Nghiên cứu thông số làm việc của máy cắt gạch block AAC để đạt nhấp nhô bề mặt thấp nhất

30 CHƢƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG 2 1 Đặc điểm kết cấu và yêu cầu kỹ thuật 2 1 1 Đặc điểm kết cấu Đảm ảo độ cứng vững cũng nhƣ tính ổn định trong quá trình hoạt động Kết c u phải đơn giản cho quá trình thay đổi kích thƣớc của dây cắt Dễ dàng ảo trì Vận hành đơn giản An toàn cho ngƣời sử dụng Kích thƣớc khối gạch 4000 x 600 x 1000 (mm) 2 1 2 Yêu cầu kỹ thuật Viên gạch đạt kích thƣớc cho phép trong xây dựng ± 1mm Ch t lƣợng ề mặt viên gạch tốt theo các tiêu chí sau Không để lại vết cắt, cũng nhƣ ề mặt.

CHƢƠNG THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG 2.1 Đặc điểm kết cấu yêu cầu kỹ thuật 2.1.1 Đặc điểm kết cấu - Đảm ảo độ cứng vững nhƣ tính ổn định trình hoạt động - Kết c u phải đơn giản cho q trình thay đổi kích thƣớc dây cắt - Dễ dàng ảo trì - Vận hành đơn giản - An toàn cho ngƣời sử dụng - Kích thƣớc khối gạch 4000 x 600 x 1000 (mm) 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật - Viên gạch đạt kích thƣớc cho phép xây dựng : ± 1mm - Ch t lƣợng ề mặt viên gạch tốt theo tiêu chí sau: Khơng để lại vết cắt, nhƣ ề mặt viên gạch không ị vỡ, nứt, đặc iệt phần gốc, cạnh viên gạch - N ng su t cắt (phút/lần) 30 2.2 Tính tốn động lực học 2.2.1 Lực căng dây Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái dây trình cắt Lực c ng dây cần thiết tính theo cơng thức: F  FV  FH (N) (2-1) Với: FV : Lực c ng dây theo phƣơng thẳng đứng (N) FH : Lực c ng dây theo phƣơng ngang (N) Hình 2.2 Phân tích thành phần lực sinh dây trình cắt - Bằng thực nghiệm đo đạc lực c ng từ máy cắt nhà máy ta tìm đƣợc 150 (N) - Khoảng cách võng tối đa sợi dây 2cm=20mm 31 20 600    1,9  tan   (2-2) Từ suy ra: (2-3) Do đó, lực c ng dây cần thiết: (2-4) - Để cắt mẻ gạch cần tối đa 40 sợi dây - Do đó, lực c ng tối đa mà khung cắt phải chịu là: 6003,3 (N) 199,04 (N) (2-5) (2-6) Ta th y, ứng su t tối đa khung cắt 218,5MPa < [ ]=250MPa thỏa mãn điều kiện ền vật liệu Bố trí dây cắt phải so le đảm ảo lực sinh trình cắt phải đƣợc khử tối đa nhằm giảm rung động nhiều nh t Hình 2.3 Hình Sơ đồ ố trí dây cắt 32 2.2.2 Vận tốc cắt bước tiến khung cắt Ảnh hƣởng tốc độ dao động khung cắt đến ch t lƣợng ề mặt - Theo thuyết cắt gọt vật liệu để đạt đƣợc ch t lƣợng ề mặt tốt trình cắt cần phải quan tâm hai yếu tố là: tốc độ cắt (v) ƣớc tiến dao (feed) - Tốc độ cắt tốc độ rung khung, phụ thuộc vào c u tay quay trƣợt, từ thực nghiệm chọn tốc độ góc c u cam ω = 30 (rev/min) Bƣớc tiến dao tốc độ xuống khung cắt, phụ thuộc vào tốc độ cylinder Kết luận: Vận tốc cắt cực đại v = 0,5 (m/s), ƣớc tiến tối đa khung 20 (m/phút) Tính tốn, chọn chi tiết 2.2.3 Con trượt 2.2.3.1 Chọn trượt vng HGH Hình 2.4 Con trƣợt vuông HGH 33 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật trƣợt vng [8] Tải trọng tác động nhƣ hình dƣới: Hình 2.5 Tải trọng tác động lên trƣợt vng HGH 2.2.3.2 Tính to n tuổi thọ Tải trọng tƣơng đƣơng Ta có : P1 ~ P4   W h F l (N)  2d 2d (2-7) Trong : - W =0 - F= 15000N - d = 360mm - C = 4260mm - L = 800mm 34 Thay số ta tính đƣợc P1  P2  P3  P4  F.l 1500.800   1667 (N) 2d 2.360 L y Pm= 1667(N) Tuổi thọ trƣợt: Tuổi thọ trung ình C  L    50 (km) P (2-8) Trong : + C = 48.5(kN) + P = 1667 (N) Thay vào công thức (2-8) ta đƣợc:  48500  L  50  1231369 (km)  1667  2.2.4 Tính tốn cylinder 2.2.4.1 Thiết kế mạch nâng hạ khung cắt a Mục đích Hệ thống nâng hạ giúp khung cắt di chuyển lên xuống trình máy hoạt động, nhiên phải đảm ảo độ xác q trình vận hành nhƣ tính tin cậy q trình sử dụng Yêu cầu - Cho phép di chuyển chậm; - Chi phí rẻ; 35 - An tồn trình sử dụng; - Kết c u đơn giản, dễ dàng lắp đặt ảo trì Theo nhƣ tìm hiểu hệ thống giới hệ thống thủy lực phù hợp nh t 2.2.4.2 Thiết kế hệ thống thủy lực Yêu cầu : - Dùng công tắc để di chuyển lên, công tắc chuyển xuống cơng tắc cịn lại để dừng khẩn c p; - Có khả n ng dừng hệ thống m t điện; - Có hệ thống chống q tải 2.2.5 Cam tay biên Mơ hình ài toán tay quay trƣợt: - Tay quay sử dụng c u tay quay trƣợt (cam lệch tâm) - Cơ c u truyền động truyền - Con trƣợt chọn trƣợt tròn hãng Hiwin Hình 2.6 Mơ hình tay quay trƣợt 36 2.2.6 Tính tốn cơng suất động Cho tay quay di chuyển khả d đoạn  trƣợt C di chuyển đoạn x Áp dụng nguyên lý di chuyển khả d M   P.x  (2-9) Ta có: √ Mà: (2-10) √ ( ) √ Thế (2-10) vào (2-9) ta đƣợc: M   P.x   M   P(r.sin( )  r sin( )  M  Pr.sin( )(1  r cos( ) l  r sin ( ) 2 cos( ) l  r sin ( ) )  ) Ta lại có   o  t , thay vào công thức ta đƣợc: M  Pr.sin( t  o )(1  r cos( t  o ) l  r sin ( t  o ) ) Trong đó: P = 5000 (N); o =0;    (rad/s); r = 0,025 (m); l=0,4 (m) 37 (2-11) Thay số ta đƣợc: M  125 | sin( t)(1  0.025 cos( t) )| 0.4  0.025 sin ( t) (Nm) 2 Hình 2.7 Đồ thị moment theo thời gian M tb | M | dt M t  240     T  t i o (Nm) (2.12) i Pr  30 240 n.M   0, 24 (kW)  9550 9550 Công su t động cơ: Pdc  Pr  (kW) (2-13) Trong   1.2 3 i 38 + 1 : hiệu su t ổ l n +  : hiệu su t ộ truyền xích + 3 : hiệu su t ổ trƣợt  Pdc  0, 24  0, 29 (kW) 0,99 0,97 2.0,984 Kết quả: Chọn động điện có tỉ số truyền 1:60, cơng su t 0,75 (kW) số vịng quay n=1440 (vịng/phút) 2.2.7 Tính tồn khớp nối trục đĩa cho cấu chỉnh xích Hình 2.8 Đ a có lỗ Hình 2.9 Đ a có rãnh 39 Fr  k x Ft  6.107.k x Trong đó, kx : P2 zpn2 Hệ số kể đến trọng lƣợng xích Chọn k x  1,15 0, 24 2.0,99 0,992.0,97  Fr  6.107.1,15  613,78 (N) 19.25, 4.30 Lực khớp nối xích: + Lực vịng: Ft  + Lực khớp nối: 2T2 2.85350   2622 (N) Dt 65,1 FKN  0,3.Ft  0,3.2622  786, (N) - Trục 3, 4: Lực tác dụng lên trục ộ truyền xích: Fr  k x Ft  6.107.k x Trong đó, kx : P3 zpn3 Hệ số kể đến trọng lƣợng xích Chọn k x  1,15 0, 24  Fr  6.107.1,15  571,9 (N) 19.25, 4.30 Lực tác dụng lên trục ởi ánh lệch tâm: - Lực vòng tác dụng lên trục ánh lệch tâm:  Fr   F34 x T3 38197   1527,88 (N) AB 25  F33 x  Fr  1527,88 (N) - Lực hƣớng tâm tác dụng lên trục ánh lệch tâm: 46  F34 y  F33 y  mkhung AB.  214.0,025. =52,8 (N) 2.2.10.4 Tính phản lực gối đỡ - Trục 1: Ta có phƣơng trình moment phƣơng trình hình chiếu lực mặt phẳng zOy:   F  FDy  FEy  Fr     M D  FEy l12  Fr l13    FDy  17,82 (N)    FEy  631, (N) (2-21) Ta có phƣơng trình moment phƣơng trình hình chiếu lực mặt phẳng zOx:   F   FDx  FEx  FKN     M D   FKN l11  FEx l12   FDx  801,69 (N)   FEx  15,09 (N) (2-22) - Trục 2: Ta có phƣơng trình moment phƣơng trình hình chiếu lực mặt phẳng zOy:   F   FDy  FEy  Fr 21  Fr 23     M D  FEy l22  Fr 23 l23  Fr 21.l21    FDy  622,84 (N)    FEy  604,72 (N) (2-23) Ta có phƣơng trình moment phƣơng trình hình chiếu lực mặt phẳng zOx: 47   F   FDx  FEx  FKN     M D  FKN l24  FEx l22   FDx  45,9 (N)   FEx  832,5 (N) (2-24) - Trục 3,4: Ta có phƣơng trình moment phƣơng trình hình chiếu lực mặt phẳng zOy:   F  FDy  FEy  Fr  F33 y  F34 y     M D  FEy l31  Fr l32  F33 y l33  F34 y l34    FDy  431,3 (N)    FEy  1003, (N) (2-25) Ta có phƣơng trình moment phƣơng trình hình chiếu lực mặt phẳng zOx:   F   FDx  FEx  F34 x  F33 x     M D   FEx l31  F33 x l33  F34 x l34   FDx  4059,3 (N)   FEx  4059,3 (N) 48 (2-26) Hình 2.11 Sơ đồ đặt lực, iểu đồ moment trục 49 Hình 2.12 Sơ đồ đặt lực, iểu đồ moment trục 3, 50 Hình 2.13 Sơ đồ đặt lực, iểu đồ moment trục 2.2.10.5 X c định moment uốn tổng moment tương đương Moment uốn tổng M ki moment tƣơng đƣơng M tdki tiết diện i trục: 2 M ki  M yki  M xki (2-27) M tdki  M ki2  0,75.Tk2 (2-28) M tdki 0,1.[ ] (2-29) d ki  Trong đó: 51 - M xki , M yki : Moment uốn tổng mặt phẳng zOy zOx tiết diện trục k - [ ] : Ứng su t cho phép thép chế tạo trục, [ ] = 63 MPa Bảng 2.3 Bảng tổng hợp moment uốn tổng moment tƣơng đƣơng tiết diện trục Trục Trục Trục Trục 3,4 Moment uốn Ký hiệu M10 M11 M12 M13 M20 M21 M22 M23 M24 M30 M31 M32 M33 M34 Moment tƣơng đƣơng M tdki M ki Giá trị (Nmm) 33431 39489 41737 112222 84953 212501 222749 84083 0 Ký hiệu Mtd10 Mtd11 Mtd12 Mtd13 Mtd20 Mtd21 Mtd22 Mtd23 Mtd24 Mtd30 Mtd31 Mtd32 Mtd33 Mtd34 Đƣờng kính tiết diện l y theo tiêu chuẩn 52 Giá trị (Nmm) 81124 73915 83802 73915 84885 73915 134377 112608 73915 215060 225191 90356 33079,6 33079,6 Bảng 2.4 Bảng tổng hợp đƣờng kính tiết diện trục Trục Trục Trục Trục 3,4 Đƣờng kính tính tốn Ký hiệu Giá trị (mm) d10 29,2 d11 28,3 d12 29,5 d13 28,3 d20 29,6 d21 28,3 d22 34,5 d23 32,6 d24 28,3 d30 32,4 d31 32,94 d32 24,29 d33 17,38 d34 17,38 Đƣờng kính chọn theo tiêu chuẩn Ký hiệu Giá trị (mm) dtc10 50 dtc11 30 dtc12 50 dtc13 36 dtc20 50 dtc21 36 dtc22 50 dtc23 36 dtc24 30 dtc30 40 dtc31 40 dtc32 38 dtc33 28 dtc34 38 2.2.10.6 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Với thép C45 có  b  600 MPa  1  0, 436 b  0, 436.600  261,6 MPa   1  0,58. 1  0,58.261,6  151,728 MPa Theo ảng 10.7 [10] ta có:    0, 05     Do trục quay, ứng su t thay đổi theo chu kỳ đối xứng, đó:  mj  0;  aj  Mj Wj ; (2-30) Vì trục quay chiều ứng su t xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động Do đó:  mj   aj   max j /  Tj / (2Woj ) 53 (2-31) 2.2.10.7 X c định hệ số an toàn c c tiết diện nguy hiểm trục Dựa vào kết c u trục iểu đồ moment tƣơng ứng ta th y tiết diện sau tiết diện nguy hiểm - Trên trục 1: Tiết diện nguy hiểm: 12 – 13 - Trên trục 2: Tiết diện nguy hiểm: 22 – 23 - Trên trục 3: Tiết diện nguy hiểm: 30 – 32 – 34 a Chọn kiểu lắp: Các ổ l n lắp trục theo kiểu k6, lắp đ a xích, lắp cam, nối trục theo kiểu k6 kết hợp với then hoa chữ nhật Trị số moment cản uốn moment cản xoắn ứng với tiết diện trục nhƣ sau: Bảng 2.5 Trị số moment cản moment cản xoắn ứng với tiết diện trục Tiết diện ZxdxD h b W ( mm3 ) Wo (mm3 ) 13 21 23 32 34 x 36 x 40 x 36 x 40 x 36 x 40 x 36 x 40 x 36 x 40 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 7 7 5153 5153 5153 5153 5153 10306 10306 10306 10306 10306 b Xác định hệ số K dj K dj tiết diện nguy hiểm: Ta có công thức: K dj  ( K /   K x  1) / K y K dj  ( K /   K x  1) / K y (2-32) Trong đó: Kx - Hệ số tập trung ứng su t trạng thái ề mặt, phụ thuộc vào phƣơng pháp gia công độ nhẵn ề mặt 54 K y - Hệ số t ng ền ề mặt trục, phụ thuộc vào phƣơng pháp t ng ền ề mặt, tính vật liệu Do đó: - Các trục đƣợc gia công máy tiện, tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra  2,5 0, 63 m Từ đó, theo ảng 10.8 [10] ta chọn K x  1, 06 - Không dùng phƣơng pháp t ng ền ề mặt, hệ số t ng ền K y  - Theo ảng 10.12 [10] gia cơng trục có then hoa chữ nhật nên hệ số tập trung ứng su t rãnh then hoa ứng với vật liệu  b  600MPa K  1,55 K  2, 36 - Theo ảng 10.10 [10] tra hệ số kích thƣớc    ứng với đƣờng kính tiết diện nguy hiểm từ xác định đƣợc tỉ số K /   K /  rãnh then tiết diện - Theo ảng 10.11 [10] ứng với kiểu lắp chọn  b tiết diện nguy hiểm tra đƣợc tỉ số K /    600MPa K /  lắp c ng tiết diện này, sở dùng giá trị lớn giá trị K d giá trị lớn giá trị K /  để tính đƣờng kính K d K /   để tính Kết ảng ên dƣới c Xác định hệ số an toàn: sj  s j s j s2 j  s2j  [s] (2-33) Trong đó: s j hệ số an toàn cho phép ; 55 s j hệ số an toàn xét riêng ứng su t pháp s j hệ số an toàn xét riêng ứng su t tiếp s j   1 K dj  aj     mj (2-24)  1 s j  K dj  aj     mj Bảng 2.6 Kết kiểm nghiệm trục Tỉ số Tiết diện 12 13 22 23 30 32 K /   d (mm) Rãnh Lắp then căng 50 2,06 36 1,91 2,06 50 2,06 36 1,91 2,06 40 2,06 36 1,91 2,06 Tỉ số K /  Rãnh Lắp then căng 1,64 3,03 1,64 1,64 3,03 1,64 1,64 3,03 1,64 K d K d 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 1,7 3,09 1,7 3,09 1,7 3,09 S S S 38,35 51,33 30,72 7,57 26,5 7,28 38,35 51,33 30,72 7,57 26,5 7,28 3,65 58,73 3,64 7,57 26,5 7,28 2.2.11 Thiết kế phận truyền động rung Với thiết kế c u rung nhƣ giúp t ng tần số rung mà t ng độ ổn định, giúp khung cắt di chuyển lên xuống mƣợt mà Do c u cam đƣợc ố trí ên có tính đối xứng giúp triệt tiêu moment xoắn sinh từ ên Khung cắt đƣợc chế tạo có độ ổn định cao di chuyển nên giúp định hình phơi cắt tốt Giảm sai lệch sản phẩm 56 Hình 2.14 Tay quay trƣợt 2.2.12 Kết cấu tay quay trượt - Bộ tay quay trƣợt phải đảm ảo ổn định q trình làm việc, khơng gây rung lắc đảm ảo cho việc ảo trì định kì - Bộ lệch tâm ao gồm : ớt chắn dầu, ổ l n, phe, cam, trục, mặt ích - Ổ l n: giảm ma sát trình quay - Cam: giúp tạo chuyển động xoay thành tịnh tiến - Phớt: giúp ng n ụi vào ổ l n nhƣ giữ mỡ mơi trơn - Mặt ích: điều chỉnh vị trí tƣơng đối ổ l n so với cam nhƣ cố định - T m chêm: giúp khắc phục sai số trình gia công Với thiết kế đối xứng giúp hệ cân ằng giảm đƣợc tối đa rung động gây cho hệ Thiết kế đảm ảo tháo lắp nhƣ ôi trơn khớp xoay: Hình 2.15 Kết c u ánh lệch tâm 57 2.2.13 Kết cấu phận căng dây Chức n ng: - C ng dây cắt định trực tiếp đến ch t lƣợng ề mặt - Giúp cho việc gá dây đƣợc dễ dàng nhờ rãnh iên dạng án nguyệt - Điều chỉnh kích thƣớc viên gạch ằng cách trƣợt rãnh chữ T Ƣu điểm: - Kết c u đơn giản - Dễ thay sửa chữa - Thân lị xo có độ đàn hồi chịu đƣợc ứng su t cao Do đảm ảo tốt cho q trình cắt liên tục thời gian dài C u tạo: Gồm phần chính: Thân lị xo lị xo đƣợc lắp vào khung cắt thông qua rãnh chữ T ằng mối ghép u lơng nhƣ hình 2.22 Hình 2.16 Lò xo 58 Kết luận: Ta th y ứng su t tối đa lò xo nhỏ ứng su t tới hạn 350MPa thỏa mãn điều kiện ền vật liệu chuyển vị tối đa nằm khoảng chuyển vị cho phép theo yêu cầu 2.2.14 Kết cấu di chuyển lên xuống Khung máy ộ phận giúp máy di chuyển lên xuống nhƣ nơi để gắn động cơ, trục, trƣợt… Vì máy hoạt động xác ổn định hay khơng nhờ khung máy định, việc lắp ráp khung máy khung chỉnh phải đảm ảo việc điều chỉnh nhƣ dễ dàng hoạt động Nguyên lý hoạt động: Khung máy đƣợc truyền động nhờ xích, hệ thống dẫn động ao gồm trƣợt tuyến tính l n Với việc thiết kế nhƣ ên trƣợt (5) ên l n (2) nhƣ đảm ảo q trình vận hành khơng ị tình trạng kẹt sai số lắp ráp, t m chêm (6) giúp điều chỉnh trình gắn trƣợt vào khung đảm ảo thẳng đứng T m tỳ (7) giúp việc lắp trƣợt vuông tỳ sát vào thành ên Hình 2.17 Kết c u khung máy cắt đứng 1: Khung chính, 2: Ụ b nh xe lăn, 3: Vít điều chỉnh, 4: Khung m y, 5: Con trượt vuông, 6: T m chêm, 7: T m tỳ trượt vuông 59 2.2.15 Kết cấu canh chỉnh dây cắt Mục tiêu: giúp ngƣời lắp đặt dây cắt gạch cách nhanh chóng đạt đƣợc độ xác cao nh t, đảm ảo ổn định trình hoạt động C u tạo: Rãnh định vị hai ên, thƣớc chỉnh lò xo Hình 2.18 Sơ đồ dây Hình 2.19 Thƣớc chỉnh có rãnh Nguyên lý: Sợi dây cắt đƣợc móc đầu vào rãnh định vị phía ên trái, sợi dây lần lƣợt qua thƣớc chỉnh thƣớc chỉnh có rãnh đƣợc gia cơng lắp đặt xác, sau đƣợc móc vào chân vịt đƣợc c ng nhờ lò xo 60 ... động khung cắt đến ch t lƣợng ề mặt - Theo thuyết cắt gọt vật liệu để đạt đƣợc ch t lƣợng ề mặt tốt trình cắt cần phải quan tâm hai yếu tố là: tốc độ cắt (v) ƣớc tiến dao (feed) - Tốc độ cắt tốc... Khung máy ộ phận giúp máy di chuyển lên xuống nhƣ nơi để gắn động cơ, trục, trƣợt… Vì máy hoạt động xác ổn định hay khơng nhờ khung máy định, việc lắp ráp khung máy khung chỉnh phải đảm ảo việc. .. công độ nhẵn ề mặt 54 K y - Hệ số t ng ền ề mặt trục, phụ thuộc vào phƣơng pháp t ng ền ề mặt, tính vật liệu Do đó: - Các trục đƣợc gia cơng máy tiện, tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra  2,5 0,