Hcmute thiết kế bộ bộ thí nghiệm điều chế số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ ÐỒ GÁ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CƠNG NGHỆ HÀN ỐNG THÉP (60÷350) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG S K C 0 9 MÃ SỐ: T2015 – 32 S KC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 - 2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ ĐỒ GÁ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CƠNG NGHỆ HÀN ỐNG THÉP (60÷350) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG Mã số: T2015 – 32 Chủ nhiệm đề tài: GVTH VÕ ĐÔNG LAO TP HCM, 11/2015 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ ĐỒ GÁ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ HÀN ỐNG THÉP (60÷350) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG Mã số: T2015 – 32 Chủ nhiệm đề tài: GVTH VÕ ĐÔNG LAO TP HCM, 11/2015 Luan van MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ngồi nước: .1 Tính cấp thiết : Mục tiêu: Cách tiếp cận: Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu : CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN ỐNG 1.1 Tổng quan thép ống .4 1.2 Tổng quan loại đồ gá hàn quay .8 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG TAY VÀ PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG/MAG 11 2.1 Phương pháp hàn hồ quang tay 11 2.2 Phương pháp hàn MIG/MAG 19 CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VỀ ĐỒ GÁ HÀN QUAY 23 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ GIẢI PHÁP LỰA CHỌN 27 4.1 Sơ đồ nguyên lý 27 4.2 Tính toán chọn động 27 4.3 Tính tốn trục 29 4.4 Chọn khớp nối 34 4.5 Tính tốn then 34 4.6 Chọn ổ lăn .35 4.7 Mâm cặp chấu 37 4.8 Biến tần 37 4.9 Bản vẽ lắp vẽ chi tiết điển hình 40 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .48 Luan van THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế đồ gá nâng cao khả cơng nghệ hàn ống thép (60÷350) phương pháp hàn MIG/MAG - Mã số: T2015 - 32 - Chủ nhiệm: GVTH VÕ ĐÔNG LAO - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: - Tính tốn, thiết kế đồ gá nâng cao khả cơng nghệ hàn ống thép (60÷350) phương pháp hàn MIG/MAG Tính sáng tạo: - Vận dụng kiến thức tổng hợp để thiết kế đồ gá phục vụ giảng dạy Bộ môn Kết nghiên cứu: - Bản thiết kế đồ gá nâng cao khả cơng nghệ hàn ống thép (60÷350) phương pháp hàn MIG/MAG Sản phẩm: - Bản thuyết minh & CD - 01 báo đăng WEB/nội san khoa Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Góp phần nâng cao chất lượng cơng nghệ hàn ống - Phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học cấp Đại học, Sau đại học - Chuyển giao trực tiếp kết nghiên cứu Bộ môn, Công ty Trường Đại học liên quan Trưởng Đơn vị (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) GVTH VÕ ĐÔNG LAO Luan van MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước: Hiện nước cơng nghiệp phát triển có giải pháp cơng nghệ tiên tiến, mái móc đại, công nghệ cao như: CAD/CAM-CNC, đầu tư vốn lớn giải pháp hữu hiệu để góp phần nâng cao suất lao động, tạo điều kiện sáng tạo sản phẩm nhanh đáp ứng nhanh thị trường, việc thiết kế đồ gá để nâng cao tính cơng nghệ máy móc thiết bị vạn không cần thiết Thiết kế đồ gá chuyên dùng gia cơng khí nhằm để góp phần nâng cao suất chất lượng gia công cho máy móc vạn sản xuất vừa nhỏ nước phát triển có vốn đầu tư thấp phù hợp [1] DE102012200458 Rail guide for mobile welding, cutting- or handling equipment for carrying and leading processing objects at large construction conservations along contact contour of two elements of pipe-to-pipe-intersection, comprises two guide surfaces, 2012 [2] CN201009058 Automatic welding workstation for mobile pipe, 2008 [3] US6,617,548 Mobile device for automatic pipe welding, 2003 [4] Recognition and automatic tracking of weld line in welding of T-joint of pipes by an autonomous mobile robot with vision sensor Tác giả: Suga, Yasuo; Saito, Keishin; Sano, Takeshi; Ishii, Hideaki Nguồn: Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, C Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, 1996 [5] Development of mobile robot for pipe welding with visual sensor Tác giả: Suga, Yasuo; Shii, Hideaki; Saito, Keishin Nguồn: Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference, 1994 [6] Development of an autonomous mobile robot with a visual sensor for welding of pipe - butt welding of thin wall stainless steel pipes Tác giả: Ogawa, Koichi; Suga, Yasuo Nguồn: Bulletin of the University of Osaka Prefecture, Series A Engineering and Natural Sciences, 1993 Trong cơng nghệ sản xuất dầu khí, hệ thống cấp nước, hệ thống thơng gió cơng nghiệp, …, kỹ thuật hàn ống lĩnh vực quan trọng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình, hiệu kinh tế đảm bảo an toàn cao Điển hình u cầu cơng ty Cảng Thị Vải (Bà Rịa Vũng Tàu) Việc sử dụng thiết bị vạn năng, kết hợp với đồ gá chuyên dùng có ý nghĩa sản xuất Việt Nam Trang Luan van nói chung, nâng cao tính cơng nghệ cho máy hàn MIG/MAG môn CNKL, làm tài liệu tham khảo, đọc thêm cho sinh viên ngành khí [7] Sử dụng máy hàn tự động hàn ống Nguồn: Sài gòn giải phóng, 2001 [8] Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động nối ống có đường kính lớn trạng thái khơng quay Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu Cơ khí, 2011 [9] Máy hàn ống thép kết cấu chữ H&T phương pháp hàn tiếp xúc bán tự động thay phương pháp hàn hồ quang tay Chủ nhiệm đề tài: Lê Việt Cơ quan chủ trì: Sở Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh, 2005 [10] Hàn tự động khí CO2 nối ống dẫn không quay Tác giả: Nguyễn Văn Thông Nguồn: Tạp chí Hoạt động khoa học, 1997 [11] Máy hàn ống cỡ nhỏ đa Tác giả: Trọng Phú Nguồn: Tạp chí Điện tử, 1996 [12] Kết nghiên cứu cơng nghệ hàn tự động ống lớp thuốc Viện nghiên cứu máy-Bộ công nghiệp nặng Nguồn: Kết nghiên cứu-sáng kiến-cải tiến, 1993 Tính cấp thiết : Các Công ty vừa nhỏ, mức độ đầu tư vốn sản xuất không lớn với trang thiết bị vạn năng, phạm vị sử dụng hẹp việc thiết kế, chế tạo đồ gá chuyên dùng có ý nghĩa lớn để hỗ trợ thiết bị máy móc sẵn có nhằm nâng cao suất chất lượng sản phẩm với chi phí đầu tư thấp, phù hợp với sản xuất vừa nhỏ, không liên tục Mục tiêu: - Tính tốn, thiết kế đồ gá nâng cao khả cơng nghệ hàn ống thép (60÷350) phương pháp hàn MIG/MAG Cách tiếp cận: - Tìm hiểu nhu cầu thực tế tính khả thi đề tài Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế - Nghiên cứu tài liệu - Thực nghiệm Đối tượng nghiên cứu: - Công nghệ hàn MIG/MAG - Cơ cấu kẹp phôi Trang Luan van Phạm vi nghiên cứu: - Đồ gá thích ứng với chế độ công nghệ hàn MIG/MAG Nội dung nghiên cứu : - Công nghệ hàn ống - Công nghệ hàn MIG/MAG - Thiết kế tạo đồ gá hàn ống Trang Luan van Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN ỐNG 1.1 Tổng quan thép ống Thép ống sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: Xăng dầu, thực phẩm, lượng, dụng cụ y tế, dược phẩm, hàng khơng, ống dẫn nhiệt, hàng hải, khí hóa lỏng, chất lỏng, hóa học, cơng nghệ sinh học, công nghệ hạt nhân, xây dựng, môi trường, vận tải, khí … Thép ống đợc sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM A106-Grade B, ASTM A53-Grade B, API-5L, GOST, JIS, DIN, GB/T… Hình 1.1: Thép ống Trang Luan van Bảng 1.1 Qui cách thép ống Công ty TNHH SX VÀ TM THÉP NGUYỄN MINH W (kg/m) STT OD (mm) WT (mm) 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 13.8 0.201 0.234 0.267 0.300 0.332 0.365 0.397 15.9 0.232 0.271 0.309 0.347 0.384 0.422 19.1 0.208 0.326 0.372 0.418 0.463 0.460 21 1.4 1.5 0.459 0.534 0.571 0.509 0.554 0.644 0.689 0.510 0.560 0.610 0.710 0.759 1.7 1.8 2.0 0.858 0.907 1.004 22.2 0.326 0.379 0.433 0.486 0.540 0.593 0.646 0.751 0.804 25.4 0.373 0.435 0.496 0.557 0.619 0.680 0.740 0.862 0.922 0.593 0.658 0.723 0.788 0.917 0.981 1.109 1.173 1.300 0.699 0.776 0.853 0.930 1.083 1.159 1.311 1.386 1.537 27 31.8 0.622 2.3 2.5 2.8 3.0 Trang Luan van b=6 ; h=6 ; t1 =3,5 Chiều dài then l = 29mm -Kiểm tra độ bền then σd = 2.T d.l.(h  t1 ) [σd] τc = 2.T d.l.b σd = 2.60508  92,7 Mpa 18.29.(6  3.5) [τc] [Theo quyển( ), trang 195, bảng 9.5) σd ≤ [σd] = 100 Mpa τc = 2.60508  38,6 MPa [τc] = 60÷90 Mpa 18.29.6 Then đủ bền Kiểu lắp: chọn kiểu lắp trục: h9; lắp bạc : Js9 4.6 Chọn ổ lăn Vì có nhiều ưu điểm sản xuất hang loạt nên giá thành thấp , ma sát sinh ma sát lăn tổn thất cơng suất thấp ,tính lắp lẫn cao, thay thuận tiện sửa chữa bảo dưỡng máy ,chăm sóc bơi trơn đơn giản, nên ổ lăn dùng phổ biến  Chọn loại ổ lăn: Xét tỷ số : Fa / Fr = Fa= , tức khơng có lực dọc trục nên ta chọn loại ổ ổ bi đỡ dãy: Dựa vào đường kính ngõng trục d = 25 (mm) Tra bảng P2.7, [1] chọn loại ổ bi đỡ cỡ nhẹ, có ký hiệu 205 Đường kính d = 25 (mm); đường kính ngồi D = 52 (mm) khả tải trọng C = 17,6 kN; khả tải tĩnh Co = 7,09kN; B = 15 (mm); r = 1,5 (mm)  Chọn cấp xác Trang 35 Luan van Theo TCVN có cấp xác chế tạo ổ lăn theo thứ tự tăng dần sau đây: 0,6,5,4,2 Trong kết cấu khí, thường dung cấp xác cấp  Kiểm nghiệm khả tải  Khả tải động Theo công thức 11.3, [1] với Fa = tải trọng quy ước Q = X.V.Fr.kt.kđ Trong đó: kiểm nghiệm ổ chịu tải: Fr1 = 50N Vây ta kiểm nghiệm với ổ Fr1 = 50 (N) Đối với ổ đỡ chịu lực hướng tâm X = V = vòng quay kt = nhiệt độ t ≤ 100o với làm việc nhẹ kđ = 1,2 Q = 1.1.0,05.1.1,2 = 0,06 KN Theo công thức 11.1(tttk) khả tải động Cd = Q m L tuổi thọ ổ bi m = Tuổi thọ ổ lăn: L = Lh.n1.60.10-6 = 15.103.10.60.10-6 = triệu vòng Hệ số khả tải động: Cd = 0,06 = 0,12 kN Do Cd = 0,12 kN < C = 64 kN  loại ổ lăn chọn đảm bảo khả tải động  Kiểm nghiệm khả tải tĩnh: Tải trọng tĩnh tính theo cơng thức 11.19, [1] với Fa = Q0 = X0.Fr với Xo = 0,6 , tra theo bảng 11.6[1]  Q0 = 0,6.50 = 30 ( N ) = 0,03 kN Theo công thức 11.20, [1] Qt = Fr = 0,06 kN Chọn Q = Qt để kiểm tra Qt > Q0  Q = 0,06 kN < Co = 49,4 kN Trang 36 Luan van  Loại ổ lăn thoả mãn khả tải tĩnh  Chọn kiểu lắp ổ lăn Chọn kiểu lắp :Ø25 4.7 Mâm cặp chấu Đồ gá mâm cặp Dùng để định vị kẹp chặt chi tiết có hình dạng khác chủ yếu dạng trụ, vật tròn xoay Được lắp đầu trục Hình 4.4: Mâm cặp chấu CÁC TÍNH NĂNG CHÍNH  Kẹp chặt độ xác kẹp cao  Sử dụng gia công với tốc độ trục cao, độ bền gấp lần mâm cặp thường  •Khoảng kẹp phơi cho kẹp phơi lớn; chấu kẹp mềm dùng cho kẹp phôi nhẹ cần độ xác  Các chấu kẹp sử dụng mặt kẹp phía phía ngồi  Các kiểu VSC có tính cơng nghệ tuổi bền cao, thích hợp cho sản xuất hàng loạt 0.03mm (0.012inch)  Được chế tạo từ thép tinh luyện, thích hợp cho loại máy CNC tốc độ cao  Sử dụng vịng khóa hàm để cố định chấu kẹp  Các mâm cặp kiểu VSK có miền kẹp rộng  Các chấu kẹp cứng sử dụng cặp chấu có loại chấu kẹp: Chấu kẹp mềm & chấu kẹp cứng, thay chấu 4.8 Biến tần (Inverter): Là biến đổi tần số điều chỉnh điện áp để điều khiển tốc độ động không đồng pha Trang 37 Luan van Cấu trúc ưu điểm biến tần Động không đồng loại máy điện sử dụng phổ biến kỹ thuật truyền động điện có ưu điểm là: đơn giản kết cấu, gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ sử dụng, đặc biệt động rơ-to lồng sóc có kết cấu đơn giản, phần quay khơng có u cầu cách điện làm việc mơi trường có hoạt tính cao nước Trước việc điều khiển tốc độ động xoay chiều không đồng thường gặp khó khăn điều khiển vùng tốc độ thấp Ngày nay, động không đồng điều chỉnh biến tần bán dẫn hồn thiện có khả cạnh tranh lớn với điều khiển chiều, vùng công suất truyền động lớn tốc độ thấp Cấu trúc Biến tần Bộ biến tần thiết bị biến đổi nguồn điện từ tần số cố định (thường 50Hz) sang nguồn điện có tần số thay đổi cung cấp cho động xoay chiều Hình 4.5 Sơ đồ mạch điện Điện áp xoay chiều tần số cố định (50Hz) chỉnh lưu thành nguồn chiều nhờ chỉnh lưu (CL) (có thể khơng điều khiển chỉnh lưu điều khiển), sau qua lọc nghịch lưu (NL) biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động Bộ biến tần phải thoả mãn yêu cầu sau: - Có khả điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn - Có khả điều chỉnh điện áp theo tần số để trì từ thơng khe hở không đổi vùng điều chỉnh momen không đổi - Có khả cung cấp dịng điện định mức tần số Trang 38 Luan van Ưu điểm biến tần - Cho phép mở rộng dải điều chỉnh nâng cao tính chất động học hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều - Hệ thống điều chỉnh tốc độ động biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc nhiều môi trường khác - Khả điều chỉnh tốc độ động dễ dàng - Có khả đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác - Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động lúc (dệt, băng tải…) - Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài…) Ứng dụng biến tần Biến tần ứng dụng rộng rãi thực tế ngành công nghệ, sản xuất, chế biến, gia cơng khí, máy CNC, máy đóng gói, băng tải, Bơm nước, quạt gió Mục đích việc sử dụng biến tần chủ yếu điều khiển tốc độ tiết kiệm điện Sơ đồ mạch điện CB: Cầu dao BT: Biến tần CC,F,R: Chân biến tần Hình 4.7 Mạch động lực Trang 39 Luan van Cơ sở chọn biến tần: Do tốc độ hàn chậm nên động ba pha thường điều khiển đạt tốc độ chậm yêu cầu đề tài Ta chọn biến tần để thay đổi tần số dòng điện cho phù hợp với tốc độ hàn Vì cơng suất động 60W nên ta chọn biến tần có cơng suất 0.2KW Chọn biến tần có thơng số sau: TYPE - FORM VFS7E – 2002p SOURCE 3PH – 200 ~ 230V – 50/60Hz OUTPUT 4A – 0,6KVA Hình 4.8 Mạch điều khiển 4.9 Bản vẽ lắp vẽ chi tiết điển hình Trang 40 Luan van Trang 41 Luan van Trang 42 Luan van Trang 43 Luan van Trang 44 Luan van Trang 45 Luan van Trang 46 Luan van KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau thời gian thực đề tài này, tác giả hồn thành nhiệm vụ: Tìm hiểu thép ống ứng dụng Tìm hiểu sở lý thuyết phương pháp hàn hồ quang tay hàn MIG/MAG Lựa chọn giải pháp tính tốn, thiết kế đồ gá nâng cao khả cơng nghệ hàn ống thép (60÷350) Trang 47 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy - tâp1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004 [2] GS TSKH Nguyên Văn Khang, Cơ Học Kỹ Thuật, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2009 [3] Trần Quốc Hùng, Dung Sai - Kỹ Thuật Đo, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2004 [4] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí – tập 1, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2010 [5] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí – tập 2, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2010 [6] PGS.TS Lê Ngọc Hồng – PGS.TS Lê Ngọc Thạch, Sức Bền Vật Liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2011 [7] http://doc.edu.vn/tai-lieu Trang 48 Luan van S K L 0 Luan van ... cao suất lao động, tạo điều kiện sáng tạo sản phẩm nhanh đáp ứng nhanh thị trường, việc thiết kế đồ gá để nâng cao tính cơng nghệ máy móc thiết bị vạn không cần thiết Thiết kế đồ gá chun dùng gia... pháp hàn MIG/MAG Tính sáng tạo: - Vận dụng kiến thức tổng hợp để thiết kế đồ gá phục vụ giảng dạy Bộ môn Kết nghiên cứu: - Bản thiết kế đồ gá nâng cao khả công nghệ hàn ống thép (60÷350) phương... 20,3 (mm) Chọn dB = 22(mm)  Kiểm nghiệm trục  Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Kết cấu trụcvừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi hệs ố an toàn tiết diện nguy hiểm thoả mãn điều kiện sau: Theo trang 195,