(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy nắn dầm

Sử dụng lực nén thủy lực để nắn cánh dầm, momen xoắn động cơ để truyền động thông qua thao tác của công nhân sử dụng nút bấm vận hành máy.. Phạm vi nghiên cứu đề tài:  Nghiên cứu phương

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY NẮN DẦM

Người hướng dẫn: TS TÀO QUANG BẢNG

Sinh viên thực hiện: HỒ ĐĂNG TIÊN

Đà Nẵng, 2019

Ngành : Công nghệ chế tạo máy

NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài:

Với sự phát triển của ngành công nghiệp, nhiều nhà máy xí nghiệp mọc lên nên cần nhiều vật liệu xây dựng trong đó dầm thép là thứ không thể thiếu

Để chế tạo ra các loại dầm phương pháp hàn là phương án tối ưu nhất, nhưng lại có một khuyết điểm nhỏ là sự co rút của kim loại sau khi hàn làm dầm biến dạng, không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về cơ tính, hình dáng so với yêu cầu

Để giải quyết được vấn đề này, Em chọn đề tài “Thiết kế máy nắn dầm thủy lực” làm đồ án tốt nghiệp Máy là sự kết hợp của các cụm cơ cấu để nắn cánh dầm bị biến dạng do nhiệt Sử dụng lực nén thủy lực để nắn cánh dầm, momen xoắn động cơ

để truyền động thông qua thao tác của công nhân sử dụng nút bấm vận hành máy

2 Phạm vi nghiên cứu đề tài:

 Nghiên cứu phương án thiết kế máy

 Nghiên cứu điều khiển thủy lực nắn dầm

 Phương án thiết kế máy

 Cơ sở lý biến dạng dẻo kim loại

 Thiết kế, tính toán, chọn các thông số của máy

 Đưa ra bản vẽ

DUT-LRCC

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Độ dày cánh dầm tối đa: 60mm - Tốc độ nắn thẳng: 6000 mm/ph -

- Độ rộng cánh dầm: (200-1000)mm - Tốc độ nắn thẳng: 6000 mm/ph

- Lực nắn: 600 KN

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4.1 Tổng quan các vấn đề liên quan và tính cấp thiết của đề tài

4.2 Phân tích, lựa chọn phương án thích hợp cho máy thiết kế

4.3 Tính toán thiết kế máy:

- Thiết kế động học máy

- Tính toán động lực học và kết cấu toàn máy

4.4 Thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực

4.5 Xây dựng các bản vẽ nguyên lý và kết cấu máy

5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp nước ta nói chung và ngành cơ khí chế tạo nói riêng đã có nhiều bước phát triển vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế của đất nước Để bắt nhịp cùng sự phát triển bậc của ngành công nghiệp cơ khí trên thế giới, ngành cơ khí nước ta không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt công nghệ tiên tiến và hiện đại, đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ mới, cải tiến cách thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước

Hiện nay công nghiệp phát triển đi đôi với nhiều nhà máy xí nghiệp mọc lên nên cần nhiều vật liệu xây dựng trong đó dầm thép là thứ không thể thiếu

Để chế tạo ra các loại dầm không chỉ có phương pháp hàn mà còn có những phương pháp khác nhau như: đúc, ép, kéo… Tuy nhiên so với các phương án khác hàn

là phương án tối ưu nhất, nhưng lại có một khuyết điểm nhỏ là sự co rút của kim loại sau khi hàn làm dầm biến dạng, không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về cơ tính, hình dáng

so với yêu cầu

Để giải quyết được vấn đề này, sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Khoa Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa Được sự hướng dẫn của thầy giáo để em chọn đề tài

“Thiết kế máy nắn dầm thủy lực” làm đồ án tốt nghiệp

Với những kiến thức đã học ở trường cùng với quá trình trải nghiệm thực tế tìm hiểu máy móc tại Công ty TNHH MTV Tổ hợp Cơ khí THACO - Chu Lai, cùng với

sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Tào Quang Bảng và các thầy giáo trong khoa

Cơ Khí, đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ được giao Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đồng thời vốn kiến thức còn nhiều hạn chế nên việc tính toán thiết kế máy không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong được các thầy đóng góp ý kiến và sửa chữa để em ngày một hoàn thiện hơn trong quá trình thiết kế sau này Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô trong khoa đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đà nẵng, ngày tháng 012 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hồ Đăng Tiên DUT-LRCC

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS Tào Quang Bảng –

Bộ Môn Công nghệ vật liệu – Khoa cơ khí, các thầy cô giáo – Khoa cơ khí – Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng, đã tạo điều kiện cung cấp tài liệu cũng như kiến thức chuyên ngành, để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp có nhiều thuận lợi và thu được những thành quả nhất định

Em xin cảm ơn sự hỗ trợ của công ty Cổ phần Ô tô Trường Hải nói chung và công ty TNHH MTV Tổ hợp Cơ khí THACO Chu Lai nói riêng đã tạo điều kiện tốt nhất để em được nhận và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này tại công ty

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp do tài liệu tham khảo còn hạn chế, với kiến thức chuyên môn chưa chuyên sâu, không thể thiếu sót còn mắc phải, vậy kính mong được sự góp ý của các thầy cô giáo cũng như các anh để đồ án này đáp ứng được thực tiễn sản xuất trong công nghiệp

Đà Nẵng, ngày tháng 08 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hồ Đăng Tiên DUT-LRCC

Sinh viên thực hiện

Hồ Đăng Tiên DUT-LRCC

Hình 1.7: Cầu Mống bắc qua sông Bến Nghé, Thành Phố Hồ Chí Minh 16

Hình 1.8: Các khâu quan trọng nhất trong tổ hợp hàn sản xuất dầm thép 17

Hình 2.5: Phương án sử dụng bộ truyền vít me, đai ốc cho 2 bên bàn máy 25

Hình 2.6: Phương án sử dụng bộ truyền vít me đai ốc kết hợp xylanh thủy lực.26

Hình 2.7: Phương án sử dụng khớp các đăng (cardan) và xi lanh thủy lực 27

Hình 2.8: Phương án sử dụng 2 xylanh thủy lực 28

Hình 2.9: Phương án sử dụng động cơ điện 29

Hình 2.10: Phương án sử dụng động cơ thủy lực 30

Hình 3.1: Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại 34

Hình 3.2: Các trạng thái biến dạng dẻo kim loại 35

Hình 3.3: Các lực tác dụng lên dầm, momen ứng suất xuất hiện trên dầm 37

Hình 3.4: Bố trí mối ghép ren cố định bàn máy 40

Hình 3.5: Bộ truyền vít me đai ốc 41

Hình 3.6: Kích thước tiêu chuẩn ren thang, bộ truyền vít me, đai ốc 44

Hình 3.7: Momen, ứng suất trên trục truyền động 49

Hình 3.9: Sơ đồ động học hệ thống truyền động 53

Hình 3.10: Hộp giảm tốc 2 cấp khai triển 65

DUT-LRCC

Hình 3.11: Biểu đồ phân bố lực hộp giảm tốc 2 cấp khai triển 66

Hình 3.12: Biểu đồ nội lực trục I 67

Hình 3.13: Biểu đồ nội lực trục II 69

Hình 3.14: Biểu đồ nội lực trục III 71

Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển thủy lực máy 73

Hình 4.2: Phương trình cân bằng lực của xylanh nắn 77

Hình 4.3: Phương trình cân bằng lực của xylanh định vị dẫn hướng 81

Danh mục bảng

Báng 1.1: Bảng 2.7 22 TCN 272-05 chiều dày nhỏ nhất của đường hàn góc 12

Bảng 1.2: Một số loại máy nắn dầm hiện nay trên thị trường 18

Bảng 3.1: Thành phần hóa học thép tấm Q345 32

Bảng 3.2: Cơ tính của thép tấm Q345 32

Bảng 3.3: Độ cứng và nhiệt luyện thép tấm Q345 33

Bảng 3.4: Thông số phân bố tỉ số truyền 54

Bảng 4.1: Biểu đồ trạng thái hệ thống thủy lực DUT-LRCC 76

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

LỜI CẢM ƠN 4

CAM ĐOAN 5

Danh mục hình ảnh 6

Danh mục bảng 7

MỤC LỤC 8

CHƯƠNG I 10

TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP VÀ MÁY NẮN DẦM HIỆN NAY 10

1.1 Tổng quan về dầm thép: 10

1.1.1 Giới thiệu dầm thép: 10

1.1.2 Ứng suất và biến dạng dư sau khi hàn dầm chữ I có tiết diện ngang thay đổi: 11

1.1.3 Độ võng cho phép cánh dầm: 12

1.1.4 Chiều cao liên kết hàn góc: 13

1.1.5 Tính toán liên kết mối hàn góc: 13

1.1.6 Ứng dụng dầm thép trong đời sống thực tế 14

1.1.7 Quá trình sản xuất dầm thép: 16

1.1.8 Kết luận: 17

1.2 Tổng quan máy nắn dầm: 17

1.2.1 Giới thiệu máy nắn dầm: 17

1.2.2 Các cơ cấu chính của máy: 18

1.2.3 Nguyên lý hoạt động máy: 19

1.2.4 Một số máy nắn dầm hiện có trong và ngoài nước: 19

CHƯƠNG II 21

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY NẮN DẦM 21

2.1 Lập phương án bố trí dầm (phôi nắn): 21

2.1.1 Nắn dầm đứng: 21

2.1.2 Nắn dầm nằm ngang: 22

2.1.3 Kết luận chọn phương án bố trí dầm: 23

2.2 Chọn phương án nắn: 23

2.2.1 Nắn cơ: 23

2.2.2 Nắn thủy lực: 24

2.2.3 Kết luận chọn phương án nắn: 24

2.3 Lập phương án thiết kế cơ cấu định vị, dẫn hướng: 25

2.3.1 Phương án sử dụng bộ truyền động vít me đai ốc cho 2 bên bàn máy: 25

2.3.2 Phương án sử dụng bộ truyền động vít me đai ốc và 1 xylanh thủy lực: 26

2.3.3 Kết luận, chọn phương án thiết kế cơ cấu định vị, dẫn hướng: 26

2.4 Phương án thiết kế cơ cấu nắn dầm: 27

2.4.1 Sử dụng khớp các đăng (cardan) và xi lanh thủy lực 27

2.4.2 Sử dụng 2 xi lanh thủy lực: 28

2.4.3 Kết luận, chọn phương án: 28

2.5 Phương án truyền động trục chính (chọn động cơ): 29

2.5.1 Phương án sử dụng động cơ điện: 29

2.5.2 Phương án sử dụng động cơ thủy lực: 30

2.5.3 Kết luận, chọn phương án: 30

CHƯƠNG III 31

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY, ĐỘNG HỌC MÁY 31

3.1 Các tính năng kỹ thuật của máy: 31

3.2 Chọn vật liệu, tính toán phôi nắn: 31

DUT-LRCC

3.2.2 Tính trọng lượng lớn nhất của dầm thép 33

3.2.3 Biến dạng dẻo của kim loại (dầm thép) khi nắn 33

3.2.4 Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn và cách khắc phục 35

3.3 Tính toán lực, momen, công suất nắn dầm cần thiết: 37

3.3.1 Tính lực nắn dầm: 37

3.3.2 Tính momen truyền động nắn dầm cần thiết: 38

3.3.3 Tính công suất nắn dầm: 40

3.4 Tính chọn, kết cấu máy: 40

3.4.1 Tính chọn mối ghép ren cố định bàn máy 40

3.4.2 Thiết kế bộ truyền vít me đai ốc dẫn động bàn máy: 41

3.4.3 Thiết kế tính chọn con lăn nắn: 44

3.4.4 Tính, thiết kế vỏ máy: 46

3.4.5 Tính, thiết kế mối hàn cố định vỏ máy: 47

3.4.6 Tính toán trục dẫn động con lăn nắn: 47

3.4.7 Tính chọn ổ lăn: 49

3.4.8 Chọn then: 50

3.5 Thiết kế động học máy 52

3.5.1 Chọn công suất động cơ 52

3.5.2 Phân phối tỷ số truyền: 52

3.5.3 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh 55

3.5.4 Thiết kế bộ truyền cấp chậm: 59

2.5.5 Tính toán thiết kế trục và then 62

CHƯƠNG IV 73

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 73

4.1 Phân tích, xây dựng sơ đồ nguyên lý của bộ phận chấp hành: 73

4.1.1 Mô tả hoạt động hệ thống thủy lực máy nắn dầm: 73

4.1.2 Xây dựng sơ đồ điều khiển thủy lực: 73

4.1.3 Biểu đồ trạng thái của hệ thống: 76

4.2 Tính toán xy lanh thủy lực: 76

4.2.1 Xylanh thủy lực đẩy cụm nắn: 76

4.2.2 Tính xylanh đẩy cụm kẹp chặt: 80

CHƯƠNG V 85

LẮP ĐẶT VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG MÁY NẮN DẦM 85

5.1 Lắp đặt: 85

truyền cán 85

5.2 Vận hành máy: 86

5.3 Bảo dưỡng máy nắn dầm: 87

5.4 Sự cố máy và khắc phục 87

KẾT LUẬN CHUNG 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DUT-LRCC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP VÀ MÁY NẮN DẦM HIỆN NAY

Hiện nay, dầm sử dụng cho ngành cơ khí, xây dựng có hình dáng rất đa dạng, phù hợp với nhiều dạng kết cấu và yêu cầu sản xuất

b Các dạng dầm thép hiện nay

Dầm thép có nhiều hình dạng khác nhau: chữ I, H, U, V, hình hộp…

c Các phương pháp chế tạo dầm thép

Dầm được chế tạo chủ yếu bằng 2 dạng: đúc và tổ hợp hàn:

Dầm sản xuất bằng phương pháp đúc thường có kính thước nhỏ, đơn giản thường sử dụng cho kết cấu nhỏ và yêu cầu chịu lực thấp

a dầm chữ H b dầm chữ I c dầm chữ T

Hình 1.1: Một số dầm có biên dạng không thay đổi

Hình 1.2: Cấu tạo dầm hàn chữ I

DUT-LRCC

Với những kết cấu lớn và cần chịu tải lớn thì dầm phải được tổ hợp bằng phương pháp hàn và hàn dầm thường là dầm chữ I

Khi chế tạo dầm hàn các yếu tố công nghệ được đặc biệt quan tâm, kết cấu, hình dáng dầm hàn bị thay đổi rất lớn trong và sau quá trình hàn

1.1.2 Ứng suất và biến dạng dư sau khi hàn dầm chữ I có tiết diện ngang thay đổi:

Giả sử ta hàn mối hàn có quá trình nguội toàn bộ mối hàn là đồng đều trên suốt chiều dài và chiều dày

Do có hiện tượng co ngang, tấm vách quay đi một góc 𝛽 (hình 1.3) so với vị trí ban đầu

Hình 1.3: Góc biến dạng bản bụng khi hàn liên kết chữ T

Khi thực hiện mối hàn thứ 2 (phía đội diện) thì sự co tự do của nó bị cản trở đàn hồi

từ phía mối hàn thứ nhất do đó kim loại đắp của mối hàn thứ 2 sẽ suất hiện ứng suất ngang

Ứng suất kéo ngang của mối hàn thứ nhất cũng xuất hiện do chống lại sự quay tự

do của mối hàn thứ 2

Nếu 2 mối hàn giống nhau, do nội lực cân bằng, ứng suất kéo ngang cũng như nhau Tức là tấm vách sẽ quay về vị trí ban đầu và được giữ ở trạng thái này bởi các nội lực giằng co trong mối hàn Giá trị nội lực này có thể rất lớn Tuy nhiên do vật liệu thép kết cấu có khả năng biến dạng dẻo tốt nên ứng suất kéo dư chỉ đạt tới giới hạn chảy 𝜎𝑇

DUT-LRCC

Do có ứng suất kéo ngang, 2 phần biên sẽ bị kéo quay đi 1 góc 𝜃 nào đó:

b1: chiều rộng kim loại đắp

=> độ biến dạng tối đa của cánh dầm:

Với thông số kỹ thuật dầm có bề rộng cánh dầm tối đa B = 1000 mm, ta được độ võng là:

yk = 0,01.1000 = 10 mm DUT-LRCC

1.1.4 Chiều cao liên kết hàn góc:

Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, chiều dày lớn nhất của mối hàn góc dọc theo cạnh của cấu kiện được lấy bằng:

- Chiều dày bản nối nếu bản nối mỏng hơn 6mm

- Chiều dày bản nối trừ đi 2mm nếu bản nối dày hơn hoặc bằng 6mm

Chiều dày nhỏ nhất của mối hàn góc được quy định như trong bảng 2.7: (tiêu chuẩn

thiết kế cầu 22 TCN 272-05)

Báng 1.1: Bảng 2.7 22 TCN 272-05 chiều dày nhỏ nhất của đường hàn góc

Chiều dài có hiệu nhỏ nhất của đường hàn góc phải lớn hơn 4 lần chiều dày của nó và phải lớn hơn 40 mm

1.1.5 Tính toán liên kết mối hàn góc:

- Kim loại hàn dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu sau:

a Que hàn khi hàn tay lấy theo TCVN 3223:1994 Kim loại que hàn phải có

cường độ kéo đứt tức thời không nhỏ hơn trị số tương ứng của thép được hàn

b Dây hàn và thuốc hàn dùng trong hàn tự động và bán tự động phải phù hợp

với mác thép được hàn Trong mọi trường hợp, cường độ của mối hàn không được thấp hơn cường độ của que hàn tương ứng

- Cường độ tính toán của mối hàn trong các dạng liên kết và trạng thái làm việc khác nhau được tính theo các công thức trong Bảng 7 TCVN 5575: 2012

+ Hàn góc:

- Theo bảng 5 TCVN 5575: 2012, ta chọn Cường độ tiêu chuẩn fy, fu cường độ tính toán f của thép các bon (TCVN 5709:1993)

+ Với mác thép CCT38; bề dày t > 40mm ta được:

cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép: fy = 220;

cường độ tính toán của thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy: f = 210;

cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt: fu = 380 => fws = 0,45.380 = 171 MPa

- Và theo bảng 8 TCVN 5575: 2012

DUT-LRCC

Ta chọn được cường độ tính toán fwf của kim loại hàn trong mối hàn góc:

Ứng với loại que hàn N42, N42 - 6B theo TCVN 3223:1994

Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun = 410 MPa

Cường độ tính toán (chịu cắt qui ước theo kim loại mối hàn fwf = 180 MPa

1.1.6 Ứng dụng dầm thép trong đời sống thực tế

a Ứng dụng trong công trình Công nghiệp:

Hình 1.5: Kết cấu thép nhà máy công nghiệp

Dầm thép là một trong những vật liệu lý tưởng nhất để sử dụng khi xây dựng các tòa nhà công nghiệp Có một vài lý do cho điều này, bao gồm chi phí, độ bền, và nhiều hơn nữa Lợi ích mà dầm thép cung cấp có lợi theo nhiều cách Độ bền cao của

nó đồng nghĩa với chi phí lao động sẽ thấp hơn trong suốt vòng đời dự án, giảm thiểu tác động tiềm tàng trong việc sửa chữa Ngoài ra, dầm thép là một trong những vật liệu xây dựng cường độ cao nhất hiện có trên thị trường

Với tỷ lệ cường độ/trọng lượng cao nhất so với bất kỳ vật liệu xây dựng nào khác, dầm thép đảm bảo sự kiện cố tuyệt vời cho ngay cả những công trình công nghiệp lớn nhất Ngoài ra, nó còn được đánh giá cao về độ bền và khả năng chịu thời tiết Với khả năng chịu được tất cả các loại thời tiết, thậm chí là động đất, dầm thép là

sự lựa chọn tuyệt vời cho dù khí hậu khu vực của bạn có thể là gì

Chính vì sự tự động - đơn giản hóa trong sản xuất cho nên nhà xưởng công nghiệp rất linh hoạt trong sử dụng - nâng cấp cũng như bảo trì Và luôn đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng bền vững - thẩm mĩ - giá thành hợp lý

DUT-LRCC

b Ứng dụng trong xây dựng dân dụng:

Hình 1.6: Nhà hàng kết cấu bằng thép

Trong quá trình luyện cán thép cung cấp cho các công trình sử dụng kết cấu thép, một quy trình được gọi là “thép không gỉ" được sử dụng giúp tối đa hóa ưu điểm của vật liệu thép, tạo hình thẩm mỹ nghệ thuật Việc xây dựng được những công trình nhiều tầng vươn cao lên bầu trời, vật liệu gỗ truyền thống chi phù hợp những công trình nhỏ cần được thay thế bằng vật liệu thép

Thép là kết cấu dầm thép đáng tin cậy hơn và kéo dài thời gian sử dụng Về cơ bản trong bất kỳ công trình dân dụng nào, có thể là một ngôi nhà cá nhân hoặc một tài sản có giá trị lớn, ứng dụng vật liệu thép hợp lý có thể tăng thêm giá trị sử dụng, hiệu quả kinh tế cho công trình

c Ứng dụng trong xây dựng Cầu:

Hình 1.7: Cầu Mống bắc qua sông Bến Nghé, Thành Phố Hồ Chí Minh

Dầm thép dầm còn được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng cầu đặc biệt là những cây cầu vượt nhịp lớn Tỷ lệ sức mạnh nổi bật của nó so với trọng lượng bản thân được

DUT-LRCC

ứng dụng rộng rãi trong những cấu trúc đặc biệt này, độ bền và sự dẻo dai của kết cấu thép đảm bảo chịu được tải trọng của các phương tiện lưu thông và an toàn cho người

sử dụng Với cách tạo hình nghệ thuật đa dạng, phong phú, những cây cầu không chỉ mang tính chất đơn thuần nối kết giao thông, cây cầu còn mang ý nghĩa đặt biệt, biểu tượng cả một thành phố, nối kết giữa quá khứ - hiện tại và tương lai

Máy nắn dầm thủy lực là một máy thuộc chuyền sản xuất dầm thép, làm nhiệm vụ nắn thẳng dầm khi thép dầm chữ I, H trải qua quá trình nung nóng, hàn sẽ bị biến dạng nhiệt, co rút làm biến dạng dầm mà chủ yếu là cánh dầm nắn dầm nhằm đạt được biên dạng dầm theo tiêu chuẩn

Hình 1.8: Các khâu quan trọng nhất trong tổ hợp sản xuất dầm thép

DUT-LRCC

1.1.8 Kết luận:

Hiện nay với sự phát triển của công nghiệp đi đôi với sự mọc lên của các nhà máy công nghiệp Các công trình xây dựng trong đó dầm thép là thứ không thể thiếu ngoài ra với dầm thép thì việc thi công sẽ đơn giản hơn, thời gian thi công nhanh (vì chủ yếu chỉ là các liên kết bằng mối hàn và bu lông) công trình nhanh chóng được đưa vào sử dụng

So với các dạng dầm khác thì dầm thép có ưu điểm nổi bật là cấu tạo rất đơn giản, chi phí cho chế tạo dầm không lớn, so với các loại dầm khác như dầm bê tông cốt thép thì để vượt được các nhịp lớn, dầm thép cũng tốt hơn cả vì nó vừa có khối lượng bản thân nhẹ, vừa có khả năng chịu lực lớn do đó dầm thép được sử dụng rất phổ biến ngoài ra với dầm thép thì việc thi công sẽ đơn giản hơn, thời gian thi công nhanh (vì chủ yếu chỉ là các liên kết bằng mối hàn và bu lông) công trình nhanh chóng được đưa vào sử dụng Ngày nay, với xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật thì kết cấu dầm thép ngày càng được nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện hơn, sử dụng ngày càng rộng rãi hơn trong nhiều công trình khác nhau từ những công trình nhỏ như nhà

ở, nhà máy, xí nghiệp cho đến các công trình đòi hỏi vượt nhịp lớn như nhà thi đấu, sân vận động, hãng máy bay

1.2 Tổng quan máy nắn dầm:

1.2.1 Giới thiệu máy nắn dầm:

Khi dầm thép chữ I, H trải qua quá trình nung nóng, hàn sẽ bị biến dạng nhiệt,

co rút làm biến dạng dầm mà chủ yếu là cánh dầm

Nắn dầm là một khâu quan trọng, nhằm đảm bảo dầm đạt được biên dạng theo tiêu chuẩn trong quá trình sản xuất dầm hàn, đi với đó máy nắn dầm là công cụ không thể thiếu Nhằm nhanh chóng nắn lại cánh dầm sau quá trình biến dạng nhiệt sau hàn

Hình 1.9: Máy nắn dầm

DUT-LRCC

1.2.2 Các cơ cấu chính của máy:

Máy nắn dầm bao gồm các cơ cấu chính như:

- Hệ thống con lăn,

- Khung, vỏ, bệ máy

- Cơ cấu truyền động trục chính……

- Cơ cấu nắn dầm

- Cơ cấu định vị dẫn hướng dầm

- Hệ thống điều khiển điện, điều khiển thủy lực

a Hệ thống con lăn:

Hệ thống con lăn của máy dùng cho máy nắn dầm tải trọng lớn phải có độ cứng vững đủ lớn để chịu được tải trọng của dầm nắn, đồng thời phải đảm bảo dầm dễ dàng tịnh tiến trượt trên máy

b Khung, vỏ và bệ máy:

Khung, vỏ và bệ máy dùng cho máy nắn dầm phải có độ cứng vững lớn, chịu được tải trọng dầm và lực nắn dầm của xi lanh thủy lực, ngoài ra còn phải đảm bảo về

yếu tố thẩm mỹ và sự tương quan của máy

c Cơ cấu truyền động trục chính:

Cơ cấu này có nhiệm vụ truyền động mô men lực làm dầm chuyển động tịnh tiến trên máy thông qua động cơ và hộp giảm tốc, truyền động cho cơ cấu nắn dầm

d Cơ cấu nắn dầm

Cơ cấu này gồm hệ thống con lăn đảm bảo nắn thẳng dầm trên máy, phải chịu được tải trọng dầm và hệ thống nắn thủy lực làm biến dạng dầm thép Ngoài ra cơ cấu còn phải chịu được mô men xoắn dẫn động từ cơ cấu truyền động trọc chính

e Cơ cấu định vị dẫn hướng:

Cơ cấu này phải đảm bảo định vị dầm đặt tại vị trí cần nắn trên máy và chuyển động tịnh tiến của dầm trên máy trong toàn bộ thời gian thực hiện quá trình nắn dầm

Nó có độ cứng vững đặt biệt là trong quá trình nắn không khống chế bậc tự do theo phương tịnh tiến của dầm máy

Cơ cấu này được thiết kế sao cho đồng bộ với cơ cấu dẫn động, đảm bảo quá trình gá kẹp nhanh, đạt độ chính xác yêu cầu

DUT-LRCC

Cơ cấu này có nhiệm vụ đảo chiều dầm sau khi nắn xong nhưng chưa đạt sau đó nắn lại dầm nhiều lần đến khi đạt được tiêu chuẩn Như vậy cơ cấu này được thiết kế sao cho động cơ có thể thay đổi vận tốc, và chiều quay

Dùng động cơ xoay chiều 3 pha có gắn hộp giảm tốc Được lập trình điều khiển

tự động nắn

Cơ cấu điều khiển thủy lực với các xi lanh thủy lực đảm bảo đủ lực nắn làm biến dạng cánh dầm

1.2.3 Nguyên lý hoạt động máy:

Máy nắn dầm được bố trí hệ thống con lăn trước và sau máy để đỡ tải trọng dầm  Khi đưa dầm vào máy cụm định vị dẫn hướng sẽ làm nhiệm vụ định vị và kẹp chặt dầm trên máy, đảm bảo dầm chuyển động tịnh tiến trên máy  tiếp đếm cụm con lăn nắn sẽ nhận lực từ xylanh thủy lực để uốn cánh dầm và nhận momen từ cơ cấu truyền động để nắn cánh dầm do bị biến dạng nhiệt trở về trạng thái thẳng theo yêu cầu

1.2.4 Một số máy nắn dầm hiện có trong và ngoài nước:

Qua quá trình tìm hiểu hiện nay có rất nhiều loại máy nắn dầm khác nhau và sử dụng nhiều cơ cấu nắn dầm khác nhau Trong đó có máy nắn dầm thủy lực có nhiều ưu điểm vượt trội và được ứng dụng phổ biến hiện nay

Hình 1.10: Một số máy nắn dầm trên thị trường hiện nay

DUT-LRCC

Bảng 1.2: Một số loại máy nắn dầm hiện nay trên thị trường

Các loại Máy làm thẳng cơ Máy làm thẳng thủy lực

mô hình HYJ-600 HYJ-800 YTJ-40 YTJ-60C YTJ-80

Chiều rộng cánh dầm

(mm) 150-600 160-800 200-800 200-1000 300-1000 Tốc độ điều

Chiều cao dầm (mm) ≥ 160 ≥ 350 ≥ 380 ≥ 350 ≥ 500

DUT-LRCC

CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY NẮN DẦM

2.1 Lập phương án bố trí dầm (phôi nắn):

2.1.1 Nắn dầm đứng:

Hình 2.1: Phương án nắn bố trí dầm đứng

a Mô tả:

- Phương án này gồm có 2 cơ cấu chính độc lập với nhau gồm:

- Cơ cấu định vị dẫn hướng dầm

2.1.2 Nắn dầm nằm ngang:

Hình 2.2: Phương án nắn, bố trí dầm nằm ngang

a Mô tả:

- Dầm thép được bố trí nằm ngang và được nắn cả 2 cánh dầm 1 lúc

- Máy sử dụng hệ thống con lăn đỡ dưới dầm nhằm đỡ tải trọng và dẫn hướng cho dầm

- Các con lăn nắn dầm kết hợp với nhau tạo thành hệ thống nắn và dẫn hướng cho dầm

- Chi phí đầu tư lớn, chỉ phù hợp nắn dầm chuyên dụng

- Chỉ nắn được dầm H, I có chiều cao không đổi

- Rất ít danh nghiệp dử dụng máy nắn nằm ngang này

DUT-LRCC

- Phương án này sử dụng toàn bộ thiết bị cơ khí để nắn dầm

- Mô men lực được truyền từ động cơ qua hộp giảm tốc và các hệ truyền động cơ khí

để tạo lực nắn và momen nắn dầm

b Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư nhỏ hơn so với mặt bằng chung

- Cơ cấu đơn giản, dễ điều khiển

- Không thông qua các hệ thống, cơ cấu, điều khiển thủy lực

c Nhược điểm:

- Chỉ nắn được dầm có độ dành cánh bé vì công suất nắn của động cơ điện không lớn bằng thủy lực

DUT-LRCC

2.2.2 Nắn thủy lực:

Hình 2.4: Phương án nắn thủy lực

a Mô tả:

Phương án này sử dụng xi lanh thủy lực để tạo lực nắn làm biến dạng cánh dầm

và động cơ để truyền momen chuyển động dầm

Khi nắn dầm ta cho một đầu dầm vào máy, sử dụng cơ cấu con lăn để định vị dẫn hướng dầm trên máy 2 xi lanh thủy lực kết hợp với rãnh trượt tác dụng lên 2 con lăn nắn trên tạo lực nắn cánh dầm, động cơ truyền động qua hộp giảm tạo mô men nắn tác dụng lên con lăn dưới dẫn động cho dầm chuyển động tịnh tiến trên máy

DUT-LRCC

2.3 Lập phương án thiết kế cơ cấu định vị, dẫn hướng:

2.3.1 Phương án sử dụng bộ truyền động vít me đai ốc cho 2 bên bàn máy:

Hình 2.5: Phương án sử dụng bộ truyền vít me, đai ốc cho 2 bên bàn máy

- Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo

- Có độ chính xác cao khi điều chỉnh

c Nhược điểm:

- Cơ cấu định vị và dẫn dễ dàng bị lỏng khi máy vận hành và sử dụng máy

- Mất thời gian điều chỉnh khi điều chỉnh cả 4 cơ cấu

DUT-LRCC

2.3.2 Phương án sử dụng bộ truyền động vít me đai ốc và 1 xylanh thủy lực:

Hình 2.6: Phương án sử dụng bộ truyền vít me đai ốc kết hợp xylanh thủy lực

a Mô tả:

Chuyển động của cơ cấu là sự kết hợp của 1 bộ truyền vít me đai ốc qua lực tác động tay quay của công nhân và 1 xi xanh thủy lực nằm ở phía còn lại của máy

b Ưu điểm:

- Cơ cấu thiết bị đơn giản dễ dàng sử dụng

- Thao tác định vị dẫn hướng dầm nhanh chóng, chính xác

- Có độ chính xác cao

c Nhược điểm:

- Khó điều khiển được chính xác hành trình xi lanh

2.3.3 Kết luận, chọn phương án thiết kế cơ cấu định vị, dẫn hướng:

- Để đảm bảo thao tác nhanh chóng, chính xác ta chọn phương án sử dụng bộ truyền động vít me đai ốc và 1 xylanh thủy lực

DUT-LRCC

2.4 Phương án thiết kế cơ cấu nắn dầm:

2.4.1 Sử dụng khớp các đăng (cardan) và xi lanh thủy lực

Hình 2.7: Phương án sử dụng khớp các đăng (cardan) và xi lanh thủy lực

a Mô tả:

- Cơ cấu sử dụng xi lanh thủy lực điều chỉnh nắn theo độ rộng cánh dầm

- Con lăn tại tâm dầm liên kết với xi lanh thủy lực ở dưới máy tạo lực nắn và nhận

mô men uốn qua khớp cardan nối động cơ có khả năng truyền chuyển động lệch tâm khi nắn dầm

- Khó khăn trong thiết kế

- Phải sử dụng băng tải con lăn thay đổi được chiều cao

- Độ cứng vững của trục 2 xi lanh nắn không đảm bảo khi nắn cánh dầm dày và hẹp

DUT-LRCC

2.4.2 Sử dụng 2 xi lanh thủy lực:

Hình 2.8: Phương án sử dụng 2 xylanh thủy lực

a Mô tả:

- Cơ cấu sử dụng 2 xi lanh thủy tác dụng lực trên 2 thân máy nắn lên cánh dầm

- Để điều chỉnh nắn theo độ rộng cánh dầm ta sử dụng hệ truyền động vít me đai ốc

- Thiết kế cơ cấu máy khá phức tạp

- Cần đảm bảo cả 2 xi lanh thủy lực tác dụng đều lực lên dầm và cùng lúc với nhau

2.4.3 Kết luận, chọn phương án:

Đối với phương án dụng 2 xylanh thủy lực ta thấy có nhiều đặc điểm ưu việt hơn nên ta chọn phương án “sử dụng 2 xylanh thủy lực”

DUT-LRCC

2.5 Phương án truyền động trục chính (chọn động cơ):

2.5.1 Phương án sử dụng động cơ điện:

Hình 2.9: Phương án sử dụng động cơ điện

a Mô tả:

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

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

2.5.2 Phương án sử dụng động cơ thủy lực:

Hình 2.10: Phương án sử dụng động cơ thủy lực

a Mô tả:

Khi đóng điện cho động cơ điện quay làm cho bơm dầu hoạt động, bơm dầu lên cho hệ thống Qua các phần tử thủy lực dầu được cung cấp cho động cơ dầu, nhờ chuyển động của dầu làm cho roto của động cơ quay và làm trục động cơ quay truyền chuyển động quay cho các bộ phận chấp hành và truyền chuyển động cho trục chính

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY, ĐỘNG HỌC MÁY

3.1 Các tính năng kỹ thuật của máy:

Các thông số kỹ thuật máy:

- Mẫu máy: YJZ-80B

- Máy làm việc 2 chiều

Xác định thời gian làm việc của máy:

- Thời gian làm việc: 10 Năm

- Mỗi năm làm việc 365 Ngày

- Mỗi ngày làm việc 2 ca: 8 giờ

3.2 Chọn vật liệu, tính toán phôi nắn:

3.2.1 Chọn vật liệu:

a Phân tích chọn vật liệu:

Vật liệu thường dùng để sản xuất dầm thép là thép tấm Q235 và Q345

Thép tấm Q235, Q345 là 2 mác thép thuốc tiêu chuẩn trung quốc được sử dụng rộng rãi trong kết cấu hàn trong sản xuất tàu, đường sắt, cầu cống và xe cộ, nồi hơi, thùng chứa áp lực, làm khung nhà, bồn chứa thép, nhà máy xi măng

- Sự khác biệt về ứng dụng Q345 - Q235:

+ Q235 là Thép kết cấu cacbon được làm từ kim loại không có nhu cầu cao về sức bền của thép, cần trục, thanh nối, móc, khớp nối, bu lông và đai ốc, tay áo, trục và các bộ phận hàn Tương đương mác thép 17r1C của nga

+ Q345 là thép kết cấu hợp kim thấp có đặc tính cơ lý tốt, hiệu suất nhiệt độ

DUT-LRCC

chứa dầu, xe cộ, cần cẩu, máy móc khai thác mỏ, trạm điện, các bộ phận cơ khí, các bộ phận, tấm thép của Q345 luôn được vận chuyển trong trạng thái cán nóng hoặc chuẩn hóa, có thể được sử dụng trong các khu vực có nhiệt độ trên 40 ℃

=> Qua những ưa điểm ta chọn thép tấm Q345 làm vật liệu để sản xuất dầm thép

b Thành phần hóa học, cơ tính vật liệu:

- Đặc điểm kỹ thuật của thép tấm Q345: Thép tấm Q345 thuộc loại thép 16Mn, thường được sản xuất ở dạng cán nóng, thép tấm nóng, thép cuộn cán nóng

- Các thuộc tính thép tấm Q345: Tính chất hàn của thép tấm Q345 đã được chứng minh là một tiêu chuẩn thép tốt vì mục đích kết cấu thép

0.02-0.060

0.015-0.20

Nhiệt

độ ủ ˚C

Nhiệt độ tôi ˚C

Thời gian giữ nhiệt

Phương pháp ram

Nhiệt

độ ram

˚C

Độ cứng (≥HRC)

Lò tắm muối

Lò áp suất (Phút)

15-May

Làm mát trong không khí

Hình 3.1: Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại

Biến dạng đàn hồi là biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng Mặt phương trình thể xiết chặt nhất

Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng L tăng tỷ lệ bậc nhất với tải trọng Ứng với đoạn thẳng OA trên biểu đồ

Biến dạng dẻo là sự biến đổi kích thước sau khi khử bỏ tải trọng

Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định (P) độ biến dạng L tăng lên theo tải trọng với tốc độ nhanh hơn Ở giai đoạn này biến dạng dẻo đi cùng với biến dạng đàn hồi

Biến dạng phá hủy là sự đứt rời các phần tinh thể kim loại khi biến dạng (khi tải trọng vượt quá tải trọng cho phép) Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất trong khi kim loại xuất hiện vết nứt, tại đó ứng xuất tăng nhanh gây biến dạng tập trung, kích thước vết nứt tăng lên và cuối cùng phá hủy kim loại (điểm D) Đó chính là giai đoạn phá hủy

Biến dạng dẻo là hình thức phổ biến, gia công áp lực là quá trình lợi dụng giai đoạn biến dạng dẻo để gia công Biến dạng của kim loại được thực hiện bằng sự trượt

và song tinh Biến dạng dẻo bắt đầu được thực hiện khi mà trong kim loại trạng thái ứng xuất được xác định Trong đó ứng xuất tiếp tác dụng lên mặt trượt đạt đến giá trị giới hạn th (phụ thuộc vào vật liệu) và có khả năng vượt qua nội lực trên các mặt trượt

và trên tinh giới hạn của kim loại

b Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo của kim loại:

Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng

Hình 3.2: Các trạng thái biến dạng dẻo kim loại

Ứng suất đường : max = 1/ 2 (1)

Ứng suất mặt : max = (1- 2) / 2 (2)

Ứng suất khối : max = (max - min) / 2 (3)

Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và không có biến dạng, ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy ch

3.2.4 Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn và cách khắc phục

a Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn:

Uốn là một quá trình biến dạng dẻo có kèm theo biến dạng đàn hồi Do tính chất đàn hồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi, kích thước và hình dáng sản phẩm thay đổi so với kích thước và hình dáng khuôn, hiện tượng đó gọi là hiện tượng đàn hồi khi uốn

Hiện tượng đàn hồi khi uốn thường gây ra sự sai lệch về góc uốn và bán kính uốn Vì vậy muốn cho chi tiết có góc và bán kính uốn đã cho thì góc và bán kính uốn của khuôn phải thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi Bằng thực nghiệm người ta xác định được rằng trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại và chiều dày vật liệu, hình dạng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối r/t; lực uốn và phương pháp uốn

Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao, tỷ số r/t càng lớn và chiều dày vật liệu t càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn

Trị số đàn hồi có thể được xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích

Khi uốn với tỷ số (r/t) <10 thì sai lệch chủ yếu là góc uốn, còn bán kính uốn thay đổi không đáng kể Trị số góc đàn hồi cho sẵn trong sổ tay

Khi uốn với tỷ số (r/t)>10 thì sau khi uốn cả góc uốn và bán kính uốn đều bị thay đổi Khi đó bán kính cong của chày có thể xác định bằng công thức:

Thường không thể uốn những chi tiết mảnh và dài với những bán kính uốn

r > 15S bằng phương pháp thông thường do sự đàn hồi lớn Muốn nhận được chi tiết dạng này người ta phải sử dụng phương pháp uốn có kéo Khi uốn có kéo lớp trung hòa biến dạng không đi qua trọng tâm tiết diện ngang của phôi mà dịch chuyển đáng kể về phía tâm cong Lực kéo càng lớn thì khoảng dịch chuyển càng nhiều và thường nằm ngoài tiết diện ngang của phôi

b Cách khắc phục giảm biến dạng đàn hồi khi uốn:

Phương pháp thứ nhất là bù góc, hoặc bù độ cong (tức chuyển vị của uốn)

là tính toán một lượng dư góc vừa đủ (hoặc độ cong vừa đủ) để sau khi uốn, nắn

và đàn hồi trở lại ta được độ cong của vật liệu như ý muốn Thực ra trong thực tế việc tính toán không bao giờ chính xác, việc gia công trên máy thường được đo thực

tế, dựa trên kết quả tính toán

Phương pháp thứ hai là thay đổi kết cấu của chi tiết uốn, phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế, tức là thêm một số gia cố như gân tăng cứng, gông, ngàm, kẹp, co kéo và được hàn lại Việc làm này sẽ làm kìm hãm biến dạng đàn hồi của chi tiết khi bỏ tải, góp phần làm giảm góc đàn hồi

DUT-LRCC

3.3 Tính toán lực, momen, công suất nắn dầm cần thiết:

3.3.1 Tính lực nắn dầm:

Dầm bị uốn khi ứng suất trong tấm cánh đạt tới ứng suất chảy Lực được tính với điều kiện cánh dầm có độ dày lớn nhất, chiều dài lớn nhất và ứng suất chảy lớn nhất mà máy có thể uốn được

Chiều dài l = 1000 mm, chiều cao h = 60mm chiều rộng l = 500π mm

Ta suy ra được bài toán hệ chịu lực ngang phẳng tương ứng:

b Sơ đồ phân bố lực tác dụng, biểu đồ nội lực:

Hình 3.3: Các lực tác dụng lên dầm, mômen ứng suất xuất hiện trên dầm

DUT-LRCC

Mô men lực tập trung: Mx = 500P

Xác định Jx, Wx đối với điểm có ứng suất tiếp lớn nhất

3.3.2 Tính momen truyền động nắn dầm cần thiết:

a Momen và công suất cần thiết trong khi nắn kim loại:

Công suất nắn để truyền động cho trục dẫn và momen quay

Nn = Nc + Nms + N1

Mn = Mc + Mms + M1

Trong đó: Nc, Mc: công suất cán và momen cán để làm biến dạng kim loại

Nms, Mms: công suất và mô men lực ma sát xuất hiện trong ổ đỡ trục truyền động

N1, M1: công suất và momen để vượt qua độ ì của các cơ cấu (công suất và mô men lực ma sát xuất hiện trong hệ con lăn)

b Momen nắn:

Mc = P1 t L Trong đó: P1: Áp lực kim loại tác dụng lên trục

t: Hệ số tay đòn khi cán hình đơn giản

 = ( 0,45 - 0,5 ) chọn t = 0,5

DUT-LRCC

L: Chiều rộng tiếp xúc của kim loại với con lăn

0: - Hệ số ma sát ở trong các ổ trục cán r0: -Bán kính ổ trục

d0: - đường kính ngõng trục Khi nắn trên máy nắn thì áp lực hầu như từ các nắn cán truyền nên sự mất mát

do ma sát được tính trên các ổ trục truyền:

𝑀𝑚𝑠 = 𝑃 𝜇0𝑑0

2Dtr: - Đường kính trục truyền: