BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY XOẮN CÁP ĐÔI DESIGN OF PAIR CABLE TWISTING MACHINE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA CƠ KHÍ -oOo - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY XOẮN CÁP ĐÔI DESIGN OF PAIR CABLE TWISTING MACHINE Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PHẠM HUY HOANG TRẦN NGỌC TRƯỜNG Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 04 năm 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại Học Bách Khoa- ĐHQG TP HCM, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí Ban Tổ chức Hội nghị tạo điều kiện cho chúng em điều kiện thuận lợi để báo cáo tốt báo tìm hiểu thêm kiến thức bổ ích cho báo Em cảm ơn thầy Ban thư kí, Ban chun mơn, Đồn niên Khoa Cơ Khí tham gia vào cơng tác tổ chức hội nghị Và trân gửi lời cảm ơn đến q thầy Khoa Cơ Khí tham gia phản biện, góp ý hồn thiện báo Em cảm ơn thầy Phạm Huy Hoàng hướng dẫn em hoàn thành tốt báo Trân trọng cảm ơn CHƯƠNG 1: TẠO Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 1.1 Đặt vấn đề: - Nhu cầu dây cáp điện sử dụng để truyền tải mạng điện cao áp, trung áp, hạ áp ngành công nghiệp, dân dụng ngày tăng Đồng thời nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa nên nhà máy, khu dân cư ngày tăng nhu cầu dây điện tăng theo - Trước đây, thường có xu hướng nhập thiết bị, máy móc, cơng nghệ nước ngồi tự chế tạo sản xuất giá thành giảm cịn 0.5-0.7 lần giá nhập - Dây cáp điện gồm nhiều sợi bện lại có nhiều ưu điểm so với dây điện lõi lớn giảm điện trở, độ bền độ dẻo dai cao hơn,… -> Do máy xoắn cáp thiết bị cần thiết phục vụ cho việc sản xuất dây cáp điện nhiều lõi thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa 1.2 Nhận dạng khách hàng: - Tiến hành thu thập thông tin từ đối tượng: Công ty sản xuất máy móc, khách hàng mua máy, cơng nhân trực tiếp vận hành,cơ quan kiểm định, công ty vận chuyển 1.3 Xác định nhu cầu khách hàng: 1.3.1 Đối với khách hàng cơng ty sản xuất máy móc: - Dễ chế tạo - Cơ cấu truyền động đơn giản - Có hệ thống điều khiển 1.3.2 Đối với khách hàng công ty mua máy: - Máy xoắn cáp - Điều chỉnh tốc độ, chiều quay - Năng suất cao - Độ bền tốt, làm việc lâu dài - Giám sát số lượng sản phẩm tốc độ quay khung quay, tang - Dễ sửa chữa, thay - Giá thành rẻ - Kích thước nhỏ gọn - Tùy chỉnh số sợi dây - Cách điều khiển máy đơn giản, tốn nhân công 1.3.3 Đối với khách hàng quan kiểm định: - An toàn điện - An toàn vận hành 1.3.4 Đối với khách hàng công nhân: - Dễ vận hành - Dễ bảo dưỡng - Dễ lắp đặt 1.3.5 Đối với khách hàng công ty vận chuyển: - Kích thước trọng lượng sản phẩm giới hạn cho phép - Các phần có thiết bị điện tử tách riêng để vận chuyển riêng 1.4 Đánh giá tầm quan trọng số nhu cầu khách hàng: 1.4.1 Đối với khách hàng công ty mua máy: - Máy xoắn cáp -> Ưu tiên hàng đầu mua máy máy phải cho sản phẩm - Điều chỉnh tốc độ, chiều quay - Năng suất cao - Tùy chỉnh số sợi dây -> Sau máy chạy sản phẩm cần quan tâm đến khả hiệu chỉnh sản phẩm suất Đối tượng hướng đến để mua máy công ty lớn đồng thời sản phẩm dây cáp điện nên đòi hỏi yêu cầu sản lượng lớn Vì yêu cầu tầm quan trọng - Độ bền tốt, làm việc lâu dài -> Sản phẩm dây cáp điện nên phần thay đổi chủ yếu thiết kế vỏ bọc bên ngồi cịn phần xoắn dây lõi nên đòi hỏi máy phải làm việc lâu dài - Giám sát số lượng sản phẩm tốc độ quay khung quay, tang -> Khi yêu cầu sản phẩm suất độ bền đạt lúc cơng ty quan tâm đến phần kiểm sốt số lượng sản phẩm Về dựa vào tổng nguyên liệu trước xoắn dây tính số lượng sản phẩm qua máy dây cáp xoắn lại khơng có tổn thất Do u cầu khơng cần quan tâm nhiều có tốt, chẳng hạn q trình xoắn dây cáp bị đứt phải nối lại làm tổn thất lúc có phần kiểm sốt sản phẩm xác định xác số lượng sản phẩm có - Cách điều khiển máy đơn giản, tốn nhân cơng -> Khi máy móc có cách điều khiển đơn giản thời gian để đào tạo người công nhân vận hành nhanh hơn, chi phí đào tạo giảm xuống đồng thời với cơng việc khơng địi hỏi nhiều chất xám lương trả thấp Số lượng nhân công để vận hành máy cơng ty giảm bớt chi phí lương chi phí bảo hiểm, ăn ở, lại,… - Dễ sửa chữa, thay - Giá thành rẻ - Kích thước nhỏ gọn -> Đối với cơng ty lớn diện tích nhà xưởng lớn, giá thành quan tâm so với yêu cầu kỹ thuật có sẵn đội ngũ kỹ sư để sửa chữa Nên u cầu có tầm quan trọng so với yêu cầu 1.4.2 Đối với khách hàng công nhân: - Dễ vận hành -> Ưu tiên hàng đầu người công nhân việc vận hành máy, máy dễ sử dụng người cơng nhân dễ dàng việc vận hành máy, cuối người đứng máy người cơng nhân - Dễ bảo dưỡng - Dễ lắp đặt -> Đối với cơng việc bảo dưỡng tiến hành, thường tháng năm bảo dưỡng lần, mà có đội ngũ kỹ sư tư vấn phần lắp đặt bên công ty sản xuất hỗ trợ mua máy nên người cơng nhân quan tâm 1.4.3 Đối với khách hàng công ty vận chuyển: - Kích thước trọng lượng sản phẩm giới hạn cho phép -> Máy xoắn cáp gồm khung quay, hộp tốc độ, tang cuốn, … chi tiết có kích thước tương đối lớn nên máy sản xuất mà để ngun vận chuyển khó, có cơng ty có khả vận chuyển hàng kích thước lớn Do làm giảm khả cạnh tranh công ty nhỏ - Các phần có thiết bị điện tử tách riêng để vận chuyển riêng -> Thiết bị điện tử máy xoắn cáp hệ thống điều khiển, hình hiển thị tách riêng dễ đảm bảo an tồn q trình vận chuyển 1.4.4 Đối với khách hàng công ty kiểm định: - An toàn điện - An toàn vận hành -> Đối với việc kiểm định an tồn phần quan trọng 1.4.5 Đối với khách hàng công ty sản xuất: - Dễ chế tạo - Cơ cấu truyền động đơn giản - Có hệ thống điều khiển -> Ưu tiên công ty chế tạo dễ chế tạo, thiết kế có cấu khó khăn việc chế tạo cơng ty khơng làm phải đặt gia công bên công ty khác làm cho giá thành sản phẩm tăng lên nhiều 1.5 Các giải pháp kỹ thuật để đáp ứng nhu cầu khách hàng: Máy xoắn cáp Gắn cuộn dây lên khung quay, việc xoắn dây nhờ khung quay quanh trục Các cuộn dây đặt cố định vị trí xưởng khung không quay, việc xoắn cáp thực nhờ tang dây tự quay quanh trục Trên khung quay có Tùy chỉnh số sợi sẵn vị trí để gắn dây cuộn dây tang thành phẩm đứng yên Bố trí xung quanh thêm cuộn dây yêu cầu tang thành phẩm phải quay Truyền động Thủy lực Cơ khí An tồn điện Nối đất Cầu dao chống giật ELCB Kích thước nhỏ gọn Bố trí dùng khung Bố trí khung dây với dây, khung dây có số dây quấn lớp Các cuộn dây nhiều vị trí gắn khung đặt khung cố cuộn dây (khung dài) Đối với dây xoắn định Đối với dây xoắn lớp lớp chạy lần phải chạy lần xong Dùng hộp tốc độ có Dùng biến tần Điều chỉnh tốc đảo chiều độ, chiều quay Dùng loadcell cân Giám sát số Dùng encoder để đo trọng lượng thành lượng sản phẩm tốc chiều dài tốc độ phẩm encoder đo độ quay khung tốc độ quay An toàn vận hành Đặt máy khu vực riêng Che chắn truyền không cho công nhân cẩn thận tiếp xúc Hệ thống điều khiển Dùng relay Dùng PLC Kích thước trọng lượng giới hạn cho phép Chia máy thành nhiều modun để chế tạo Chế tạo vật liệu nhẹ nhôm Các thiết bị điện tử tách riêng Tại vị trí kết nối thiết kế jack cắm để tháo rời Cẩn trọng q trình vận chuyển Số động điện Dùng động có cơng suất lớn dẫn động tồn máy Dùng nhiều động nhỏ dẫn động riêng cho phận Dễ dàng lắp đặt cuộn nguyên liệu Sở dụng ròng rọc nâng hạ cuộn dây Sử dụng cấu cóc 1.6 Đánh giá theo trọng số mối liên hệ nhu cầu giải pháp: 1.6.1 Máy xoắn cáp: Nhu cầu Máy xoắn cáp Giải pháp Quan hệ Gắn cuộn dây lên khung quay Các cuộn dây đặt khung không quay -> Các cuộn dây gắn lên khung nên khung quay kết hợp với chuyển động tịnh tiến dây cáp tạo chuyển động xoắn, tang thành phẩm thực chuyển động dây để tạo chuyển động tịnh tiến Nhược điểm gắn cuộn dây lên khung nên làm cho khối lượng khung lớn, đòi động dẫn động phải có cơng suất lớn, hộp tốc độ có kích thước lớn Cịn phương án cịn lại thay khung dây quay tang lúc thực chuyển động dây tạo chuyển động tịnh tiến tự quay quanh trục để tạo thành chuyển động xoắn ,các cuộn dây lúc đặt cố định khung không quay Ưu điểm phương án có tang thành phẩm quay nên khối lượng nhỏ so với khung dây quay, số lượng hộp tốc độ cần lúc hộp cho tang Nhược điểm việc tang vừa phải tạo chuyển động tịnh tiến vừa phải quay quanh trục khó, cấu để tạo chuyển phức tạp so với phương án khung dây quay nhiều 1.6.2 Tùy chỉnh số sợi dây: Nhu cầu Giải pháp Quan hệ Tùy chỉnh số sợi dây Trên khung quay có sẵn vị trí để gắn cuộn dây tang thành phẩm đứng yên Bố trí xung quanh thêm cuộn dây yêu cầu tang thành phẩm phải quay -> Với việc tùy chỉnh số sợi dây phương án có khả hoạt động nhau, tùy chỉnh cách dễ dàng 1.6.3 Truyền động: Nhu cầu Truyền động Giải pháp Quan hệ Cơ khí Thủy lực -> Vì máy xoắn cáp khơng có u cầu đặc biệt truyền động, cấp tốc độ không cần nhiều nên ưu tiên dùng truyền động khí để giảm giá thành máy móc 1.6.4 Kích thước nhỏ gọn: Nhu cầu Kích thước nhỏ gọn Giải pháp Quan hệ Bố trí dùng khung dây, khung dây có nhiều vị trí gắn cuộn dây (khung dài) Bố trí khung dây với số dây quấn lớp khung Các cuộn dây đặt khung cố định -> Đối với phương án yêu cầu tang quay nên trường hợp bị đánh giá thấp Còn phương án dùng khung quay nên tốn diện tích sản xuất số lượng lớn mà dây xoắn lớp yêu cầu sau xoắn xong lớp thứ đem cuộn dây quay trở lại để xoắn lớp thứ 2, tốn thời gian để điều chỉnh máy thêm số cuộn dây khung quay Cịn phương án dùng khung quay nên tốn diện tích với khung quay điều chỉnh số cuộn dây khung phù hợp với lớp, sau xoắn lớp thứ khung dây cáp tiếp tục xoắn tiếp lớp thứ cho sản phẩm hồn thiện, khơng cần xoay vịng sản phẩm nên suất cao hơn, không cần tốn thời gian điều chỉnh máy móc lần xoắn phương án 1.6.5 Điều chỉnh tốc độ, chiều quay: Nhu cầu Giải pháp Quan hệ Điều chỉnh tốc độ, chiều quay Dùng hộp tốc độ có đảo chiều Dùng biến tần -> Vì khung quay hay tang có khối lượng nên việc dùng hộp tốc độ để điều chỉnh cho giá thành rẻ hơn, dùng biến tần cơng suất phải lớn mà giá biến tần cao Vận hành biến tần đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức cịn dùng hộp tốc độ việc điều chỉnh cấp tốc độ đơn giản, không đòi hỏi nhiều người vận hành 1.6.6 Giám sát: Nhu cầu Giám sát số lượng sản phẩm tốc độ quay khung Giải pháp Quan hệ Dùng encoder để đo chiều dài tốc độ Dùng loadcell cân trọng lượng thành phẩm encoder đo tốc độ quay -> Về phần đo tốc độ khung quay nên dùng encoder để dễ dàng giám sát tốc độ Cịn giám sát sản phẩm nên dùng loadcell để kiểm soát trọng lượng dễ so với việc đo chiều dài thành phẩm trước vào tang thành phẩm Trên cảm biến đo chiều dài có lăn cần phải tiếp xúc với dây sau xoắn để đo chiều dài nên lần làm sản phẩm phải cài đặt lại vị trí cảm biến cịn dùng loadcell khơng cần cài đặt cả, cần đặt cuộn quấn lên cảm biến bắt đầu ghi nhận số liệu 10 Quy tắc phối hợp: Tỷ số truyền truyền bánh răng: + Đường kính bánh đường kính tang = 2000 (mm) + Chọn modun bánh m = + Đường kính bánh nhỏ: + Tỷ số truyền truyền bánh răng: Tỷ số truyền truyền xích: ix = 1,25 2.4.2 Khung mang 18 cuộn dây cáp phôi: + Khối lượng cuộn 80 (kg) Khối lượng 18 cuộn : 18.80 = 1440 (kg) + Đườg kính khung quay: Dkhung = 1350 (mm) + Bề dày khung: l = 32 (mm) + Thể tích khung: V = S l = 0,046 ( ) + Khung làm vật liệu khối lượng thép có khối lượng riêng : + Khối lượng khung : m = V.D = 0,046.7800 = 358 (kg) + Tiết diện thanh: Chiều dài : Khung 18 = x + Thể tích : + Khối lượng : m = V.D =0,21.7800=163,8 (kg) 18 + Khối lượng khung : + Khối lượng tổng cộng khung cuộn dây: + Moment quán tính khối lượng : + Moment quán tính : + Tiết diện lớn tao cáp = mm + Kiểm tra độ bền : + Để uốn thì: Với 18 dây ta có:18x16,96=306 (Nm) - Moment cản khơng khí: - Moment ma sát: - Tổng moment cản tác dụng lên khung mang 18 dây : 2.4.3 Khung mang 12 cuộn dây cáp phôi: + Khối lượng 12 cuộn dây: 12.80 = 960 (kg) 19 + Khối lượng khung: Dkhun g = 1350 (mm), bề dày l = 32 (mm) + Thể tích khung: V = S l = 0,046 ( ) + Đỉa làm vật liệu khối lượng thép có khối lượng riêng : + Khối lượng khung : m = V.D = 0,046.7800 = 358 (kg) + Tiết diện thanh: + Thể tích : + Khối lượng : m = V.D =0,014.7800=112,32 (kg) + Khối lượng khung : + Khối lượng tổng cộng khung cuộn dây: + Moment quán tính khối lượng : + Moment quán tính : + Tiết diện lớn tao cáp = mm + Kiểm tra độ bền : 20 + Để uốn thì:  Với 12 dây ta có:12 x 16,96 = 203,52 (Nm) + Moment cản khơng khí: + Moment ma sát: + Tổng moment cản tác dụng lên khung mang 12 dây : 2.4.4 Tính cơng suất trục khung:  Khung 18 dây Công suất khung Tra bảng ta chọn :  Khung 12 dây + Công suất khung Tra bảng ta chọn : 2.4.5 Tính tốn tang:  Moment cản qn tính + Tính khối lượng tang: 21 + Tính moment khối lượng + Tính moment cản : Hai tang có kích thước, khối lượng số vịng quay giống nên có moment cản qn tính + Tính moment cản khối lượng dây Với cuộn 18 12 ta có:  Lực cản ma sát gây + Đường kính lớn dây 22  Lực ép khuôn gây ra: F = 840 (N) =840.0,15=126(N)  Lực moment xoắn gây + Khung 18 cuộn dây: F=18.183,6=3305 (N) + Khung 12 cuộn dây: F=12.122,4=1468 (N)  Tổng lực ma sát + Quy lực điểm tang : + Tổng moment quy trục tang: 2.4.5 Số dây tang cuốn: Z =Z1 +Z2 +Z3 • Z1 =a.H/( D)=0,85.10/3,14.2=1,35 • Z2 chọn từ 1,5-2 ta chọn 1,5 • Z3 ta chọn Suy Z= 3,85 Số lớp cáp tang lấy gần : Z= Z1/n N= Z/ Z1 = 2,85 chọn 2.4.6 Cơng suất trục tang: 23 Ta có: Tra bảng ta chọn : 2.4.7 Chọn động cơ: Công suất động cơ: Chọn loại động điện xoay chiều, công suất kể đến hệ số công suất cos ϕ CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ BỘ PHẬN LÀM VIỆC Tính toán thiết kế khung quay (nơi gắn cuộn dây cấp liệu): - Các cuộn dây nguyên liệu thường có kích thước lỗ trục đường kính 140 mm dài 300 mm - Khung quay cần thiết kế hình dạng phù hợp để vừa gắn cuộn dây nguyên liệu vừa có khối lượng nhẹ -> Khung quay có dạng mâm, mâm có trục để gắn cuộn dây nguyên liệu - Đối với mâm xoay thứ bố trí trục nhỏ chia mâm để gắn cuộn nguyên liệu - Đối với mâm xoay thứ hai gồm 12 trục nhỏ, trục chia trục bên chia mâm Hình vẽ mơ tả mâm xoay: 24 Hình 4: Mâm xoay thứ Hình 5: Mâm xoay thứ 25 Hình vẽ 3D mâm xoay: Hình 6: Hình 3D mâm xoay Hình 7: Hình 3D mâm xoay 26 27 28 CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ ĐIỆN Mạch khởi động từ cho động cơ: 29 30 CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG Máy xoắn cáp có giá thành tương đối cao khơng thay đổi thường xuyên được, máy thiết kế để vận hành lâu dài Các cấu truyền động máy đơn giản, dễ bảo dưỡng, bảo trì Do nhóm đề xuất cách vận hành bảo dưỡng máy 5.1 Bảo quản máy trình sử dụng:  Trước khởi động cho máy chạy cần kiểm tra lượng dầu bôi trơn hộp giảm tốc hộp tốc độ, đảm bảo lượng dầu mức cho phép, Cần kiểm tra xung quanh máy, xem có vật cản vùng quay mâm xoay không  Yêu cầu công nhân đứng máy phải hiểu rõ chuyển động vận hành máy để xử lý cố q trình vận hành Khi làm việc,  Trong máy có trục dài để truyền chuyển động cần đảm bảo khơng có vật cản quanh trục, khơng để trục bị va đập từ bên làm cong trục ảnh hưởng đến độ ổn định truyền động  Nguồn điện pha chạy motor cần ổn định, không chập chờn  Đảm bảo phân bố cuộn dây nguyên liêu mâm xoay để đảm bảo độ ổn định cho mâm xoay nhanh  Khi thay đổi cấp tốc độ hộp tốc độ cần đảm bảo ăn khớp bánh răng, bánh chưa ăn khớp hoàn toàn mà tiến hành chạy máy làm hỏng hộp tốc độ  Tiến hành vệ sinh bụi bẩn kiểm tra lại máy trước kết thúc công việc 5.2 Bảo quản máy q trình khơng sử dụng: o Làm bụi bẩn bám máy, vị trí ổ bi cần tra mỡ tiến hành che chắn cẩn thận Đảm bảo mơi trường xung quanh khơ thống để hạn chế han gỉ o Ngắt toàn nguồn điện vào motor 5.3 Bảo quản máy định kỳ: o Thường xuyên kiểm tra lượng dầu bôi trơn hộp giảm tốc hộp tốc độ, sau thời gian làm việc định cần tiến hành thay dầu bôi trơn thay dây đai 31 KẾT LUẬN CHUNG VỀ SẢN PHẨM: Nhìn chung sản phẩm thiết kế đáp ứng nhu cầu thiết kế đề ban đầu Các sản phẩm thiết bị đáp ứng hầu hết tồn nhu cầu dây cáp điện sử dụng truyền tải điện dân dụng Thiết bị có cấu tạo đơn giản bao gồm cấu truyền động khí thơng dụng nên việc bảo trì sửa chữa đơn giản, linh kiện phụ tùng dễ dàng tìm mua thị trường Việc điều khiển máy đơn giản nên dễ dàng cho công nhân điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thanh Nam, Phương pháp thiết kế kỹ thuật, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập 1,2), Nhà xuất Giáo dục, 2003 [3] Nguyễn Hữu Lộc, Chi tiết máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM 32