối hành trình của piston Sự biến dạng đàn hồi của lớp dầu này giúp ngăn chặn sự thay đổi đột ngột về lực và vận tốc của cần piston.

Khi thiết kế xilanh giảm chấn, việc chọn chiều dày lớp dầu là rất quan trọng Trong đó, h1 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành trình piston đi lên, và h2 là độ dày cho hành trình piston đi xuống Cụ thể, h1 và h2 đều được xác định là 25 mm.

Do đó tổng chiều dài xilanh là :

L = H + h 1 + h 2 + 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 sử dụng công thức phù hợp Hình 4.1 minh họa sơ đồ xác định kích thước xy lanh và là cơ sở cho 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, kết cấu kẹp được thiết kế với 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 :

Q xl = F pt Vk (mm 3 /s) Trong đó : V k : vận tốc vận tốc của bàn kẹp đi xuống

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

Do đó : Q xl = F pt V c = 868,67x 50 = 43433,5 (mm 3 /s)

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

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

Tổn thất áp suất là hiện tượng giảm áp suất xảy ra khi dầu di chuyển từ bơm đến cơ cấu chấp hành, chủ yếu do sức cản từ chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện, hướng chuyển động, vận tốc và độ nhớt của dầu Điều này cho thấy tổn thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệ thống thủy lực.

Áp suất p0 là áp suất do bơm cung cấp vào hệ thống, trong khi áp suất p1 được đo tại buồng công tác của cơ cấu chấp hành Tổn thất áp suất của hệ thống được biểu thị thông 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 :(p 1 )

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 p 1

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 )

Nhƣ vậy đối với sơ đồ thuỷ lực nhƣ 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:( p 2 )

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

Trong hệ thống thuỷ lực của máy, chiều dài ống dẫn được coi là khá ngắn, do đó có thể bỏ qua tổn thất áp suất do chiều dài ống Điều này cho thấy rằng 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 đƣợc tính theo công thức sau:

Trong đó:  : khối lƣợng 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 qua thực nghiệm và phụ thuộc vào số Reynolds (Re), nhiệt độ, vận tốc, hướng chuyển động của dòng dầu, cùng hình dạng tiết diện tại điểm gây tổn thất Để đơn giản hóa quá trình thiết kế, có thể sử dụng công thức dưới đây để tính toán giá trị tổn thất áp suất cục bộ trong ống dẫn.

p 2 = 0,05.p ct trong đó: pct : là áp suất của cơ cấu chấp hành p ct = p 1 = 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 thủy lực chủ yếu do dầu chảy qua các khe hở gây ra Khi áp suất lớn hơn, vận tốc giảm và độ nhớt nhỏ hơn, tổn thất thể tích trở nên đáng kể Trong các yếu tố ảnh hưởng, áp suất của hệ thống là yếu tố quyết định giá trị tổn thất thể tích.

Tổn thất thể tích là hiện tượng xảy ra ở tất cả các bộ phận trong hệ thống, chủ yếu tập trung vào 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 áp 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 : p 1 : Tổn thất áp suất của bộ lọc dầu

p 2 : Tổn thất áp suất của bộ van tràn

p 3 : Tổn thất áp suất của van tiết lưu điều chỉnh được

p 4 : Tổn thất áp suất của van đảo chiều

p 5 : Tổn thất áp suất của van 1 chiều p 5 = 1.5 bar

p 6 : 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)

3.2.5 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 để quay bơm dầu cần đảm bảo đủ công suất cho quá trình cắt, đồng thời phải phù hợp với yêu cầu truyền động, môi trường làm việc và đảm bảo an toàn, ổn định trong vận hành Ngoài ra, công suất động cơ cũng cần được cân nhắc để tối ưu hóa tính kinh tế, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu suất động cơ và thiết kế không quá cồng kềnh.

Từ những yêu cầu cần thiết đặt ra ta cần chọn động cơ có công suất N đc  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 xylanh khi hoạt động là 122,2 lít/phút Tuy nhiên, trong sơ đồ thủy lực được phân tích, cần phải sử dụng hai xylanh để đảm bảo hiệu suất 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 :

Q ct = 2 Q xl +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:

Để đảm bảo hiệu suất của hệ thống bơm, áp suất cần thiết là p b = 80 + 16 = 96 (bar) Việc lựa chọn loại bơm phù hợp phải dựa trên yêu cầu về lưu lượng và áp suất Trong các hệ thống dầu ép, thường sử dụng bơm thể tích, hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm sẽ hút dầu, và khi thể tích giảm, bơm sẽ đẩy dầu ra Nếu có vật cản trên đường dầu, áp suất sẽ được tạo ra tùy thuộc vào mức độ cản trở và cấu trúc của bơm.

Tính toán các thông số của lƣỡi dao và bàn trƣợt gá dao

Dao cắt là bộ phận quan trọng nhất của máy cắt thép tấm, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và khả năng cắt của máy Hiểu biết cơ bản về dao cắt không chỉ giúp nâng cao năng suất máy mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị Do đó, việc sử dụng dao cắt một cách hợp lý là trọng tâm trong công tác cắt gọt kim loại.

3.3.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt:

Dao được cấu tạo từ ba phần chức năng khác nhau, do đó vật liệu chế tạo cho từng phần cũng khác nhau Thông thường, phần thân dao và phần gá đặt sử dụng cùng một loại vật liệu, trong khi phần cắt và phần cán thường được chế tạo riêng 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 tƣợng rạn nứt và gây vỡ dao

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

Máy cắt thép tấm hoạt động trong môi trường có va đập và biến động nhiệt độ, cùng với tải trọng lực, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của dao cắt Do đó, vật liệu chế tạo dao cần đáp ứng những yêu cầu khắt khe để đảm bảo độ bền và hiệu quả làm việc.

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

Để chế tạo dao hiệu quả, vật liệu phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công, với yêu cầu cụ thể là đạt ít nhất 61 HRC ở nhiệt độ cắt và duy trì độ cứng trên 55 HRC ở nhiệt độ cao.

-Vât liệu phải có đọ bền và độ dẻo cần thiết, có nhƣ vậy mới chịu dƣợc 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 có 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 ƣu điểm là độ cứng cao, sau khi tôi có thể đạt độ cứng 6164 HRC

3.3.2 Các thông số của dao và bàn trƣợt 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 trƣợt gỏ dao ở 2 đầu thõn dao phải gia cụng đạt R a = 0.32àm Và có kết cấu nhƣ hình 4.7 b Chọn số bulông trên một đoạn dao:

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

Hình 4.7 Kết cấu lƣỡi dao trên

3 Bulông M16 4 Kết cấu phần gá

Kết cấu lưỡi dao dưới tương tự như lưỡi dao trên, được ghép từ 4 đoạn và được cố định vào thân dao dưới bằng bulông Bàn trượt gá dao có thiết kế với rãnh trượt dao, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình sử dụng.

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

Các kích thước của bàn trượt như sau :

- Chiều dài thanh trƣợt: h = 400 mm

- Bề dày bàn trƣợt : b = 100 mm

1 Bàn trƣợt gá dao 2 Sóng trƣợt

Hình 4.8 Kết cấu bàn trƣợt gá dao 3.3.3 Kiểm nghiệm sức bền của thanh dao gá lên bàn dao

Kiểm nghiệm bền là quy trình đánh giá độ bền của bulông gắn lưỡi dao lên thân dao trong quá trình cắt với lực cắt tối đa Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc kiểm tra bền cho bulông M16.

Lực cắt lớn nhất: P max = 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

P 0 : Lực tác dụng lên 1 bulông

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

Vậy: Điều kiện bền đƣợc thoả mãn.

Tính toán hệ thống cấp phôi

3.4.1 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, cần tạo áp lực ban đầu 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, khiến phôi di chuyển trên sàn con lăn để cấp phôi cho máy cắt Đồng thời, 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 nhƣ 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 hai đầu lắp ổ lăn đỡ, được gắn lên hai thanh giằng của sàn lăn Tại vị trí cuối cùng, cạnh bàn dao dưới có cặp con lăn được dẫn động bởi động cơ riêng, giúp đưa phôi đến 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

3.4.2 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 = P phôi + P conlăn + P tang

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

P phôi : Trọng lƣợng của tấm phôi thép (N)

P conlăn : Trọng lƣợng của dãy con lăn đỡ (N)

P tang : Trọng lƣợng của cặp tang dẫn động (N)

Kích thước lớn nhất của phôi đem cắt là : l max = 5000(mm), B max = 2000(mm), S max = 15 (mm) ta có: V = l max B max S max

Trọng lƣợng của dãy con lăn rỗng :

(N) Trọng lƣợng của cặp tang cán phôi vào :

P (N) b Lực ma sát tại ổ lăn

F ms = P f msl f msl : hệ số ma sát lăn tại các ổ lăn, f msl = 0.05

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

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

Công suất cần thiết tang đẩy phôi là :

Trong đó : F kéo 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 cần thiết là 0,28 kW và số vòng quay 29 v/ph, chúng tôi đã chọn động cơ điện không đồng bộ được che kín, cụ thể là động cơ AOC2-11-6 với công suất 0,4 kW và tốc độ 880 v/ph (theo Bảng 4P-TKCTM).

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

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN