Nghiên cứu, thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma cắt ống thép không gỉ

TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ MANG ĐẦU CẮT PLASMA CẮT ỐNG THÉP KHÔNG GỈ Bài thuyết minh đồ án bao gồm phần sau: - Tìm hiểu thép khơng gỉ dạng ống phƣơng pháp cắt hồ quang plasma; - Phân tích, đánh giá ƣu nhƣợc điểm loại thiết bị mang đầu cắt plasma sẵn có; - Đề xuất nguyên lý phƣơng án thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma; - Tính tốn thiết kế hồn chỉnh cụm thiết bị mang đầu cắt plasma; Sau nghiên cứu thực hiện, em hồn thành mơ hình thiết kế cụm thiết bị mang đầu cắt plasma, mô đƣợc chuyển động cắt ống thép phần mềm Creo Parametric 3.0, nhiên mơ hìnhthiết kế phần mềm cịn nhiều hạn chế nhƣ tính thẩm mỹ chƣa đạt đƣợc tốt nhất, thiết kế khí chƣa đƣợc tối ƣu…Vì thế, để nâng cao tính hồn thiện, tạo mơ hình hóa sản phẩm đạt chất lƣợng cao cần nghiên cứu phát triển đồ án ABSTRACT RESEARCH AND DESIGN PLASMA CUTTING EQUIPMENT TO BRING FIRST STAINLESS STEEL PIPE CUTTING The report projects include the following: - Research tubular stainless steel and method for plasma arc cutting - Analyze and evaluate the advantages and disadvantages of various types of equipment available to bring plasma cutting; - Proposal for principles and design options of equipment bearing plasma cutting; - Calculation of complete design instrument cluster carries plasma cutting; After studying and performing, I have completed the design model cluster brings plasma cutting equipment, has simulated moving cutting steel tube on Creo Parametric 3.0 software, however the pattern design on software longer limitations as aesthetic yet to reach the best mechanical design is not optimal Therefore, to improve the completeness, modeling creates high-quality product research and development to map further projects iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iv LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ iix CHƢƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 1.5.2.1 Phƣơng pháp lý thuyết 1.5.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG : TỔNG QUAN 2.1 Phân loại ống thép theo công nghệ 2.1.1 Ống thép đúc 2.1.2 Ống thép hàn 2.2 Phân loại ống thép theo vật liệu 2.2.1 Ống thép tròn đen 2.2.2 Ống thép mạ kẽm v 2.2.3 Ống thép không gỉ 2.3 Sơ lƣợccác loại ống thép không gỉ thông dụng 2.3.1 Ống thép không gỉ loại SS 201 2.3.2 Ống thép không gỉ loại SS 304 10 2.4.Công nghệ cắt ống thép không gỉ hồ quang plasma (cắt plasma) 11 2.4.1 Khái niệm plasma 11 2.4.2 Nguyên lý phƣơng pháp cắt plasma 13 2.4.3 Đặc điểm phƣơng pháp cắt plasma 13 2.4.4 Ứng dụng phƣơng pháp cắt plasma 14 2.4.5 Ƣu, nhƣợc điểm phƣơng pháp cắt plasma 14 2.4.6 Máy cắt plasma 15 2.4.7 Nguyên lý hoạt động máy cắt plasma 16 2.4.8 Chọn khí sử dụng cắt plasma 18 2.4.9 An toàn lao động sử dụng máy cắt plasma 20 2.5.Nguyên lý hoạt động mỏ cắt plasma 22 CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 3.1 Các loại đầu cắt plasma thị trƣờng 25 3.2.Các loại thiết bị mang đầu cắt plasma 25 3.3 Quá trình khảo sát thực nghiệm cắt thép ống Trƣờng Cao Đẳng Nghề Bà Rịa Vũng Tàu 28 3.3.1 Chuẩn bị trình cắt 28 3.3.2 Quá trình cắt 29 3.3.3 Kết thu đƣợc 30 3.3.4 Đánh giá kết luận 31 CHƢƠNG 4: ĐỀ XUẤT NGUYÊN LÝ VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 33 4.1 Phân tích đối tƣợng theo yêu cầu đề tài 33 4.2 Đề xuất phƣơng án thiết kế cụm thiết bị mang đầu cắt plasma 33 4.2.1 Phƣơng án thiết kế cấu mang đầu cắt di chuyển dọc ống 34 4.2.2 Phƣơng án thiết kế cấu mang đầu cắt di chuyển vng góc ống 35 4.2.3 Phƣơng án thiết kế cấu điều chỉnh góc cắt vát 36 4.2.4 Phƣơng án thiết kế cấu mang đầu cắt chuyển động quay tròn quanh ống 39 vi 4.2.4.1 Phƣơng án không sử dụng đối trọng 40 4.2.4.2 Phƣơng án sử dụng đối trọng 40 CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾTHIẾT BỊ MANG ĐẦU CẮT PLASMA 42 5.1 Kết cấu tổng thể cụm thiết bị mang đầu cắt plasma 42 5.2 Tính tốn thiết kế 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 vii DANH MỤCHÌNH ẢNH Hình 2.1 Quy trình cơng nghệ thép hàn Hình 2.2 Ống thép trịn đen Hình 2.3 Ống thép mạ kẽm Hình 2.4 Ống thép không gỉ Hình 2.5 Khí Plasma 12 Hình 2.6 Ngọn lửa plasma 12 Hình 2.7 Sự hình thành plasma tự nhiên 13 Hình 2.8 Nguyên lý phƣơng pháp cắt plasma 13 Hình 2.9 Máy cắt plasma 100I 17 Hình 2.10 Máy cắt plasma CNC 18 Hình 2.11 Mỏ cắt vật cắt 22 Hình 2.12 Điện cực trì tia plasma 22 Hình 2.13 Dịng khí phun 23 Hình 2.14 Khí thổi bị ion hóa 23 Hình 2.15 Sự hình thành hồ quang mồi 23 Hình 2.16 Hồ quang plasma làm nóng chảy kim loại 24 Hình 3.1 Một số loại đầu cắt plasma 25 Hình 3.2 Thiết bị cắt plasma cầm tay 25 Hình 3.3 Đầu cắt plasma đƣợc gắn robot 26 Hình 3.4 Đầu cắt plasma đƣợc gắn máy đột dập 27 Hình 3.5 Đầu cắt plasma máy CNC 27 Hình 3.6 Phôi ống thép không gỉ 28 Hình 3.7 Máy cắt Plasma Elettro 74 xƣởng môn Hàn Trƣờng Cao Đẳng Nghề BRVT 28 Hình 3.8 Động điểu khiển tốc độ quay ống hệ thống dẫn hƣớng lăn 30 Hình 3.9 Thực hành cắt ống thép khơng gỉ máy cắt plasma Elettro 74 30 Hình 3.10 Phoi sau cắt 31 Hình 3.11.Bề mặt mép ống sau cắt lần 31 Hình 3.12 Bề mặt mép ống sau cắt lần 31 Hình 4.1 Hình ảnh phân tích đối tƣợng cần thiết kế 33 Hình 4.2 Bộ truyền trục vít me đai ốc bi 34 Hình 4.3 Kết cấu cụm mang đầu cắt plasma chuyển động dọc ống 35 Hình 4.4 Kết cấu cụm mang đầu cắt plasma chuyển động vng góc ống 36 Hình 4.5 Sơ đồ động mâm chia tròn đơn giản 37 Hình 4.6 Kết cấu cụm mang đầu cắt plasma chuyển động xoay điều chỉnh góc cắt 38 Hình 4.7 Cơ cấu mang đầu cắt plasma quay trịn quanh ống 39 viii Hình 4.8 Phƣơng án khơng sử dụng đối trọng 40 Hình 4.9 Phƣơng án sử dụng đối trọng 41 Hình 5.1 Kết cấu tổng thể cụm thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma 42 DANH MỤC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ Bảng 4.2.1 So sánh phƣơng án thiết kế cấu mang đầu cắt plasma quay trịn quanh ống 29 Bảng 3.5.1 Thơng số máy cắt Plasma Elettro 74 xƣởng Hàn Trƣờng Cao Đẳng Nghề BRVT 41 ix CHƢƠNG : GIỚI THIỆU Từ cuối kỉ XIX, vật lý, hóa học môn khoa học khác phát mạnh Năm 1802, nhà bác học Nga V.V Pêtơrop tìm tƣợng hồ quang điện khả sử dụng nhiệt để làm nóng chảy kim loại Năm 1882 kỹ sƣ Bê-na-đớt dùng hồ quang cực than để hàn, cắt kim loại Năm 1888, ơng Sla-vi-nốp áp dụng cực điện nóng chảy – cực kim loại vào hồ quang điện Năm 1900-1902 cơng nghiệp sản xuất đƣợc bít Can-xi (CaC2) sau hàn khí, cắt khí đời Các phƣơng pháp cắt thông thƣờng (cắt ô-xy, cắt hồ quang điện ) cho phép cắt thép cacbon thấp, cắt đƣợc gang, thép hợp kim cao (trên 5%Cr), nhôm, đồng hợp kim chúng, sau ơ-xy hóa lớp đầu, nhanh chóng bề mặt kim loại chỗ bắt đầu cắt tạo nên màng ơ-xýt khó chảy có độ nhớt cao Cr2O3, Al2O3, SiO2… màng ơ-xýt làm cho q trình ơ-xy hóa khơng tiếp tục đƣợc bị ngắt mà muốn cắt đƣợc phải dùng phƣơng pháp cắt ô-xy thuốc Q trình cắt ơ-xy thuốc dựa sở đẩy bột thuốc vào vùng phản ứng để hịa tan hay làm nóng chảy ơ-xýt khó chảy đẩy chúng khỏi rãnh cắt Điều kiện cần thiết thuốc phải tự cháy mặt kim loại cắt đƣợc nung nóng khoảng cách bép cắt mặt kim loại phải tƣơng đối lớn, khoảng cách phụ thuộc chiều dày kim loại phƣơng pháp đẩy thuốc Khi cắt thép không gỉ chiều dày dƣới 100mm khoảng cách 1540mm Nhiệt lƣợng lửa nung nóng khơng nung nóng kim loại cắt mà cịn thuốc cơng suất lửa khơng đủ Thuốc đẩy vào rãnh cắt khơng cháy hết làm cho q trình cắt khơng bắt đầu đƣợc, không ổn định Trên thực tế cơng suất lửa nung nóng phƣơng pháp cắt o-xy thuốc lớn phƣơng pháp ô-xy thƣờng 1520%, khối lƣợng xỷ tạo thành nhiều lƣợng tiêu hao ô-xy phải nhiều để đẩy xỷ khỏi rãnh cắt Do bép cắt phải dùng lớn số phƣơng pháp cắt ô-xy thƣờng Cắt hồ quang lợi dụng sức nóng cột hồ quang để thổi kim loại nóng chảy lợi dụng sức thổi hồ quang để cắt đứt kim loại nóng chảy tạo thành đƣờng cắt Mặt cắt hồ quang cắt sần sùi, đồng thời đƣờng cắt rộng Do cắt hồ quang nói chung thƣờng dùng để cắt kim loại cắt ô-xy đƣợc, ví dụ nhƣ gang, đồng, thép khơng gỉ v.v… Các phƣơng pháp cắt đặc biệt (cắt o-xy dùng bột kim loại, cắt điện điện o-xy, cắt ôxy-dây kim loại) không đảm bảo mạch cắt phẳng suất cao Vào năm 1923 khái niệm vật lý trạng thái đặc biệt khí đƣợc gọi Plasma Trong trạng thái này, khí trở nên dẫn điện kết ion hoá ngun tử khí Do đƣợc biểu thị tƣơng ứng với trạng thái thứ tƣ vật chất Để đƣa đến trạng thái i-on hóa khí, cần phải có nguồn lƣợng thích hợp nhiệt hồ quang điện Bởi coi plasma dạng hồ quang đặc biệt mà nhiệt độ đƣợc nâng cao nhiều Trong kỹ thuật ngƣời ta cịn gọi hồ quang khuếch đại (tăng cƣờng) Với hồ quang plasma đáp ứng đƣợc mục đích kỹ thuật, đặc biệt hàn, cắt kim loại Với khả tác dụng kỹ thuật đặc biệt nên công nghệ, thiết bị cắt plasma thu hút nhiều nhà nghiên cứu nhà sản xuất, nhiều tài liệu kỹ thuật, nhiều đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến đƣợc cơng bố với số lƣợng tăng cao hàng năm lý thuyết nhƣ vấn đề thực tiễn sản xuất, phạm vi ứng dụng plasma ngày đƣợc mở rộng Ở nƣớc có công nghiệp phát triển nhƣ: Anh, Pháp, Mỹ , Đức ứng dụng công nghệ cắt plasma vào ngành đóng tàu, gia cơng đƣờng ống, xây dựng nhà máy điện nguyên tử, chế tạo máy, hóa chất ngành luyện kim Tới năm 1955 khó khăn cắt thép hợp kim, nhôm, đồng kim loại hợp kim đƣợc giải nhờ hãng Linder (Mỹ) đƣa đƣợc trình cắt Heli-Arc phƣơng pháp phổ biến lấy tên Cắt tia plasma (cắt plasma) Cho đến việc nghiên cứu khoa học ứng dụng công nghệ cắt Plasma, ứng dụng thiết bị lƣợng Plasma nguồn cung cấp không ngừng đƣợc nghiên cứu cải tiến phát triển, hệ máy liên tục đƣợc đời nhằm nâng cao chất lƣợng cắt, tốc độ cắt, nâng cao độ an toàn, giảm độc hại trình cắt nhƣ khả ghép nối chúng vào hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Máy cắt Plasma điều khiển chƣơng trình số ngày đƣợc ứng dụng rộng rãi gia công Cắt plasma đƣợc phát triển vào năm 1960 năm 1980 lên nhƣ phƣơng pháp hữu hiệu cho cắt thép thép tấm.Nó tạo phơi vụn bề mặt chế tạo xác hơn, hơn, nên sớm đƣợc phát triển rộng rãi.Với phát triển máy công cụ, công nghệ CNC đƣợc áp dụng vào cắt plasma nhƣng năm sau 1980 đến năm 1990, mang lại linh hoạt xác trƣớc Trong năm gần máy cắt kim loại NC, CNC đƣợc nhập nhiều vào Việt Nam đƣợc hoạt động số nhà máy, viện nghiên cứu, công ty liên doanh, trƣờng đào tạo cán kỹ thuật, trƣờng đào tạo nghề nhƣng hiệu khai thác máy cịn hạn chế Thiết nghĩ, nghiên cứu cơng nghệ cắt kim loại plasma khả ứng dụng thực tế sản xuất từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị mang đầu cắt plasma để cắt thép ống không gỉ vấn đề quan trọng 1.1 Tính cấp thiết đề tài Thép dạng ống nói chung thép khơng gỉ dạng ống nói riêng có vai trị quan trọng cơng trình xây dựng, thủy điện, dầu khí, giao thơng, hoá chất, thực phẩm…Trải qua gần kỷ đời phát triển, ngày thép không gỉ đƣợc dùng rộng rãi lĩnh vực dân dụng công nghiệp với 100 mác thép khác Ống thép nói chung ống thép khơng gỉ nói riêng đƣợc sử dụng nhiều công trình xây dựng từ nhà cửa, nhà xƣởng… đến cơng trình lớn đất nƣớc nhƣ hoạt động vận chuyển dung dịch khu công nghiệp, vận chuyển nƣớc từ nhà máy đến hộ dân, hoạt động khai thác dầu mỏ, khí đốt, thông dụng ống thép trở nên phổ biến với ngƣời dân Ở nƣớc ta nhu cầu sử dụng ống thép không gỉ sản xuất đời sống lớn, để đáp ứng nhu cầu phơi thép ống khơng gỉ phải đƣợc tạo cách nhanh chóng, liên tục Việc gia công cắt ống thép với thiết bị sử dụng đƣợc mua hoàn toàn từ nƣớc chƣa làm chủ đƣợc số lý sau: - Phƣơng pháp cắt plasma chƣa đƣợc ứng dụng nhiều nƣớc ta - Chƣa có nhiều nghiên cứu nƣớc thiết bị cắt plasma - Chi phí đầu tƣ thiết bị cắt ống thép tƣơng đối cao Qua đó, ta thấy nghiên cứu phƣơng pháp cắt ống công nghệ plasma giải tốn tìm thiết bị mang đầu cắt ln có ý nghĩa lớn việc đảm bảo suất cắt thép ống, chất lƣợng bề mặt ống thép sau cắt 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất đƣợc nguyên lý, kết cấu thiết bị mang đầu cắt ống thép không gỉ - Xác định đƣợc qui trình cắt plasma cắt ống thép khơng gỉ đánh giá chất lƣợng ống sau cắt 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn - Làm chủ đƣợc công nghệ cắt hồ quang plasma để tăng suất cắt kim loại dạng ống hạn chế khuyết tật cắt, kiểm tra đánh giá chất lƣợng bề mặt cắt - Tạo sở để tối ƣu hóa thơng số đầu vào cho quy trình cắt ống thép cơng nghệ cắt hồ quang plasma - Cơ sở phát triển quy trình cắt plasma thành tự động 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma với loại đầu cắt máy cắt plasma có sẵn - Thiết lập qui trình sử dụng vận hành thiết bị 1.4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu đề tài - Các loại ống thép dùng công nghiệp Đặc biệt loại ống thép không gỉ SS201 SS304 - Các phƣơng pháp cắt ống thép không gỉ - Công nghệ cắt ống thép phƣơng pháp cắt hồ quang plasma 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài là: - Ống thép khơng gỉ có đƣờng kính từ 100 mm tới 150 mm (4 inches – inches) - Các loại máy cắt plasma loại thiết bị mang đầu cắt sẵn có thị trƣờng phịng thí nghiệm - Vật liệu ống cắt, tính, chế độ cắt… - Sử dụng phần mềm creo 3.0 thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma mơ chuyển động q trình cắt 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận - Nghiên cứu từ phân tích lý thuyết, nguyên lý từ đƣa yêu cầu thiết kế - Dựa vào yêu cầu thiết kế dùng phần mềm mô đƣa nhiều phƣơng án từ lựa chọn phƣơng án tốt - Từ phƣơng án thiết kế đƣợc chọn tiến hành chế tạo thiết bị, thử nghiệm đánh giá thiết bị 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 1.5.2.1 Phƣơng pháp lý thuyết - Tổng hợp tài liệu sách, báo, tiêu chuẩn để so sánh, tìm hiểu ngun lý đầu cắt, phân tích nguyên lý, chuyển động, phạm vi ứng dụng từ đƣa nhiều phƣơng án lựa chọn yêu cầu tính tốn, thiết kế 1.5.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm - Kích thƣớc nhỏ, chịu đƣợc lực lớn - Chuyển động cách trơn tru có xác cao - Hoạt động liên tục bền bỉ thời gian dài Nhược điểm: - Hiệu suất thấp ma sát ren - Chóng mịn Hình 4.3 Kết cấu cụm mang đầu cắt plasma chuyển động dọc ống Các phận chính: Tay quay trục vít me; 2.Trục vít me; 3.Đai ốc bi ; Trục dẫn hƣớng ; Bộ phận công tác Nguyên lý hoạt động: Khi quay tay quay vịng đai ốc bi dịch chuyển đoạn chiều dài bƣớc ren trục vít me Từ ta xác định đƣợc số vịng quay cần thiết để thực chuyển động mong muốn cho phận cơng tác 5.Trục dẫn hƣớng có tác dụng dẫn hƣớng chịu lực cho truyền hoạt động.Bộ phận công tác trƣờng hợp đƣợc gắn (lắp) cấu mang đầu cắt di chuyển vng góc với ống thép trình bày phần dƣới 4.2.2 Cơ cấu mang đầu cắt plasma chuyển động vuông góc ống 35  Sử dụng truyền vít me đai ốc bi  Yêu cầu thiết kế: Đối với cấu mang đầu cắt plasma chuyển động vng góc ống phải điều chỉnh đƣợc khe hở cắt Với vật liệu khác nhau, bề dày thành ống khác khe hở khác Khe hở đƣợc điều chỉnh giới hạn hành trìnhbộ phận cơng tác di chuyển đƣợc Hình 4.4 Kết cấu cụm mang đầu cắt plasma chuyển động vng góc ống Các phận chính: Tay quay trục vít me; 2.Trục vít me; 3.Đai ốc bi ; Trục dẫn hƣớng ; Bộ phận công tác Nguyên lý hoạt động: Khi quay tay quay vịng đai ốc bi dịch chuyển đoạn chiều dài bƣớc ren trục vít me Từ ta xác định đƣợc số vịng quay cần thiết để thực chuyển động mong muốn cho phận cơng tác Trục dẫn hƣớng có tác dụng dẫn hƣớng chịu lực cho truyền hoạt động Bộ phận công tác trƣờng hợp đƣợc gắn (lắp) cấu mang đầu cắt xoay đƣợc để điều chỉnh góc cắt vát trình bày phần 4.2.3 Cơ cấu mang đầu cắt plasma xoay điều chỉnh góc cắt vát: Yêu cầu kĩ thuật: điều chỉnh đƣợc góc cắt biên dạng (góc cắt váp từ ÷ 45o) 36  Sử dụng truyền trục vít Ưu điểm: - Tỉ số truyền lớn - Làm việc êm, khơng ồn - Có khả tự hãm - Có độ xác động học cao Nhược điểm: - Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều - Vật liệu chế tạo bánh vít đắt tiền Bộ truyền trục vít có tính tự hãm thích hợp trongviệc sử dụng làm cấu phân độ (cơ cấu điều chỉnh đầu cắt plasma xoay góc để cắt vát) nên chọn truyền trục vít Sử dụng mâm xoay trịn chia độ với cấu truyền động trục vít- bánh vít Hình 4.5 Sơ đồ động mâm chia trịn đơn giản Bánh vít thƣờng có số z0=60, 90, 120, 180 đƣợc lắp cố định với mâm gá Trục vít ăn khớp với bánh vít có số đầu mối k=1 Tay quay lắp với vành du xích có khắc độ Dùng vạch khắc độ mâm chia 37 Dùng du xích tay quay để chia; du xích có khắc 20, 30, 40 ứng với bánh vít có 180, 120, 90 Mỗi vạch du xích tƣơng ứng với 1' Khi quay tay quay vòng, mâm chia quay đƣợc 1/z0 vòng hay 360/z0 độ Từ theo yêu cầu đặt ta dễ dàng điều chỉnh góc cắt cho phù hợp Hình 4.6 Kết cấu cụm mang đầu cắt plasma chuyển động xoay điều chỉnh góc cắt Các phận chính: Tay quay du xích; Canh chuẩn du xích; Mâm chia độ; Mâm gá xoay; Đầu cắt plasma; 6.Cụm mang đầu cắt plasma;7 Vít hãm trục vít; 8.Bánh vít; Trục vít Nguyên lý hoạt động:Khi quay tay quay du xích1 vịng tức trục vít quay đƣợc vịng,khi theo tỉ số truyền u bánh vít quay đƣợc 1/z0 vòng hay 360/z0 độ tức mâm gá xoay quay đƣợc 1/z0 vòng hay 360/z0 độ Từ theo yêu cầu đặt ta dễ dàng điều chỉnh đầu cắt góc cắt cho phù hợp Canh chuẩn du xích có tác dụng làm vạch chuẩn cho du xích bắt đầu lần cắt Vít hãm trục vít có tác dụng hãm trƣợt rentrên trục vít9sau canh chuẩn du xích q trình điều chỉnh góc xoay cắt,tăng độ xác cho cấu 4.2.4 Cơ cấu mang đầu cắt quay tròn quanh ống Yêu cầu thiết kế: 38  Cơ cấu mang đầu cắt quay tròn quanh ống phải có tốc độ chậm, ổn định điều chỉnh đƣợc  Chuyển động cắt êm cắt vết trịn quanh ống Hình 4.7 Cơ cấu mang đầu cắt plasma quay tròn quanh ống Các phận chính: Tay quay trục vít ; Bánh vít; Bánh xe quay trịn ; Bánh xích; Ống thép; Dây đai xích truyền động ; 7.Trục quay ; Trục vít; Nguyên lý hoạt động: Khi quay tay quay trục vít với vận tốc v1 làm trục vít quay tốc độ v1 Thông tỉ số truyền u truyền trục vít bánh vít quay với vận tốc v2, trục quay bánh xích quay trịn với vận tốc v2 (do lắp đồng trục với trục bánh vít 2) Với kẹp chặt dẫn hƣớng truyền động dây đai xích truyền động bánh xe quay tròn quanh ống làm cho cấu chuyển động tròn quanh ống thép 5, thực chuyển động cắt tròn nhƣ mong muốn 4.2.4.1 Phƣơng án 1: Không sử dụng đối trọng  Ƣu điểm: kết cấu đơn giản 39  Nhƣợc điểm: trọng tâm hệ bị lệch lớn so với tọa độ trọng tâm ban đầu nên khơng chuyển động đƣợc tải trọng khơng cân Hiệu suất cắt thấp Hình 4.8 Phƣơng án khơng sử dụng đối trọng 4.2.4.2 Phƣơng án 2: Sử dụng đối trọng  Nhƣợc điểm: kết cấu phức tạp  Ƣu điểm: Khi sử dụng đối trọng trọng tâm hệ khơng bị lệch nhiều, gần nhƣ đƣợc cân tải trọng theo phƣơng ngang Do cắt dễ dàng di chuyển cụm thiết bị, không bị nghiêng phía Hiệu suất cắt cao nhiều so với phƣơng án 40 Hình 4.9 Phƣơng án sử dụng đối trọng So sánh phƣơng án thiết kế cấu mang đầu cắt plasma quay tròn quanh ống STT Các phƣơng án Tiêu chí so sánh Khơng đối trọng Đối trọng Cấu tạo Đơn giản Khá phức tạp Thao tác vận hành Đơn giản Đơn giản Mức độ ổn định Thấp Cao Độ xác vị trí Thấp Cao Tuổi thọ Cao Cao Bảo trì, thay Đơn giản Đơn giản Chi phí Trung bình Trung bình Hiệu suất truyền động Thấp Cao Khối lƣợng Nhẹ Vừa Bảng 4.2.1 So sánh phƣơng án thiết kế cấu mang đầu cắt plasma quay trịn quanh ống Từ tiêu chí so sánh em chọn phƣơng án thiết kế phƣơng án 2: Sử dụng đối trọng 41 CHƢƠNG : TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỤMTHIẾT BỊ MANG ĐẦU CẮT PLASMA 5.1 Kết cấu tổng thể cụm thiết bị mang đầu cắt plasma Hình 5.1 Kết cấu tổng thể cụm thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma 5.2 Tính tốn khí 5.2.1 Tính tốn truyền trục vít Tính tốn thiết kế truyền trục vít có tham khảo tài liệu Sách Thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1,2 PGS TS Trịnh Chất - TS Lê Văn Uyển, Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam chủ yếu 42 Bộ truyền tay quay có vận tốc quay chậm ổn định điều chỉnh đƣợc ( phụ thuộc tay ngƣời vận hành) * Thông số đầu vào: Cơng suất truyền trục vít : P = 300 W Số vịng quay trục vít: n1 = 150 v/ph Momen xoắn trục vít: T1 = 9.55 × P n1 106 = 9.55 × 106 0.3 150 = 19100 (N mm) Vì truyền tay quay, có tải trọng nhỏ trung bình, làm việc thời gian ngắn nên điều kiện là: vs < mm/s vs : vận tốc trƣợt ren trục vít Chọn số mối ren đầu mối trục vít: Z1 = 1,30 ≤ u ≤ 80, chọn u = 40 ( theo dãy tiêu chuẩn) Tỉ số truyền đƣợc chọn theo tiêu chuẩn, giá trị u thực tế không đƣợc sai lêch 4% so với giá trị tiêu chuẩn Z2 = u.Z1 = 40 ( Z2 ≥ 28 để tránh tƣợng cắt chân răng) Chọn hệ số đƣờng kính q theo tiêu chuẩn cho 0,22 ≤ q/z2 ≤0,4 Do chọn q = 16 Chọn sơ  theo công thức:  = 0,9.(1- 𝑢 200 ) = 0,72 T2 = u..T1 = 40 0,72 19100 = 550080 N.mm  Tính sơ vận tốc trƣợt theo cơng thức: vsb = 4,5 10−5 n1 𝑇2 = 4,5 10−5 150 550080 = 0.5 mm/s< 2mm/s ( thõa mãn điều kiện ban đầu)  Từ chọn vật liệu nhƣ sau: Trục vít: thép C45, tơi bề mặt đạt độ cứng 40 ÷ 48 HRC Bánh vít: Gang xám loại GX 15- 32 43  Ứng suất tiếp xúc cho phép: Trục vít tơi tần số cao [𝜎H] = 200 – 35.0,5 =182,5 MPa Ứng suất tiếp xúc cho phép kiểm tra tải: [𝜎Hmax] = 1,65𝜎bF= 1,65.320 = 528 MPa 𝜎bF : giới hạn bền uốn ( tra bảng 7.1, trang 146 sách TKHDĐCK,tập 1) Ứng suất uốn cho phép: Đối với bánh vít gang quay chiều: [𝜎F] = 0,22.𝜎bF = 0,22.320 = 70,4 MPa Ứng suất uốn cho phép tải: [𝜎Fmax] = 0,6.𝜎bF= 0,6.320 = 192 MPa  Tính thiết kế: Xác định khoảng cách trục: aw , chọ sơ KH = 1,2 Tính sơ q theo công thức thực nghiệm q = 0,3.z2= 0,3.40 = 12 Theo bảng 7.3 (sách TKHDĐCK tập 1), chọn q = 12,5 T2= u.T1. = 40.19100 0,72 = 550080 N.mm Theo công thức (7.16) aw = ( 40+12,5) ( 170 40.182,5 )2 550080.1,2 12,5 = 160,62 Lấy aw = 160 Tính mơ đun m = 2.aw/(q+z2) = 2.160/(12,5 + 40) = 6,09 Theo bảng 7.3, chọn mô đun m = 6,3 𝑚 6,3 2 Do đó: aw = (q+z2) = 52,5 = 165,37 Lấy aw = 165, tính hệ số dịch chỉnh theo (7.18): x = (aw/m) – 0,5(q + z2) = (165/6,3) – 0,5(12,5+40) = - 0,06 (thỏa điều kiện -0,7 ≤ x ≤ 0,7) 44 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: Theo (7.21a) ; dw1= (q+2x)m = (12,5 +2.(-0,06)).6,3 = 78 Theo (7.21) γw= arctg[Z1/(q+2x)] =arctg[1/(12,5+2(-0,06))] = 4o61’ Theo (7.20), vs= 3,14.dw1 n1(60000.cosγw) = 3,14 78 150/(60000 cos4o61’) = 0,61 mm/s Với vs= 0,61 mm/s, theo bảng 7.6 chọn cấp xác 9, KHv = 1,3, KH𝛽=1 Theo công thức (7.19), ứng suất tiếp xúc 𝜎H = (170/40) ([(40 + 12,5)/165]^3 ).550080.1.1,3/12.5 𝜎H = 18,2 YF= 1,55 (bảng 7.8) KH =KF =KHv KH𝛽=1.1,3 = 1,3 Theo công thức (7.26): [𝜎F] = 1,4T2 YF KF /(b2.d2.mn), d2 =m.z2= 6,3.40 =252 𝜎F = 1,4.550080.1,55.1,3/(70.252.6,3/(cos4o61’)) 𝜎F = 13,9 < [𝜎F], điều kiện độ bền uốn đƣợc thỏa mãn Các thông số truyền: Khoảng cách trục : aw = 165mm Mô đun : m = 6,3 Hệ số đƣờng kính: q = 12,5 Tỉ số truyền: u = 40 Số ren trục vít số bánh vít : z1 = 1; z2 = 40 Hệ số dịch chỉnh bánh vít : x = - 0,06 Góc vít: γ = 4o61’ Chiều dài phần cắt ren trục vít: b1 = 14mm Chiều rộng bánh vít: b2 = 70mm Đƣờng kính vịng chia: d1= 78,75mm ; d2 = 252mm Đƣờng kính vịng đỉnh: da2 = 91,35;da1 = 263,84mm Đƣờng kính vịng đáy: df1 = 77,99mm ;df2 = 236,12 mm  Vận tốc vòng: Vận tốc vịng trục vít : v1 = 𝜋.𝑑1.𝑛1 60000 = 𝜋 78,75.150 60000 = 0,61 mm/s 45 Vận tốc vịng bánh vít v2= Vận tốc trƣợt: vs= 𝑚 𝑛1 19100 𝜋.𝑑2.𝑛2 60000 = 𝜋.252.3,75 (12 + 12,52 ) = 60000 6,3.150 19100 = 0,049 mm/s (12 + 12,52 ) = 0,62 mm/s Lực vịng trục vít lực dọc trục bánh vít : Ft1 =Fa2 = 2T1/d1= 2.19100/ 78,75 = 485 N Lực vịng bánh vít lực dọc trục vít : Ft2 =Fa1= 2T2/d2 = 2.550080/252 = 4365,7 N Lực hƣớng tâm trục vít bánh vít nhau: Fr1 =Fr2= Ft1.tgα = 485.tg20o= 176 N 46 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, tính tốn, thiết đồ án tốt nghiệp em đƣợc hoàn thành với kết đề tài nhƣ sau: Tìm hiểu đƣợc loại máy cắt plasma, loại đầu cắt plasma thiết bị mang đầu cắt plasma có thị trƣờng Phân tích, đánh giá ƣu nhƣợc điểm loại thiết bị Hồn thành thực nghiệm q trình cắt plasma cho thép ống không gỉ xƣởng thực hành Bộ môn Hàn Trƣờng Cao Đẳng Nghề Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu - Đề xuất đƣợc nguyên lý phƣơng án thiết kế cho cụm thiết bị mang đầu cắt plasma cắt ống thép không gỉ Clip mô động minh họa, tập vẽ chi tiết, vẽ lắp cụm thiết bị mang đầu cắt plasma Hoàn thành nhiệm vụ tính tốn thiết kế kết cấucụm thiết bị mang đầu cắt plasma Ưu điểm thiết bị: nghiệp Thiết bị hoạt động tƣơng đối ổn định Có thể cắt nhiều đƣờng ống với kích thƣớc bề dày thành ống khác Độ cứng vững cao, đảm bảo trình rung động vận hành Có thể ứng dụng rộng rãi lĩnh vực cắt ống sử dụng nhiều ngành công Nhược điểm thiết bị: Trọng lƣợng thiết bị lớn Chuyển động quay tròn quanh ống momen qn tính cịn lớn, chƣa đƣợc tối ƣu Trong trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm đề tài cịn gặp số hạn chế, khó khăn nhƣợc điểm sau: - Đề tài đƣợc thực ngƣời nên khối lƣợng công việc gấp đơi nhóm khác Do thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế, chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình tính tốn thiết kế Kiến nghị Tối ƣu hóa trọng lƣợng thiết bị Tính tốn thơng số vận tốc quay, lực tác động lên truyền tay quay để tối ƣu trình vận hành cắt ống 47 Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị mang đầu cắt plasma cắt ông thép không gỉ” chúng em tin đề tài phát triển đƣa vào sản xuất cách rộng rãi Với thời gian có hạn chúng em chƣa khắc phục đƣợc hạn chế máy, nên chúng em đề nghị khóa sau có theo đề tài chúng em bổ sung hồn thiện thêm, khắc phục hạn chế 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất ĐHQG TP.HCM [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (Tập 1, 2), NXB Giáo dục, Hà Nội 2006 [3] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lâm, Thiết Kế Chi Tiết Máy, NXB Giáo Dục, Hà Nội 2007 [4] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt, Công Nghệ Chế Tạo Máy, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2008 [5] Trần Quốc Hùng, Dung Sai Kỹ Thuật Đo, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2012 [6] Nguyễn Đắc Lộc – Lê Văn Tiến – Ninh Đức Tốn – Trần Xuân Việt - Sổ tay thiết kế khí (tập 1,2,3), NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội , 2004 [7] PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chí Sáng, Sổ tay thiết kế khí, tập 1, tập tập 3, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [8] Kiều Anh Dũng, Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu công nghệ cắt máy cắt Plasma với biên dạng khác nhau”, 10/2006 [9] Phan Văn Tiến, Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu chế tạo trục vít me bi công nghệ CAD/CAM/CNC, 12/2011 [10] Phần mềm tra cứu chi tiết khí tiêu chuẩn MISUMI [11]http://www.elettrocf.com/products/4/Plasma-metal-cutters/138/P00424-PLASMA-74 [12]https://maycatplasmacnc.wordpress.com/ [13]https://maycatplasmacnc.wordpress.com/2012/09/08/hello-world/ [14] http://www.weldcom.vn/ [15] Một số nguồn khác từ internet… 49 ... thiết kế hoàn chỉnh cụm thiết bị mang đầu cắt plasma 4.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế: - Đối với thiết bị cắt ống phải đảm bảo tiêu chí nhƣ sau: - Thiết bị cắt ống phải có: - Cơ cấu mang đầu cắt plasma. .. THUYẾT 3.1 Các loại đầu cắt plasma Hình 3.1 Một số loại đầu cắt plasma 3.2 Các loại thiết bị mang đầu cắt plasma: 3.2.1 Sử dụng cầm đầu cắt plasma tay: Hình 3.2 Thiết bị cắt plasma cầm tay 25 Ƣu... máy hạn chế Thiết nghĩ, nghiên cứu công nghệ cắt kim loại plasma khả ứng dụng thực tế sản xuất từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị mang đầu cắt plasma để cắt thép ống không gỉ vấn đề quan