Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy hàn lưới thép điều khiển CNC dùng cho ngành xây dựng

Bộ công thơng Viện máy và dụng cụ công nghiệp Báo cáo tổng kết đề tài M số : 135.10.rd/hd-khcn Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy hàn lới thép điều khiển CNC dùng cho ngành xây dựng Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài: Ts. Nguyễn Đức Minh Ths. Trần Thị Kim Quế 9066 Hà Nội, 2011 3 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN Họ và tên Chức danh Học vị Chủ nhiệm đề tài Ths. Trần Thị Kim Quế Chủ nhiệm đề tài Viện IMI Ths. Quản trị KD Ks.Cơ khí Cán bộ nghiên cứu Ks. Nguyễn Thượng Chính Nghiên cứu viên Viện IMI Ks Cơ khí Ks. Nguyễn Hữu Tú Nghiên cứu viên Viện IMI Ks Cơ khí Ks. Phan Thanh Bình Nghiên cứu viên Viện IMI Ks Cơ khí Ks. Nguyễn Tiến Hùng Nghiên cứu viên Viện IMI Ks Tự động hóa Ks. Lê Điệp Anh Nghiên cứu viên Viện IMI Ks Tự động hóa Ks. Nguyễn Tuấn Anh Nghiên cứu viên Viện IMI Ks Điện- điện tử 4 TÓM TẮT TÌNH HÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Viện IMI là cơ sở nghiên cứu, thiết kế máy và thiết bị, các sản phẩm của Viện nhất là những sản phẩm Mechatronic có giá trị cao phục vụ cho nhu cầu của xã hội, đặc biệt trong các ngành xây dựng, giao thông. Một trong những sản phẩm đó là máy hàn lưới thép Mục tiêu tổng quát nhất của đề tài « Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy hàn lưới thép điều khiển CNC dùng cho ngành xây dựng » là: Trong báo cáo tổng kết này đã trình bày đầy đủ các nội dung cơ bản nhất, bao gồm cả những lý luận về sản phẩm, phương pháp luận khi giải quyết các vấn đề về công nghệ, các giải pháp kỹ thuật. Phần 1: Nghiên cứu tổng quan và khả năng công nghệ chế tạo máy hàn lưới thép ở Việt nam • Tình hình máy và thiết bị trong nghành sản xuất lưới thép. • Khả năng chế tạo máy sản xuất lưới thép nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. • Đánh giá khả năng công nghệ chế tạo trong nước liên quan đến sản xuất máy hàn lưới thép. • Lựa chọn máy mẫu từ đó lựa chọn máy được thiết kế ra đảm bả o thuận tiện, dễ sử dụng đáp ứng được sản xuất trong nước. Phần 2: Thiết kế máy • Cơ sở lý thuyết và thực tiễn để thiết kế máy. • Phần tính toán thiết máy. • Phần điện và điều khiển máy. • Quy trình công nghệ chế tạo, lắp ráp và kiểm tra. • Đánh giá kết quả và các định hướng phát triể n thị trường. Đây là mục khi viết không nhìn nhận từ góc độ tổng kết học thuật mà được nhìn nhận từ góc độ kinh tế của đề tài. 5 Phần 3: Kết luận và kiến nghị Trình bày những kết luận rút ra sau khi thực hiện xong đề tài, các kiến nghị của các cán bộ kỹ thuật tham gia đề tài. Phần phụ lục: Trình bày tất cả các văn bản liên quan, các biên bản kiểm tra, các bản vẽ thiết kế cơ khí, điện, các chuyên đề, các bài báo… Báo cáo tổng kết được trình bày luôn bám sát với thực tế trong quá trình thực hiện công việ c thiết kế và chế tạo máy. Khi thiết kế các cụm chi tiết có phân tích, cất nhắc kỹ lưỡng, hội tụ tính kinh tế kỹ thuật và khả năng công nghệ. Trong từng phần của báo cáo đều có bản vẽ, các hình ảnh thực tế minh họa được trình bày bổ sung trong phần phụ lục. 6 MỤC LỤC DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 3 TÓM TẮT TÌNH HÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 4 MỤC LỤC 6 BẢNG KÝ HIỆU 8 LỜI NÓI ĐẦU 9 CÁC NỘI DUNG CHÍNH 11 I. CÁC NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VÀ KHẢ NĂNG CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM 11 I.1 Tình hình máy và thiết bị trong ngành sản xuất lưới thép ở ngoài nước: 11 I.2 Tình hình máy và thiết bị trong ngành sản xuất lưới thép ở trong nước : 14 II THIẾT KẾ MÁY 16 II.1 Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho thiết kế máy hàn lưới 16 II.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm 16 II.1.2. Tổng quan về hàn tiếp xúc 18 II.1.3. Công nghệ hàn tiếp xúc áp dụng cho máy hàn lưới thép 19 II.2 Tính toán thiết kế 22 II.2.1 Tính toán công suất động cơ xe hàn 22 II.2.1.1. Xác định tốc độ di chuyển của xe hàn 22 II.2.1.2 Tính công suất động cơ xe hàn 23 II.2.1.3 Tính momen phát động đạt gia tốc 24 II.2.2 Tính toán công suất động cơ xe kéo lưới 25 II.2.2.1. Xác định tốc độ di chuyển của xe kéo lưới 23 II.2.2.2. Tính lực cần thiết di chuyển xe kéo lưới 26 II.2.2.3. Tính momen phát động đạt gia tốc 26 II.3 Tính toán hệ thống khí nén 28 II.3.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển khí nén 28 II.3.1.1 Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển khí nén 29 II.3.1.3. Sơ đồ hệ thống khí nén của máy hàn lưới 31 II.3.1.4 Mô tả hoạt động của hệ thống khí nén: 32 II.3.1.5. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển khí nén 33 II.3.1.6. Sơ đồ chức năng 36 II.3.2.Tính toán hệ thống khí nén: 37 II.3.2.1. Tính toán lưu lượng 37 II.3.2.2 Tính toán áp suất tác động đến xi lanh 39 II.4.1. Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển dòng hàn cường độ lớn 40 II.4.1.1. Các cơ sở lý thuyết và thực nghiệm 40 II.4.1.2 Điều khiển quá trình hàn tự động. 40 II.4.1.3 Chống nhiễu 42 II.4.1.4. Tích hợp các yếu tố công nghệ 44 II.4.1.5 Điều chỉnh thời gian hàn 45 II.4.1.6 Mạch điều khiển góc mở Thyristor 48 II.4.1.7 Tích hợp giữa công nghệ hàn và điều khiển tự động. 51 7 II.4.1.8 Lưu đồ thuật toán điều khiển 54 II.5 Lựa chọn bộ điều khiển CNC 55 II.5.1. Bộ điều khiển MC Quad (hãng Softservo - Mỹ) 55 II.5.2. Bộ điều khiển 802C (hãng Siemens - Đức) 56 II.5.3 Kết nối 802C với hệ thống 60 II.5.4 Thông báo lỗi khi máy gặp sự cố 63 II.5.5 Kết quả của nghiên cứu 63 II.6 Quy trình công nghệ chế tạo một số cụm và chi tiết chính, điển hình 63 II.6.1. Khung máy của máy hàn – Bản vẽ : 01-104 65 II.6.1.1 Tính năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật 65 II.6.1.2 Trình tự gia công 68 II.6.2. Cụm tiếp điện hàn 72 II.6.2.1. Tính năng làm việc và yêu cầu kĩ thuật 72 II.6.2.2. Trình tự gia công 74 II.6.3. Tiếp điện – Bản vẽ 01-143 80 II.6.3.1. Tính năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật 80 II.6.3.2. Trình tự gia công 81 II.6.4 Khung máy xe kéo lưới– Bản vẽ 02-101 84 II.6.4.1. Tính năng làm việc và yêu cầu kĩ thuật 84 II.6.4.2 Trình tự gia công 85 II.6.5 Cơ cấu kéo nan lưới 86 II.6.5.1. Tính năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật. 86 II.6.5.2. Trình tự gia công 87 II.7. Qui trình lắp ráp và kiểm tra 87 II.7.1 Qui trình lắp ráp máy hàn lưới 87 II.7.1.1 Lắp ráp cụm chi tiết của máy hàn lưới – 01-000 87 II.7.1.2. Lắp ráp cụm xe kéo lưới – 02-000 93 II.7.1.3. Lắp dàn con lăn đỡ nan và đỡ sản phẩm – 04-000 và 05-000 94 II.7.1.4 Lắp ráp tổng thể 95 II.7.2 Qui trình kiểm tra máy hàn lưới và các cụm. 95 II.7.2.1 Qui trình kiểm tra máy hàn lưới 95 II.7.2.2 Kiểm tra hoạt động các cụm chi tiết. 99 II.8 Định hướng và phát triển thị trường 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 KẾT LUẬN 103 KIẾN NGHỊ 104 LỜI CẢM ƠN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC 107 8 BẢNG KÝ HIỆU e – Hệ số ma sát lăn - G –Trọng lượng xe N g – Gia tốc trọng trường m/s 2 f c – Hệ số ma sát ổ lăn - J 1 , J 2 , J 3 – Mômen quán tính của tiết diện vật thể kg.m 2 M G – Mômen quán tính thay thế của xe hàn Nm M P – Mômen tải trọng Nm M F – Mômen động cơ, trục truyền Nm m – Khối lượng xe hàn kg n – Số vòng quay v/ph N đc – Công suất động cơ W Q n – Lượng nhiệt sinh ra J Q – Tải trọng xe N Q k _ Lưu lượng khí nén dm 3 /phút I – Cường độ dòng điện A R – Điện trở Ω T – Lực cần thiết để di chuyển xe N t – Thời gian dòng điện chạy qua s t hàn – Thời gian hàn s η - Hệ số hiệu suất - σ k – Ứng suất chảy của vật liệu MPa χ - Hệ số an toàn - 9 LỜI NÓI ĐẦU Đề tài xuất phát từ: Hợp đồng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ. Các thông tin chính liên quan đến đề tài như sau: 1. Tên đề tài. “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy hàn lưới thép điều khiển CNC dùng cho ngành xây dựng” 2. Mã số: 135.10.RD/HĐ-KHCN 3. Thời gian thực hiện: Từ tháng2/2010 đến 12/2010 4. Cấp quản lý. NN  , Bộ  , CS  , Tỉnh  5. Kinh phí. Tổng số: 450 triệu đồng Trong đó từ ngân sách SNKH: 450 triệu đồng ( Bốn trăm năm mươi triệu đồng) 6. Thuộc chương trình: 7. Chủ nhiệm đề tài. Họ và tên: Trần Thị Kim Quế Học hàm/ học vị: Thạc sĩ quản trị kinh doanh- Kỹ sư cơ khí Chức danh khoa học Điện thoại: CQ: 043 8351002 NR: 043 35112971 Fax:043 8344975 Mobile: 0903447994 E mail: quetrankim@gmail.com Địa chỉ cơ quan: 46 Láng Hạ - Đống Đa – Hà Nội Địa chỉ nhà riêng: Số nhà 15 Ngõ 26, phố Hoàng Cầu, Đống đa, Hà nội 8. Cơ quan chủ trì đề tài. Tên tổ chức KH&CN: Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp Điện thoại:043 8351009/ 043 8351010 Fax:043 8344975 E mail: imi@hn.vnn.vn Địa chỉ: 46 Láng Hạ - Đống Đa – Hà Nội 10 Căn cứ theo hợp đồng số 135.10.RD/HĐ-KHCN giữa bên A là Vụ Khoa học và Công nghệ và Văn phòng - Bộ Công Thương và bên B là Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp. Theo nội dung của hợp đồng thì bên B sẽ phải hoàn thành các sản phẩm khoa học công nghệ sau: 1. Tổng quan về máy hàn lưới thép trong ngành xây dựng. Phân tích lựa chọn sản phẩm 2. Nghiên cứu thiết kế kỹ thuật máy hàn lưới thép và các chi tiết. 3. Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo các cụm và chi tiết điển hình. 4. Lập qui trình lắp ráp các cụm và lắp ráp tổng thể 5. Xây dựng chương trình cài đặt và điều khiển CNC. 6. Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển dòng hàn có cường độ lớn Mục tiêu của đề tài: - Làm chủ kỹ thuật thiết kế, công nghệ ch ế tạo máy sản xuất lưới thép cho ngành xây dựng. - Tạo ra mẫu thiết kế mới cho máy hàn lưới thép, chất lượng cao phục vụ cho ngành xây dựng. - Chế tạo hoàn chỉnh 01 bộ điều khiển nguồn hàn công suất lớn ( cho công nghệ hàn tiếp xúc) 11 CÁC NỘI DUNG CHÍNH I. CÁC NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VÀ KHẢ NĂNG CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM. I.1 Tình hình máy và thiết bị trong ngành sản xuất lưới thép ở ngoài nước: Hiện nay trên thế giới tự động hóa đã đi vào hầu hết các lĩnh vực, gần đây phát triển mạnh lĩnh vực tự động hóa trong xây dựng đã góp phần không nhỏ trong việc nâng cao chất lượng và tiến độ thi công các công trình. Ở các nước công nghiệp phát triển việc sản xuất các cấu kiện bê tông, tất cả các khâu từ trộn bê tông, gia công c ốt thép, gia công các cấu kiện, lấy sản phẩm, ghép nối, sửa chữa các cấu kiện bê tông đều đã được tự động hóa. Có thể kể các trạm trộn bê tông có năng suất cao, chất lượng tốt hoàn toàn tự động, thay đổi mác bê tông dễ dàng. Các thiết bị đúc bê tông bằng phương pháp rung ép cho ra các sản phẩm chất lượng đồng đều, năng suất cao, các thiết bị gia công chính xác các mối lắp ghép tạo điều ki ện cho khâu thi công được nhanh chóng, đem lại hiệu quả cao. Khâu gia công cốt thép của các loại bê tông là một khâu quan trọng cũng đã được cơ khí hóa, rất nhiều loại thiết bị đã được chế tạo ra để phục vụ cho việc sản xuất cốt thép với năng suất và chất lượng cao như các máy hàn cốt thép của các chi tiết dạng ống, hộp, các máy sản xuất lưới thép, máy hàn lưới thép để ph ục vụ cho các tấm sàn, làm cống hộp. Ngành công nghiệp này hiện tại đang rất phát triển ở nhiều nước như Cộng hòa Liên bang Đức, USA, Trung quốc, Ấn độ, Đài loan các loại máy này phần lớn đều sử dụng nguyên lý hàn điện trở tiếp xúc. Sử dụng phương pháp hàn tiếp xúc kết hợp với điều khiển các cơ cấu cơ khí khác nhau tạo ra các loại thiết bị v ới các mức độ tự động để gia công lưới thép dùng làm cốt thép cho các loại cấu kiện bê tông đã nâng cao năng suất và chất lượng các cấu kiện bê tông. [...]... phn ln, Cỏc mỏy s dng iu khin CNC vi nhng tớnh nng ni tri l cỏc mỏy ca Cng hũa Liờn bang c m tiờu biu mỏy MSM, dựng b iu khin CNC ca hóng Siemen S dng iu khin CNC giỏ thnh cao hn iu khin PLC nhng d dng kt hp vi cụng ngh hn, trong vic t ng húa, vic s dng khụng ph thuc vo tay ngh ca ngi lao ng, tớnh linh hot cao trong thay i cỏc thụng s cụng ngh, thay i loi sn phm Cỏch th nht cho nng sut cao, kt cu c khớ... 40x 50 tg 2321-10 tg 2331-10 chặn nan ngang tgc 40x 50 R tg 2331-10 nâng lứoi spz 32x100 P R tg 2331-10 móc nan ngang tgc 40x 50 xi lanh hàn Nguồn khí nén Q pmax = 300 l/ph = 8 kg/cm2 fg 2541-15 1 2 3 20 tgc 63x75 (20 cái) Yêu cầu kỹ thuật tr 3000-03 máy hàn lứoi cốt thép cống bê tông hộp sơ đồ hệ thống khí nén P R tg 2331-10 tr 3000-03 tiếp điện cực 2 tgc 63x 50-s Tiếp điện cực 1 tgc 63x 50-s II.3.1.3... chặn nan ngang + _ P1.0=0 + _ P1.1=0 _ _ P1.3=0 + + P1.2=0 + xe chạy ra vị trí hàn _ P1.1=1 + P1.4=0 Hàn + xi lanh cấp nan ngang + xilanh chặn nan dọc + _ _ Xilanh móc luới nhả ra Xe dừng P1.2=1 P1.0=1 _ + _ + P1.5=0 Xi lanh dẩy cữ nan ngang+ Xi lanh kẹp 1, 2 20 P1.3=1 A=0 + _ _ _ B=B1 + + + Kết thúc Xi lanh kẹp 1, 2 20 xe chạy vào vị trí móc luới Xilanh nâng luới _ A=1 P1.4=1 + 1 2 Hỡnh 13 Lu thut toỏn... luới Nâng luới Tiếp điện Hàn và kẹp Đẩy cữ nan ngang Chặn cữ nan ngang Cấp nan ngang Chặn nan dọc II.3.1.6 S chc nng II.3.2.Tớnh toỏn h thng khớ nộn: Bao gm 2 phn : -Tớnh toỏn lu lng cn thit thc hin hnh trỡnh ca xi lanh trong thi gian cho phộp -Tớnh toỏn ỏp sut tỏc ng n xi lanh m bo lc theo yờu cu II.3.2.1 Tớnh toỏn lu lng Do h thng khớ nộn s dng rt nhiu xi lanh nờn ta s tớnh cho cỏc xi lanh cn lu... nan dc ngi vn hnh thc hin bng thc v bc ca cỏc nan ngang bng thay i giỏ tr thụng s bc nan ngang trong chng trỡnh CNC Tc di chuyn xe hn c iu chnh cho phự hp vi yờu cu cụng ngh hn tip xỳc, c thay i bng cỏch tng hoc gim chit ỏp iu khin tc hoc thay i giỏ tr tc xe hn trong chng trỡnh iu khin CNC mi mt li ( ni giao nhau gia nan dc v nan ngang) cú sensor cm ng m dũng hn Khi xe hn di chuyn qua cỏc mt li... hn cỏc tm li vi kớch thc nh v ng kớnh dõy li nh phc v cho nhu cu tiờu dựng nờn kh nng ng dng trong cụng nghip cũn hn ch, cng nh nng lc sn xut vi qui mụ cha ỏp ng nhu cu ca xó hi nh mỏy hn li do cụng ty Tõn Thnh sn xut Mỏy hn li ca Cụng ty Tõn Thnh s dng iu khin PLC Hỡnh 5 Mỏy hn li - Cụng ty Tõn Thnh 15 II THIT K MY II.1 C s lý thuyt v thc nghim cho thit k mỏy hn li Li thộp l sn phm c s dng rng rói... ng kiu MSM Cng hũa Liờn bang c 12 Hỡnh 3 Mỏy hn li Hebei Hengshui China Mỏy hn li dựng hn cỏc thanh thộp thnh li lm ct thộp cho cỏc cu kin bờ tụng c nhiu nc ch to cú th k ra cỏc nc sn xut nhiu thit b trờn nh c, Italy, USA, Trung quc, Hn quc Cỏc thit b trờn u s dng nguyờn lý hn in tr tip xỳc, vic cp in khi hn cú th dựng nhiu bin ỏp hn nh ca Trung quc, Hn quc, USA hay ch cn 01 bin ỏp hn c t trờn xe... toỏn lu lng Do h thng khớ nộn s dng rt nhiu xi lanh nờn ta s tớnh cho cỏc xi lanh cn lu lng khớ ln nht tha món thi gian cn ỏp ng v tớnh toỏn lu lng cn cho ton h thng trong mt n v thi gian - Tớnh toỏn lu lng cho xi lanh kp cht nan - hn - Tớnh toỏn lu lng cho ton h thng 1 Tớnh toỏn lu lng xi lanh kp cht trong quỏ trỡnh hn Chn cỏc thụng s u vo nh sau: ng kớnh xi lanh l 63mm ( c chn trờn c s tớnh t lc kp... Xỏc nh tc di chuyn ca xe hn Cn c theo yờu cu cụng ngh hn tip xỳc thi gian hn thn cú giỏ tr bng 5 ữ 20 chu trỡnh (1 chu trỡnh = 1/50Hz = 0,02s) Vy thi gian hn cho 01 mi hn l: thn = 0,1 ữ 0,4 (s) Vi loi li thộp cú kh rng 2000mm v 20 nan thi gian cn cho hn l: 22 20 x 0,1 = 2,0 (s) 20 x 0,4 = 8,0 (s) Vy tc ca xe hn di chuyn trong phm vi yờu cu ca cụng ngh hn cú giỏ tr : v = 0.25 ữ 1 m/s ( 15-60m/ph) Chn... ng, tớnh linh hot cao trong thay i cỏc thụng s cụng ngh, thay i loi sn phm Cỏch th nht cho nng sut cao, kt cu c khớ n gin nhng ũi hi chi phớ cho bin ỏp hn v ngun cp in ln nờn ch cú th s dng nhng nh mỏy cú qui mụ va v ln Cỏch th hai khụng ũi hi ngun cp in ln, d cho vic t ng húa 13 I.2 Tỡnh hỡnh mỏy v thit b trong ngnh sn xut li thộp trong nc : Vit Nam hin ti vic sn xut bờ tụng ó c hin i húa nhiu khõu . ch ế tạo máy sản xuất lưới thép cho ngành xây dựng. - Tạo ra mẫu thiết kế mới cho máy hàn lưới thép, chất lượng cao phục vụ cho ngành xây dựng. - Chế tạo hoàn chỉnh 01 bộ điều khiển nguồn hàn. phẩm đó là máy hàn lưới thép Mục tiêu tổng quát nhất của đề tài « Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy hàn lưới thép điều khiển CNC dùng cho ngành xây dựng » là: Trong báo cáo tổng kết này đã. về máy hàn lưới thép trong ngành xây dựng. Phân tích lựa chọn sản phẩm 2. Nghiên cứu thiết kế kỹ thuật máy hàn lưới thép và các chi tiết. 3. Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo các cụm và