GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu về sản phẩm
Ngày nay, khi nhu cầu sống của con người ngày càng cao, nền kinh tế cần 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 Trong đó, ngành công nghiệp tạo phôi là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí, với các phương pháp như cán, kéo, và cắt kim loại không thể thiếu để cung cấp nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như hàng không, điện, ôtô, đóng tàu, xây dựng và nông nghiệp Cán thép tấm có thể thực hiện ở trạng thái nóng hoặc nguội, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng Cán nóng cho sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, trong khi cán nguội tạo ra sản phẩm mỏng từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép tấm được phân loại theo độ dày của chúng.
+ 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 được tiêu chuẩn hóa trong quá trình cán, cho phép sử dụng thép tấm để sản xuất các sản phẩm như thùng, sàn xe ô tô, khung, sườn xe máy, thiết bị ngành điện, và các kết cấu trong xây dựng như cầu, nhà cửa Để đáp ứng yêu cầu của từng ngành và công việc cụ thể, thép tấm cần được cắt ra thành các kích thước và hình dạng khác nhau.
Trong ngành điện, thép tấm đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm như thép cho stato của máy bơm nước và quạt điện Ngoài ra, thép tấm còn được sử dụng để chế tạo cánh quạt cỡ lớn và các lá thép mỏng để ghép lại trong các chấn lưu đèn ống và máy biến thế Trong lĩnh vực điện chiếu sáng, thép tấm được sử dụng để làm cột điện, góp phần vào hạ tầng điện năng.
Hình 1.1 Sản phẩm thép tấm trong nghành điện
Trong xây dựng, các thép hình lớn trong dầm cầu được chế tạo từ các tấm thép dày cắt nhỏ và liên kết với nhau bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán, tạo ra các kết cấu thép bền vững Đặc biệt, thép tấm còn được sử dụng phổ biến làm tấm lợp.
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, cũng như khung và sườn xe.
Hình 1.2 Vỏ máy cắt thép tấm
Trong nghành cơ khí ôtô:
Thép tấm là vật liệu không thể thiếu trong ngành công nghiệp ô tô, được sử dụng cho 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 được sử dung rộng rãi không kém, nó được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,
Thép tấm là nguyên liệu quan trọng trong nhiều ngành nghề, bao gồm cả chế tạo thùng đồ dùng dân dụng và ứng dụng trong ngành hàng không Trong lĩnh vực hàng không, thép tấm được sử dụng để làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay và các bộ phận của tên lửa, góp phần nâng cao tính an toàn và hiệu suất của các phương tiện này.
Nhận xét
Với nhu cầu sử dụng thép tấm ngày càng tăng, việc phát triển máy cắt thép tấm có năng suất và độ chính xác cao, được điều khiển tự động hoặc bán tự động là rất cần thiết Những thiết bị này không chỉ đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp mà còn góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Sản phẩm thép tấm rất đa dạng, nhưng thường chỉ được coi là bán thành phẩm sau khi cắt, phục vụ cho các quy trình công nghệ tiếp theo Để đảm bảo chất lượng thiết bị hoàn thiện và thuận lợi cho các công đoạn sản xuất, tấm thép cắt ra cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định.
+ Mép cắt phải trơn, thẳng
Hình 1.3 Vỏ ôtô được làm từ thép tấm
KẾ MÁY
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 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 cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ
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 cháy, giúp vật liệu đạt đến nhiệt độ cao, từ đó tạo ra sự tách rời 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 được coi là kinh tế và gặp khó khăn khi xử lý các tấm thép dày, đồng thời đường cắt thường không đều.
Cắt bằng khí là phương pháp sử dụng nhiệt từ ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy khí trong dòng oxy, nhằm nung chảy kim loại, tạo thành các oxit và thổi chúng ra ngoài.
DUT.LRCC khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình bày ở hình 2.1
Hình 2.1- Sơ đồ cắt bằng khí
Khi cắt kim loại, quá trình bắt đầu bằng việc nung nóng mép cắt đến nhiệt độ cháy nhờ ngọn lửa, sau đó oxy được thổi qua, gây ra sự oxi hóa mạnh mẽ và tạo ra oxit Sản phẩm cháy sẽ bị nung chảy và được dòng oxy thổi ra khỏi mép cắt Do phản ứng cháy toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo cũng nhanh chóng bị nung nóng và tiếp tục bị đốt cháy, hình thành rãnh cắt Để thực hiện cắt bằng khí, kim loại cần phải 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 0 C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500 0 C, nhiệt cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí
DUT.LRCC oxit crôm có nhiệt độ chảy lên tới 2000 độ C, do đó cần sử dụng thuốc cắt để thực hiện việc cắt Để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và giảm giá thành cắt, việc lựa chọn các chế độ cắt hợp lý như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt và khoảng cách từ mỏ cắt tới vật cắt là rất quan trọng Tuy nhiên, phương pháp này khi cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất thấp và gặp khó khăn trong việc 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 phương pháp tạo rãnh hoặc lỗ thông qua nguồn nhiệt bức xạ mạnh mẽ từ laser, làm cho vật liệu trong vùng cắt bị cháy, lỏng và bốc hơi.
Hình 2.2- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser
Nguồn bức xạ laser tạo ra chùm tia laser đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ gương phẳng và được hội tụ qua thấu kính hội tụ có tiêu cự f Năng lượng laser được tập trung trên một diện tích nhỏ, tạo ra mật độ dòng nhiệt cao, hình thành vùng tiếp xúc.
DUT.LRCC xúc bề mặt rất cao làm vật liệu 5 nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan
Cắt bằng chùm tia laser sử dụng nguồn nhiệt tập trung với mật độ cao, cho phép cắt hiệu quả tất cả các loại vật liệu và hợp kim Phương pháp này tạo ra rãnh cắt hẹp, sắc cạnh và có 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 cơ khí hóa cũng như tự động hóa Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế về khả năng cắt tấm thép với chiều dày nhỏ hơn.
20 mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao
1.4 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến: a Dao bố trí nghiêng: Đặc điểm:
-Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng
+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt
+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định
+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc
-Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao nghiêng Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so
DUT.LRCC trọng tĩnh được đặt lên mép làm việc của lưỡi dao, giúp tăng độ cứng vững cho chúng Góc nghiêng của lưỡi dao γ cần đảm bảo tự hãm, tức là trong quá trình cắt, không xảy ra dịch chuyển tấm trong mặt phẳng nằm ngang Tùy thuộc vào chiều dày của tấm, góc nghiêng γ có thể dao động từ 2 đến 6 độ; vật liệu càng dày thì góc γ càng lớn Bên cạnh đó, việc bố trí dao song song cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình cắt.
Kết cấu và thông số của cặp lưỡi dao song song tương tự như dao nghiêng, và lực cắt được tính toán theo công thức nhất định.
P= (N) Trong đó : k - hệ số = 1,1÷ 1,3 L- chiều dài đường cắt S- chiều dày vật liệu
c - trở lực cắt của vật liệu.
Hình 2.5- Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt
I) dao nghiêng; II) dao song song
* Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại , sau đó giảm dần (đường II hình 2.5)
Khi cắt các tấm giống nhau, công biến dạng được xác định bởi diện tích bề mặt nằm giữa đường cong I và II, tức là đường cong tải trọng làm việc.
Công suất dẫn động của máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máy cắt dao song song, mặc dù DUT.LRCC bằng nhau Điều này xảy ra do lực cắt trong trường hợp I nhỏ hơn so với trường hợp II.
1.5 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay:
Hình 2.6- Kết cấu của dao cắt đĩa
Máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay sử dụng các lưỡi cắt (đĩa) có cùng đường kính và chuyển động ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc Độ trùng dao được thiết lập trong khoảng d = (0,2 ÷ 0,4)S Một trong những đặc điểm nổi bật của máy cắt dao 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.
Cắt bằng tia laser
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 để tạo rãnh hoặc lỗ trên vật liệu, sử dụng nguồn nhiệt mạnh từ bức xạ laser Nguyên lý hoạt động của nó là làm cho vùng cắt bị nung chảy và bốc hơi, giúp loại bỏ vật liệu một cách chính xác.
Hình 2.2- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser
Nguồn bức xạ laser tạo ra chùm tia laser đi thẳng hoặc thay đổi hướng nhờ gương phẳng, và được hội tụ qua thấu kính hội tụ với tiêu cự f Năng lượng laser tập trung trên diện tích nhỏ, tạo ra mật độ dòng nhiệt cao, hình thành vùng tiếp xúc hiệu quả.
DUT.LRCC xúc bề mặt rất cao làm vật liệu 5 nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan
Cắt bằng chùm tia laser sử dụng nguồn nhiệt tập trung với mật độ cao, cho phép cắt mọi loại vật liệu và hợp kim Phương pháp này tạo ra rãnh cắt hẹp, sắc cạnh và có độ chính xác cao, đồng thời có khả năng cắt theo cả đường thẳng và đường cong, cũng như thực hiện cắt theo nhiều 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 cũng như tự động hóa Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế về chiều dày của tấm cắt, thường nhỏ hơn so với các kỹ thuật khác.
20 mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao
Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến
a Dao bố trí nghiêng: Đặc điểm:
-Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng
+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt
+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định
+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc
-Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao nghiêng Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so
DUT.LRCC trọng tĩnh được đặt lên mép làm việc của lưỡi dao để tăng cường độ cứng vững Góc nghiêng γ của lưỡi dao cần đảm bảo tự hãm, ngăn chặn sự dịch chuyển của tấm trong mặt phẳng ngang trong quá trình cắt Tùy thuộc vào độ dày của tấm, góc nghiêng γ dao động từ 2 đến 6 độ; vật liệu dày hơn sẽ yêu cầu góc γ lớn hơn Bên cạnh đó, dao bố trí song song cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình cắt.
Kết cấu và các thông số của cặp lưỡi dao song song tương tự như dao nghiêng, với lực cắt được xác định theo một công thức cụ thể.
P= (N) Trong đó : k - hệ số = 1,1÷ 1,3 L- chiều dài đường cắt S- chiều dày vật liệu
c - trở lực cắt của vật liệu.
Hình 2.5- Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt
I) dao nghiêng; II) dao song song
* Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại , sau đó giảm dần (đường II hình 2.5)
Khi cắt các tấm có kích thước giống nhau, công biến dạng được xác định bởi diện tích bề mặt nằm giữa hai đường cong I và II, tương ứng với đường cong tải trọng làm việc.
Công suất dẫn động của máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máy cắt dao song song, mặc dù DUT.LRCC bằng nhau Điều này xảy ra do lực cắt trong trường hợp I nhỏ hơn so với trường hợp II.
Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay
Hình 2.6- Kết cấu của dao cắt đĩa
Máy cắt có lưỡi dao quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) chuyển động ngược chiều nhau với cùng tốc độ góc Các mép làm việc của đĩa dao được thiết kế với độ trùng dao d = (0,2 ÷ 0,4)S Đặc điểm nổi bật của máy cắt dao đĩa là khả năng không chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt và kéo kim loại vào vùng cắt, giúp 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 kéo của vật liệu ( b) không vượt quá 500 MPa.
Kết luận
Ở trên ta đã đưa ra một số phương án cắt thép tấm Thông qua ưu, nhược điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét như sau:
Phương pháp cắt bằng hồ quang quang điện hoặc ngọn lửa khí có khả năng cắt thép tấm dày, nhưng chất lượng mép cắt không cao và năng suất thấp Ngoài ra, việc cơ khí hoá và tự động hoá cũng gặp khó khăn Do đó, phương pháp này chỉ phù hợp cho việc cắt những tấm thép dày có hình dạng phức tạp.
- Phương pháp cắt bằng tia laser: Dùng chùm tia laser có thể gia công được các
DUT.LRCC cắt được tương đối mỏng, mặt khác thiết bị tạo nguồn laser phức tạp và giá thành cao
Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa có tốc độ cắt chậm và năng suất thấp khi cắt thép tấm dày, mặc dù lực cắt nhỏ, dẫn đến hiệu quả không cao.
Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng, mặc dù không tạo ra mép cắt thẳng và đẹp, nhưng lại yêu cầu lực cắt thấp hơn Phương pháp này cho phép cắt theo các đường cong mà không cần thiết kế máy móc cồng kềnh, đồng thời giảm thiểu rung động xung quanh Do đó, việc lựa chọn lưỡi dao cắt nghiêng là phương án tối ưu cho thiết kế máy.
Phân tích chọn phương án thiết kế máy
Chúng ta đã phân tích và chọn phương án cắt bằng cặp lưỡi dao nghiêng với chuyển động tịnh tiến Tuy nhiên, để thực hiện chuyển động này, có nhiều loại cơ cấu khác nhau cần được xem xét Do đó, việc lựa chọn phương án truyền động hợp lý là rất quan trọng để đáp ứng các yêu cầu chủ yếu.
- 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
Có thể áp dụng các phương pháp công nghệ thích hợp để tối ưu hóa quy trình chế tạo, từ giai đoạn chuẩn bị phôi 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 thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện tại Chuyển động tịnh tiến của dao được thực hiện nhờ vào các cơ cấu chuyển động.
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 hoạt động nhờ động cơ điện, tạo ra chuyển động quay tròn và truyền lực cho thanh truyền 2 Thanh truyền này đẩy con trượt 3 di chuyển tịnh tiến dọc theo rãnh trượt Cơ cấu này có nguyên lý làm việc và kết cấu đơn giản, độ cứng vững cao, dễ chế tạo Tuy nhiên, nó không tạo ra lực lớn, dẫn động phức tạp và khó điều khiển.
2.2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực:
Truyền dẫn thủy lực đang ngày càng được áp dụng phổ biến trong ngành chế tạo máy, đặc biệt là trong các thiết bị như máy cắt, máy đột dập và máy gia công áp lực Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này thể hiện cách thức hoạt động hiệu quả của truyền dẫn thủy lực trong các ứng dụng công nghiệp.
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 thuỷ 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 đẩy pít tông tiến lên phía trước, trong khi trong hành trình ngược lại, dầu được dẫn vào buồng bên phải để đẩy pít tông lùi về.
Hệ thống này truyền công suất cao và lực lớn nhờ vào cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao và yêu cầu ít bảo trì.
Kết cấu nhẹ nhàng và linh hoạt cho phép các phần tử dẫn và bị dẫn không phụ thuộc vào nhau, trong khi các bộ phận nối thường là những đường ống dễ dàng thay đổi vị trí.
+ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ áp suất thuỷ lực cao
+ Làm việc êm, ít bị va đập nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực và tính nén được của dầu
+ Tự động hoá đơn giản
+ Tổn thất trong đường ống và rò rỉ làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng
+ Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được 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
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, xét về tính năng kỹ thuật và công nghệ, cơ cấu tịnh tiến bằng xy lanh thủy lực là lựa chọn tối ưu nhất Phương án này đặc biệt phù hợp khi cắt các loại thép cacbon và thép thường với chiều dày phôi lên đến 15mm và chiều rộng cắt tối đa của tấm thép là 2000mm, đồng thời 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
II Tính toán động lực học toàn máy
Dao cắt
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
Chiều dài cần thiết của dao là 2100 mm, bao gồm 2000 mm và 100 mm Để đảm bảo độ chính xác, độ thẳng của lưỡi dao và chất lượng nhiệt luyện, thường thì dao được chế tạo từ từng đoạn ngắn.
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
B : Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt
: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép
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 = 186,84 lấy H = 187 (mm)
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 cũng ảnh hưởng đến độ rung động va đập trong quá trình cắt.
Để máy DUT.LRCC hoạt động hiệu quả và đạt năng suất thiết kế, việc tính toán và chọn vận tốc cắt hợp lý là rất quan trọng Đối với cắt thép tấm dày tối đa 15mm, vận tốc cắt nên nằm trong khoảng từ 5 đến 100 mm/s Với độ dày này, vận tốc cắt tối ưu được chọn là 50 mm/s.
1.4 Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên :
Thời gian cắt của dao trên là yếu tố quan trọng trong chu kỳ làm việc của máy Độ vận hành của dao nghiêng đã được tính toán và đạt giá trị H = 187 mm.
Thời gian của dao đi là : t = 3 , 74 ( )
Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 3,74 ( s)
Bộ phận kẹp chặt
Momen sinh ra trong quá trình cắt có thể làm cho vật liệu bị quay một góc nhỏ, dẫn đến chất lượng bề mặt kém và mặt cắt không vuông góc với tấm thép Để khắc phục hiện tượng này, cần áp dụng lực ép Q lên tấm vật liệu nhằm ngăn chặn sự quay và bất kỳ chuyển động nào của phôi trong quá trình cắt.
Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp chặt phôi có thể sau đây
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 1 bắt đầu hạ xuống, khối lượng vật liệu kẹp chặt 2 cũng di chuyển theo và chạm vào tấm thép cần kẹp Khi dao tiếp tục cắt, khối lượng này trượt trong rãnh 3 của dao cắt Thời điểm khối lượng bắt đầu trượt là lúc lực kẹp của tấm thép đã được cố định và đạt giá trị lớn nhất 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
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 b Hoạt động :
Dầu được bơm qua van đảo chiều vào buồng trên của xilanh, đẩy piston xuống để kẹp chặt phôi trước khi cắt Sau khi hoàn thành quá trình cắt, van đảo chiều cho phép dầu vào buồng dưới của xilanh, đẩy piston lên và nhả phôi ra.
-Ưu : Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễ dàng điều khiển
-Nhược : Cơ cấu phức tạp, đắt tiền
2.3 Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên :
Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực kẹp cho phôi khi cắt kim loại
DUT.LRCC a Sơ đồ nguyên lý:
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 chặt với dao trên, khi dao nhận động lực từ xilanh thủy lực, nó sẽ di chuyển xuống và kéo theo xilanh kẹp Đầu kẹp của piston được đặt thấp hơn đầu dao, nên khi dao hạ xuống, đầu kẹp chạm vào phôi trước, tạo ra lực kẹp Lò xo bị nén sinh ra phản lực đàn hồi, tác động lên cần piston và đầu kẹp, kẹp chặt phôi để dao tiến hành cắt Sau khi hoàn tất quá trình cắt, dao sẽ nâng lên cùng với đầu kẹp, sẵn sàng 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 bổ sung thêm lực cho cơ cấu kẹp chặt, do đó yêu cầu về hệ thống thủy lực, bao gồm áp suất và công suất động cơ bơm, sẽ cao hơn.
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 khả năng kẹp êm ái và nhẹ nhàng, giúp giảm thiểu rung động và va đập của máy Tuy nhiên, nhược điểm của thiết kế này là sự cồng kềnh của máy, yêu cầu tăng cường 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 thuỷ lực, mặc dù phức tạp, nhưng cho phép 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 tác dụng Pcắt từ lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới không đồng nhất do sự tồn tại khe hở Z giữa hai lưỡi cắt, điều này dẫn đến việc hình thành một momen quay M.
Hệ thống cấp phôi
Trong sản xuất, việc sử dụng máy móc để thay thế con người trong các công đoạn nặng nhọc ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào cơ khí hoá và tự động hoá Điều này không chỉ giúp giải phóng sức lao động mà còn giảm thiểu những động tác lặp đi lặp lại gây nhàm chán và tiềm ẩn nguy cơ tai nạn cho công nhân Do đó, cần thiết phải trang bị các hệ thống cấp phôi tự động cho máy móc thiết bị trong quy trình sản xuất.
Nhiều máy cắt thép tấm hiện nay vẫn chưa được trang bị hệ thống cấp phôi tự động, chủ yếu phụ thuộc vào sức lao động của công nhân Công việc này yêu cầu di chuyển tấm thép vào vùng cắt một cách chính xác và liên tục, từ đó giúp tăng năng suất và giảm bớt sức lao động cho người lao động Để tối ưu hóa quy trình này, cần phân tích và đưa ra phương án phù hợp nhất.
3.1 Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén : a Sơ đồ bố trí như sau:
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 đã được đặt lên sàn các con lăn, piston 3 đi lên kẹp phôi lại
Khi piston được kẹp chặt, xy lanh 2 sẽ đẩy cả hệ thống piston - xilanh 3 cùng tấm thép tiến vào vị trí của lưỡi cắt Cơ cấu này có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét kỹ lưỡng.
*Ưu điểm : - 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
*Nhược điểm: - 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
- Do có khoảng cách từ piston đẩy đến tấm thép khá xa nên khi đẩy dễ bị cong tấm thép
- Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định chiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston
- Xilanh kẹp chặt kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy 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 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.
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 liên tục với mặt băng gây ra hiện tượng mòn nhanh chóng Bên cạnh đó, thiết bị có kích thước lớn, khiến việc điều khiển chính xác phôi thép đến vị trí cắt trở nên khó khăn.
3.3 Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn: a Nguyên lý hoạt động:
Phôi thép được nâng đỡ trên hệ thống con lăn và được di chuyển nhờ vào cặp con lăn được dẫn động bởi động cơ điện 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 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
3.4 Động học hệ thống cấp phôi: a Hoạt động của hệ thống: Động cơ 1 quay, qua khớp nối 6 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
Hình 3.8- Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp phôi
DUT.LRCC b Chọn sơ bộ vận tốc của phôi :
Khi phôi tự động được cấp vào đủ chiều dài, nó sẽ chạm vào cử hành trình, kích hoạt rơle để cắt nguồn điện cho động cơ quay con lăn, ngăn không cho phôi tiếp tục cấp vào Tuy nhiên, do quán tính, rôto của động cơ vẫn tiếp tục quay với một vận tốc nhất định sau khi nguồn điện bị cắt Để giảm lực dịch phôi do quán tính, tốc độ đẩy phôi được chọn là khoảng 0.1 đến 0.3 m/s, với tốc độ cụ thể là 0.3 m/s (300 mm/s) Đồng thời, động cơ được trang bị bộ phanh điện từ trên trục, giúp giảm thiểu chuyển động quay do quán tính của rôto khi nguồn điều khiển bị cắt.
Cơ cấu đỡ phôi
Bộ phận đỡ sản phẩm là phần cuối cùng của máy, có chức năng nhận sản phẩm và chuyển giao đến bộ phận bốc xếp, đóng gói hoặc sang khâu sản xuất khác Thông thường, bộ phận này sử dụng hệ thống băng tải được dẫn động liên tục từ khi máy hoạt động Bằng cách tận dụng trọng lượng của sản phẩm, thiết kế sàn lăn nghiêng cho phép tấm thép cắt xong tự chảy ra ngoài và được vận chuyển đi.
TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY
Tính toán hệ thống thuỷ lực
Truyền động thuỷ lực là hệ thống sử dụng chất lỏng, như dầu ép, để truyền động Quá trình này bắt đầu bằng việc cung cấp năng lượng cho dầu dưới dạng thế năng, sau đó chuyển đổi thế năng thành động năng nhằm thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến Mỗi hệ thống truyền động thuỷ 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 các thành phần sao cho máy móc 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 trong máy cắt đóng vai trò then chốt, yêu cầu tính toán động học và kết cấu chính xác 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 được:
Vậy lực cắt lớn nhất khi cắt là: 651574 (N )
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 việc cắt thép tấm, lực yêu cầu là rất lớn, vì vậy chúng ta cần sử dụng 2 xy lanh thủy lực Do đó, lực cần thiết cho mỗi xy lanh sẽ được tính toán dựa trên yêu cầu cắt này.
Trong đó P là lực cần thiết mà cả hệ Piston-Xilanh thuỷ lực phải tạo ra:
= (mm 2 ) b Đường kính trong của xilanh là :
D D F (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, gây va đập cho máy Để giảm chấn cho dao cắt, hệ thống sử dụng xilanh thuỷ lực tạo một lớp dầu ở đầu và cuối hành trình của piston Lớp dầu này, nhờ sự biến dạng đàn hồi, giúp duy trì lực và vận tốc ổn định, tránh thay đổi đột ngột.
Khi thiết kế xilanh giảm chấn, việc chọn chiều dày lớp dầu là rất quan trọng, trong đó h1 đại diện cho độ dày lớp dầu giảm chấn cho hành trình piston đi lên và h2 cho hành trình piston đi xuống Cụ thể, h1 và h2 đều có giá trị là 25 mm, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho cơ cấu giảm chấn.
Do đó tổng chiều dài xilanh là :
L = H + h1 + h2 + c với c: chiều dày piston Chọn c = 40 (mm)
2.3 Tính toán bộ phận kẹp chặt: a Lực kẹp Để khi cắt thép mép cắt được thẳng, vuông góc với phương tấm cắt ta sử dụng công thức tính lực kẹp Q như sau:
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 bao gồm 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 :
D D F (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 :
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:
Q xl k = 2,6 10 = 26 ( l/ph) 2.4 Tính các tổn thất trong hệ thống a Tổn thất áp suất trên hệ thống
Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất trong quá trình dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành, chủ yếu do sức cản trên đường đi Sức cản này phát sinh từ chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện, hướng chuyển động và các yếu tố như vận tốc chuyển động cũng như độ nhớt của dầu Do đó, tổn thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệ thống thuỷ lực.
Áp suất p0 do bơm cung cấp vào hệ thống và áp suất p1 được đo tại buồng công tác của cơ cấu chấp hành, từ đó tổn thất áp suất của 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 2,56 (KG/cm 2 )
Van tiết lưu 23,5 (KG/cm 2 )
Van tiết lưu điều chỉnh 36 (KG/cm 2 )
Van giảm áp 310 (KG/cm 2 )
Van một chiều 1,52 (KG/cm 2 )
Van an toàn 23 (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 thuỷ 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 được xác định qua thực nghiệm và phụ thuộc vào số Reynolds (Re), nhiệt độ, vận tốc, hướng dòng chảy và hình dạng tiết diện nơi xảy ra tổn thất Để đơn giản hóa thiết kế, có thể sử 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 thủy lực chủ yếu do dầu chảy qua các khe hở gây ra, với áp suất lớn, vận tốc nhỏ và độ nhớt thấp dẫn đến tổn thất này 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 là hiện tượng xảy ra ở mọi bộ phận trong 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 áp dụng một công thức cụ thể.
q tt = p q tt 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
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)
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 là rất quan trọng, cần đảm bảo đủ công suất cho quá trình cắt và tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động Động cơ cũng phải thích ứng với môi trường bên ngoài, đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình vận hành Hơn nữa, công suất động cơ cần được xác định hợp lý để tối ưu hóa chi phí, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu suất và đảm bảo kết cấu gọn nhẹ.
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 khi hoạt động là Qxl = 122,2 lít/phút Tuy nhiên, theo phân tích trong sơ đồ thủy lực, cần sử dụng hai xilanh 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 :
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:
Để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống, áp suất bơm cần đạt 96 bar (80 + 16) Việc lựa chọn loại bơm phù hợp phải dựa trên lưu lượng và áp suất yêu cầu Trong hệ thống dầu ép, bơm thể tích là lựa chọn phổ biến, hoạt động bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể tích tăng, bơm hút dầu và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra Nếu có vật cản trên đường ống, dầu bị chặn sẽ tạo ra áp suất nhất định, phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và thiết kế của bơm.
Có hai loại bơm thể tích dựa trên lượng dầu mà bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc: bơm có lưu lượng cố định và bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh.
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 và khả năng cắt của máy Sự hiểu biết 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 yếu tố then chốt trong công tác cắt gọt kim loại.
3.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt:
Dao cắt gọt có cấu tạo gồm ba phần chức năng khác nhau, do đó vật liệu chế tạo cho từng phần cũng khác nhau Thông thường, phần thân và phần gá đặt 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 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 thực hiện cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao và phôi, hiện tượng ma sát xảy ra mạnh mẽ, với hệ số ma sát có thể tăng từ 0,4 đến 1.
Máy cắt thép tấm phải hoạt động trong môi trường có va đập và biến động nhiệt độ cũng như tải trọng, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của dao cắt Do đó, vật liệu chế tạo dao cần phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe để đảm bảo khả năng làm việc ổn định và bền bỉ.
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 sử dụng cần có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công, với yêu cầu duy trì độ cứng ở nhiệt độ cắt tối thiểu là 61 HRC và không dưới 55 HRC ở nhiệt độ cao.
-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 phải đảm bảo tính công nghệ và tính kinh tế, tức là phải dễ dàng 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 nổi bật với độ cứng cao, có thể đạt được mức độ cứng từ 61 đến 64 HRC Các thông số kỹ thuật của dao và bàn trượt gá dao là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình sử dụng.
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
Kết cấu lưỡi dao dưới được ghép từ 4 đoạn và được cố định vào thân dao bằng bulông Bàn trượt gá dao, hay còn gọi là rãnh trượt dao, cũng có cấu trúc 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 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 lên thân dao trong điều kiện cắt với lực tối đa Để minh họa, chúng ta sẽ thực hiện kiểm tra bền cho 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
4.1 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 và làm cho phôi di chuyển trên sàn con lăn, cung cấp phôi cho máy cắt Cần xác định số lượng con lăn trên sàn lăn và kích thước sơ bộ của chúng.
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
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 Ở vị trí cuối cùng của cạnh bàn dao dưới, cặp con lăn được dẫn động bởi động cơ riêng, giúp đưa phôi đến vị trí cần thiết với đường kính D = 200(mm) và chiều rộng B = 2020(mm).
Hình 4.10 Kết cấu con lăn hệ thống cấp phôi a Con lăn rỗng b Trục dẫn đặc
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 FkeoFms = 1309,25 (N)
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)
Để đáp ứng công suất cần thiết Nct = 0,28 kW và số vòng quay tang n = 29 v/ph, chúng ta lựa chọn động cơ dẫn động là động cơ điện không đồng bộ được che kín, với quạt gió loại AOC2-11-6 có công suất 0,4 kW và tốc độ 880 v/ph (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 P cos phải thắng lực ma sát.
Khi cắt tấm thép rộng và mỏng (thường B ≥ 300S), tấm thép sẽ bị võng xuống, do đó cần sử dụng một cơ cấu đỡ phôi để thực hiện quá trình cắt Tuy nhiên, chức năng này là tùy chọn, vì khi cắt các phôi dày và hẹp thì không cần thiết phải sử dụng cơ cấu đỡ.
Khi pít tông xy lanh di chuyển xuống, nó tác động lên CTHT Y1, khiến van phân phối dịch chuyển sang trái, cấp dầu cho buồng trên của xy lanh, làm cho xy lanh đi xuống và hạ sàn đỡ để sản phẩm có thể chảy ra ngoài Ngược lại, khi pít tông đi lên và chạm vào CTHT Y0, nó lại tác động làm van dịch chuyển sang trái, cấp dầu cho buồng dưới của xy lanh, giúp nâng cơ cấu lên để đỡ phôi cho lần cắt tiếp theo.
Tên gọi Số lượng Vật liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP C.Năng.H.DẫnDuyệtTh.Kế Họ và tênChữ ký Ngày
Ng Hữu Ngoạn THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BAÍN VEẻ KẾT CẤU MÁY Số tờ:Tờ:TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG
Xy lanh kẻp phọi và ống dẫn dầu là những thành phần quan trọng trong hệ thống cơ khí Cụm khớp cầu Âọỹng cồ quay truỷc vờt đảm bảo sự linh hoạt trong hoạt động Cử đo chiều rộng phôi và trục vít đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động Bộ truyền xích và sàn lăn sản phẩm hỗ trợ quá trình di chuyển hiệu quả Xy lanh cắt, pít tông, thân dao, bu lông bàn trượt và bu lông gá lưỡi dao là các chi tiết thiết yếu trong việc chế tạo Lưỡi dao và bàn dao dưới giúp thực hiện các cắt gọt chính xác Van 1 chiều và van phân phối điều tiết dòng chảy, trong khi đồng hồ đo áp và ắc quy dầu theo dõi tình trạng hoạt động Bộ lọc tinh và van an toàn bảo vệ hệ thống khỏi sự cố.
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 Số lượng Vật liệu Ghi chú ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP C.Năng.H.DẫnDuyệtTh.Kế Họ và tênChữ kýNgày
Ng Hữu Ngoạn THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BAÍN VEẻ KẾT CẤU MÁY Số tờ:Tờ:Tỷ lệ 1:2,5
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG KHOA CÅ KHÊ
Hình 4.12- Sơ đồ tính toán
Hành trình của pít tông:
Thiết kế hộp giảm tốc
Bộ truyền trục vít-bánh vít là thiết bị truyền chuyển động hiệu quả giữa hai trục chéo với nhiều ưu điểm nổi bật như kích thước nhỏ gọn, tỷ số truyền lớn, hoạt động êm ái và không gây tiếng ồn, đồng thời có tính tự hãm giúp ngăn chặn việc quay ngược Tuy nhiên, bộ truyền này cũng tồn tại một số nhược điểm như hiệu suất hoạt động thấp và yêu cầu sử dụng vật liệu có giá thành cao.
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
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:
6.3 Chọn số mối ren Z 1 của trục vít và tính số răng Z 2 của bánh vít
Số răng của bánh vít : Z2 = i Z1 = 30 2 = 60
Kiểm nghiệm số vòng quay thực:
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)
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.
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 v t m n Z q 2121,68() m / s
= < 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 dnmzn () ms v 0,273/
DUT.LRCC c Hệ số tải trọng k
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