Nguyên cứu thiết kế máy cắt ống cống bê tông bán tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY CẮT ỐNG CỐNG BÊ TÔNG BÁN TỰ ĐỘNG MÃ SỐ: SV2021 - 185 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TRẦN DUY THÀNH SKC007666 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY CẮT ỐNG CỐNG BÊ TÔNG BÁN TỰ ĐỘNG Mã số đề tài: SV2021-185 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Trần Duy Thành Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 17144CL2A Khoa: ĐT CLC Ngành học: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí Nam, Nữ: Nam Năm thứ : /Số năm đào tạo: Người hướng dẫn: TS Phan Cơng Bình TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 10 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Truyền động khí 11 2.2 Truyền động bánh 11 2.3 Bộ truyền ma sát 16 2.4 Ổ lăn 20 2.5 Động điện 24 2.6 Trục 28 2.7 Mối ghép then 30 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY CẮT ỐNG CỐNG BÊ TƠNG BÁN TỰ ĐỘNG 35 3.1 Khung chịu tải 35 3.2 Chọn đường kính rulo 35 3.3 Tính toán chọn động 36 3.4 Tính tốn truyền bánh 38 3.5 Tính tốn thiết kế trục vẽ kết cấu trục 41 3.6 Tính tốn then ổ lăn 45 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHÂN BỐ TẢI TRỌNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 48 4.1 Bài tốn mơ phỏng, đặt lực 48 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 55 5.1 Đánh giá nhận xét vận hành thiết bị phía doanh nghiệp 55 5.2 Tổng quan vận hành thiết bị 55 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Ký hiệu ổ lăn 24 Bảng 3.1: Giá trị 36 Bảng 3.2: Bảng thông số máy cắt ống cống bê tông 38 Bảng 3.3: Tông số truyền bánh 41 Bảng 3.4: Chiều rộng ổ lăn theo đường kính sơ 42 Bảng 3.5: Bảng kiểm nghiệm then sau 45 Bảng 3.6: Hệ số tải trọng hướng tâm hệ số tải trọng dọc trục 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cắt bê tơng tay Hình 1.2: Đĩa đá mài Hình 1.3: Đá cắt bê tông 180mm BOSCH Hình 1.4: Lưỡi cưa kim loại Hình 1.5: Máy cắt bê tông xe đẩy Hình 1.6: Máy cắt bê tông cầm tay Hình 1.7: Máy cắt bê tông sử dụng dây kim cương Hình 1.8: Cơng nhân cắt ống cống máy cầm tay 10 Hình 2.1: Bộ truyền bánh 12 Hình 2.2: Bộ truyền bánh ăn khớp ngồi biên dạng 12 Hình 2.3: Bánh trụ thẳng 14 Hình 2.4: Bánh ăn khớp 15 Hình 2.5: Bánh ăn khớp 15 Hình 2.6: Các thơng số bánh 16 Hình 2.7: Bộ truyền bánh ma sát trụ 17 Hình 2.8: Bộ biến tốc ma sát trụ 18 Hình 2.9: Cấu tạo ổ lăn (ổ bi đỡ dãy) 20 Hình 2.10: Bearing chịu ma sát trượt 21 Hình 2.11: Bearing chịu ma sát lăn 21 Hình 2.12: Các dạng lăn 22 Hình 2.13: Các kích thước ổ lăn 22 Hình 2.14: Gối đỡ UCP-207 24 Hình 2.15: Động điện 25 Hình 2.16: Ngun lí hoạt động 26 Hình 2.17: Động điện chiều 27 Hình 2.18: Động xoay chiều ba pha khơng đồng 28 Hình 2.19: Động xoay chiều pha không đồng 28 Hình 2.20: Trục thẳng 29 Hình 2.21: Trục khuỷu 29 Hình 2.22: Kết cấu trục 30 Hình 2.23: Mối ghép then 31 Hình 2.24: Mối ghép then dẫn hướng 31 Hình 2.25: Mối ghép then bán nguyệt 31 Hình 2.26: Mối ghép then vát 32 Hình 2.27: Mối ghép then ma sát 32 Hình 2.28: Mối ghép then 33 Hình 2.29: Các hình dáng then 34 Hình 3.1: Kết cấu khung máy cắt 35 Hình 3.2: Phác thảo trục sơ 41 Hình 3.3: Phương, chiều lực tác dụng lên trục 42 Hình 3.4: Trục I 44 Hình 3.5: Trục II III 44 Hình 3.6: Bảng tra thông số UCP 46 Hình 4.1: Lực tác động vào vị trí 48 Hình 4.2: Khung máy cắt 49 Hình 4.3: Đặt lực SolidWorks 50 Hình 4.4: Kết mô khung máy cắt 50 Hình 4.5: Hệ số an toàn khung máy cắt 51 Hình 4.6: Lực tác dụng lên rulo 400 52 Hình 4.7: Kết mơ lên rulo 400 53 Hình 4.8: Hệ số an tồn rulo 54 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy cắt ống cống bê tông bán tự động - Chủ nhiệm đề tài: Trần Duy Thành - Lớp: 17144CL2A - Thành viên đề tài: STT Họ tên Phạm Anh Kiệt Nguyễn Duy Khanh Nguyễn Thành Danh - Người hướng dẫn: TS Phan Cơng Bình Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị CPCM có khả năng: - Cải thiện suất 400% - Giảm chi phí lao động - Nâng cao chất lượng sản phẩm 90% - Tạo môi trường làm việc an tồn cho người lao động Tính sáng tạo: - Áp dụng hệ thống tín hiệu điều khiển từ card PCI 1711 Kết nghiên cứu: - Mơ hình 3D thiết bị CPCM - Tập vẽ - Báo cáo tổng kết Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày … tháng … năm …… Người hướng dẫn (kí, họ tên) CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tình hình cưa, cắt ống cống Việt Nam Với áp lực giao thông ngày lớn lên khu đô thị Việt Nam, đặc biệt tỉnh Bắc trung Sự phát triển sở hạ tầng kiến trúc thị, cơng trình ngầm đến chóng mặt Vận tải vật tư, thiết bị, sản phẩm trình sản xuất khâu quan trọng, có chế độ làm việc nặng Q trình giới hóa phần lớn nhằm giải phóng sức lao động cho người lao động, nâng cao suất, chất lượng hạ giá thành sản phẩm Việc đầu tư xây dựng thêm công xưởng nhằm tăng cao sản lượng đặt yêu cầu công việc thiết kế, chế tạo nhiều loại máy vận tải khác ngày đại, tự động hóa khâu hệ thống sản xuất Máy cắt bê tông thiết bị dung để cắt tường bê tông, cắt sàn, công trường xây dựng, đường bê tơng cần cắt dỡ sửa chữa, thiết kế, cấu tạo máy đòi hỏi phải chịu áp lực, chấn động rung mạnh độ bền máy phải cao Về cấu tạo máy cắt bê tông khơng có q nhiều phận, đơn giản sau: Bộ phận động cơ: Chạy điện xăng dầu Phần lưỡi cắt bê tông: Phần thực chức cắt, phá bê tông theo đường định sẵn Lưỡi cắt làm nguyên liệu hợp kim chắn, thay sau thời gian sử dụng Phần khung chính: phần thân máy bọc nhựa, sơn tĩnh điện phía Các phận khác máy: Tay cầm, nút điều khiển, dây đẫn nước, dây điện, hướng dẫn 1.1.2 Công nghệ cưa, cắt ống cống Công nghệ cưa cắt ống cống nước ta áp dụng chủ yếu cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, giao thơng, thuỷ lợi, sở hạ tầng kỹ thuật nhà Máy cưa cắt có nhiều loại phù hợp với nhiều hình thức, mơi trường phương thức cưa cắt khác Phân loại máy cắt bê tông: Máy cắt bê tông chạy điện động sử dụng điện 5.5 kw 9.2 kw Loại máy không gây nhiễm mơi trường khơng khí tiếng ồn Nhược điểm nơi có điện Máy cắt bê tông chạy xăng tiện lợi di chuyển nơi khơng có điện Tuy nhiên lại gây nhiễm mơi trường khói xăng xả từ máy Dựa vào tính sử dụng hình dạng bên ngồi: Máy cắt bê tơng cầm tay: dung để cắt khối bê tông, chi tiết nhỏ không gian hạn chế Máy cắt bê tông dạng xe đẩy: thích hợp sử dụng với khối bê tơng lớn mặt phẳng đường Tùy vào đặc trưng doanh nghiệp, việc đầu tư thiết kế chế tạo máy cưa cắt mang lại nhiều lợi khác nhau: Giảm chi phí đầu tư rút ngắn thời gian thi công Tốc độ làm việc chuyển nhanh Số lượng lớn giúp việc sản xuất liên tục Nâng cao đáng kể suất sản xuất Dễ sử dụng, vận hành đơn giản 1.1.2.1 Nguyên tắc sử dụng máy cắt bê tơng an tồn hiệu Người thợ cần tuân thủ cách sử dụng máy cắt bê tông an toàn nhằm tăng hiệu suất lao động, tiết kiệm công sức giảm thiểu tối đa rủi ro cho thân Máy cắt bê tông thiết bị hiệu để phá vỡ dễ dàng bề mặt bê tông xi măng chắn cách nhanh chóng Bởi yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức sử dụng máy để bảo vệ an toàn cho thân người xung quanh 1.1.2.2 Hiểu ưu điểm máy cắt bê tông để tận dụng Máy cắt bê tông thường chia làm loại: cầm tay xe đẩy Trong loại máy cắt bê tơng nhiều người tìm mua tính tiện lợi: nhỏ gọn, dễ di chuyển, gọt chi tiết mỏng nhỏ, … Nhờ có máy cắt bê tơng hữu dụng mà bề mặt bê tông rắn chắc, mảng tường lớn dễ dàng bị tháo dỡ cách nhanh chóng 1.1.2.3 Ưu điểm bật máy cắt bê tông Phá vỡ khối bê tông dù rắn đến đâu Hiệu suất làm việc lớn, lưỡi cưa có tốc độ quay lên đến 3000 vịng/phút Thường sử dụng cơng trình quy mơ lớn nhỏ Lưỡi cắt dây kim cương lưỡi mài mòn, giúp cắt khối bê tông cách đơn giản nhanh chóng Đường kính lưỡi cắt 12-14 inch Có thể lựa chọn máy cắt bê tông chạy điện máy cắt bê tông chạy xăng tùy vào địa điểm Máy chạy điện nhỏ gọn, gây tiếng ồn Máy chạy xăng sử dụng ngồi trời với cơng suất lớn 1.1.2.4 Nguyên tắc cần nhớ để sử dụng máy cắt bê tơng an tồn 3.6 Tính tốn then ổ lăn 3.6.1 Then - Với tiết diện dùng mối ghép then tiến hành kiểm nghiệm mối ghép độ bền dập σd độ bền cắt τc - Theo công thức: Với lt ≈ (0,8…0,9)lm d lt (mm) (mm) 45 60,75 55 74,25 - Tải trọng va đập nhẹ, dạng lắp cố định: [ ] = (60 .90)( ) [ ] = 100( ) Vậy mối ghép then đảm bảo độ bền dập độ bền cắt 3.6.2 Ổ lăn - Với kết cấu trục đường kính trục d = 50 (mm) chọn sơ ổ UCP 210 có đường kính d = 50 (mm), khả tải động c = 35,5 (kN), khả tải tỉnh c = 23,2 (kN) 45 Hình 3.6: Bảng tra thơng số UCP 3.6.2.1 Kiểm nghiệm khả tải động - Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B: FrA = √Fx112 + Fy112 = √784,552 + 4140,842 = 4214,51 (N) - Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ D: FrB = √Fx142 + Fy142 = √6171,142 + 16002 = 6375,18 (N) - Vậy ta kiểm nghiệm với ổ chịu tải trọng lớn FrD = 6375,18 (N) - Theo công thức Q = (V.X Fr + Y Fa) Kt Kd Trong đó: Fr: Tải trọng hướng tâm (kN) Fa: Tải trọng dọc trục V: Hệ số kể đến vòng quay: V = Kt: Hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ: Kt = Kd: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng: Kd = 1,2 X: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng: X = (vì chịu lực hướng tâm) Y: Hệ số tải trọng dọc trục Y = Fa = => Q = (1.1 6375,18).1.1,2 = 7650,22 (N) - Khả tải trọng động theo công thức: = √ Với m: bậc dường cong thử ổ lăn m = (dùng cho ổ bi) L: tuổi thọ tính triệu vịng quay 46 Q: tải trọng động qui ước Q = 7650,22 (N) Lh: tuổi thọ ổ tính Lh = Có KHE = 0,5 (thép cải thiện) Một năm việc 300 ngày, ngày làm việc ca, ca => tΣ = 300.5.1.8= 12000 LH = 0,5.24000 = 6000 (giờ) => C d = 7650,22 √ 60 160 12000 = 29544,83 (N) = 29,54 (kN) 10 => Cd = 29,54 (kN) < C = 35,5 (kN) Vậy khả tải trọng động ổ lăn đảm bảo 3.6.2.2 Kiểm nghiệm khả tải tĩnh - Có Fa = 0, theo cơng thức Qt1 = X0 Fr Với X0 = 0,6 theo bảng 11.6 ổ bi đỡ Bảng 3.6: Hệ số tải trọng hướng tâm X0 hệ số tải trọng dọc trục Y0 Loại ổ Ổ bi đỡ Ỗ bi đỡ lòng cầu o Ổ bi đỡ-chặn với α = 12 o α = 26 o α = 36 Ổ đũa côn => Qt1 = 0,6.7650,22 = 4590,132 (N) = 4,59 (kN) Qt1 = 1,88 (kN) => Q0 = max [Qt1; Qt2] = 4,59 (kN) < C0 = 23,2 (kN) Vậy khả tải tĩnh ổ lăn đảm bảo 47 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHÂN BỐ TẢI TRỌNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 4.1 Bài tốn mơ phỏng, đặt lực: Hình 4.1: Lực tác động vào vị trí (Hình ảnh truy xuất từ phần mềm Solidworks) 1: Lực tác dụng vào khun 4.1.1 Lực tác dụng vào khung máy cắt Kích thước cống (m Ø300~Ø1000 x 4000 Giả sử: Máy cắt tải cống nặng 3000kg 48 Hình 4.2: Khung máy cắt (Hình ảnh truy xuất từ phần mềm Solidwork) Khung máy cắt phải chịu tải lực ~30000N lên vị trí đặt rulo Mô phỏng: Thông số đầu vào (từ liệu thiết kế) Thép C45, có thơng số: + Khối lượng riêng (density): 7850 (kg/mm ) + Giới hạn bền + Độ giãn dài tương đối δ : 16 (%) = 610 ( ) + Bề dày: t = (mm) 49 Hình 4.3: Đặt lực Solidworks (Hình ảnh truy xuất từ chức mô đặt lực phần mềm Solidworks) Kết quả: Hình 4.4: Kết mơ khung máy cắt (Hình ảnh truy xuất từ phần mô chuyển vị phần mềm Solidworks) 50 Nhận xét: - Biến dạng chủ yếu tập chung phần khung đỡ ru lo bên trái - Chuyển vị lớn nhất: 4.305e-02 (m) = 0.582 (mm) - Chịu tải trọng cống rulo - Không bị biến dạng trình sử dụng đảm bảo an tồn chất lượng sản phẩm Hình 4.5: Hệ số an tồn khung máy cắt (Hình ảnh truy xuất từ chức mơ hệ số an tồn phần mềm Solidwork) Nhận xét: - Hệ số an toàn 8.12 => Thỏa hệ số an toàn cho phép - Cao so với hệ số đặt - Không bị phá vỡ kết cấu, đạt độ cứng vũng cho phép để máy hoạt động ổn định 4.1.2 Lực tác dụng xuống rulo 400 Tải trọng yêu cầu ~750kg/rulo => P = 7500 (N) 51 Hình 4.6: Lực tác dụng lên rulo 400 (Hình ảnh truy xuất từ chức mô đặt lực phần mềm Solidworks) Mô phỏng: Thông số đầu vào: Khối lượng riêng thép C45 (density): 7850 (kg/mm ) F= 7500 (N) Kết 52 Hình 4.7: Kết mơ lên rulo 400 (Hình ảnh truy xuất từ phần mô chuyển vị phần mềm solidworks) Nhận xét: - Biến dạng chủ yếu tập chung phần rulo - Chuyển vị lớn nhất: 6.37e-04=0.116 (mm) - Hệ số chuyển vị nhỏ chứng minh khả không bị biến dạng rulo cứng vững trước tải trọng cống đặt lên 53 Hình 4.8: Hệ số an tồn rulo (Hình ảnh truy xuất từ chức mơ hệ số an tồn phần mềm Solidworks) -Hê số an toàn: 59 => Thỏa mãn hệ số an tồn -Rulo có hệ số an toàn cao vượt hệ số an toàn đặt -Độ an toàn cao kết cấu vững hạn chế rủi ro kết cấu 54 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 5.1 Đánh giá nhận xét vận hành thiết bị phía doanh nghiệp STT Hạng mục đánh giá Thao tác vận hành Độ an tồn Năng suất Vệ sinh, bảo trì bảo dưỡng 5.2 Tổng quan vận hành thiết bị Ưu điểm: - Có hệ thống làm mát lưỡi cắt, giúp tăng suất đáng kể - Khung máy chắn, chịu tải trọng tốt - Vận hành máy đơn giản, an toàn - Hạn chế bụi mịn - Dễ dàng bảo trì, sửa chữa - Máy cắt ống cống bê tơng có tuổi thọ, độ bền cao, giá hợp lí Nhược điểm: - Máy gây tiếng ồn lớn vận hành 55 KẾT LUẬN Nhóm nghiên cứu, thiết kế thành công Máy cắt ống cống bê tông Máy sau hoàn thành đạt yêu cầu kỹ thuật đặt công ty Việc đưa Máy cắt ống cống bê tông vào sử dụng trình sản xuất giúp tăng suất chất lượng ống cống cắt Máy cắt ống cống bê tơng đạt suất từ 3-5 ống cống/ so với việc sử dụng phương pháp cắt thủ công ống cống/ Máy vận hành ổn định điều kiện suốt thời gian hoạt động Kết cấu máy thiết kế tinh chỉnh tối giản không lấn chiếm diện tích khó khăn việc di chuyển mà đảm bảo tiêu chuẩn độ cứng vững Đặc biệt máy cắt cống sản phẩm máy cắt bán tự động cải tiến từ máy cắt thủ công thị trường Qua đó, giải vấn đề nhân lực, thời gian cho sản phẩm thẩm mĩ, xác 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mechanics of materials, Ferdinand P Beer, E Russell Johnston, John T Dewolf, McFraw-Hill, 2012 [2] Sức bền vật liệu, Đỗ Kiến Quốc, Nguyễn Thị Hiền Lương, Bùi Công Thành, Lê Hoàng Tuấn, Trần Tấn Quốc, NXB ĐHQG TP.HCM-2004 [3] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2004 [4] Trịnh Chất - Lê văn Uyển, 1993 Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, NXB Giáo dục [5] Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Gs Nguyễn Đắc Lộc, NXB Khoa học Kỹ thuật 57 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ... đáng Một số loại máy cắt thông dụng sử dụng nhiều nay: - Máy cắt bê tông chay xăng - Máy cắt bê tông chay điện - Máy cắt bê tông cầm tay - Máy cắt bê tông xe đẩy - Máy cắt bê tông sử dụng dây... cắt ống cống nhóm đề tài chọn sử dụng rulo có tác dụng đỡ cống bê tông, rulo quay làm cho cống bê tơng quay Máy cắt đặt vị trí dễ dàng hoạt động Khi rulo quay tác động lên ống cống làm ống cống. .. then 34 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY CẮT ỐNG CỐNG BÊ TÔNG BÁN TỰ ĐỘNG 3.1 Khung chịu tải Hình 3.1: Kết cấu khung máy cắt 3.1.1 Yêu cầu từ doanh nghiệp Máy cắt ống cống có đường kính từ Ø300mm