Luận án Thiết kế dây chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp

Không ngừng nâng cao chất lượng hạ giá thành và đa dạng hoá sản phẩm là sách lược của rất nhiều cơ sở sản xuất hiện nay. Để thực hiện sách lược ấy các công ty, xí nghiệp … phải luôn tích cực áp dụng kỹ thuật và công nghệ mới, nghiên cứu thị trường và tìm kiếm cơ hội đầu tư trong và ngoài nước. Công ty Kỹ Nghệ Thực Phẩm Việt Nam–VIFON, thuộc Bộ Công Nghiệp, là một trong số các công ty có sách lược như trên. Với bề dày kinh nghiệm gần 30 năm từ sản xuất bột ngọt đến các sản phẩm: Mì ăn liền, Phở ăn liền, Bún ăn liền, bột súp, bột canh, tương ớt… công ty đã dần đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Để công ty ngày càng thỏa mãn tốt hơn nhu cầu thị trường trong và ngoài nước ngày càng tăng thì ngoài việc nghiên cứu cải tiến chất lượng sản phẩm, công ty còn luôn chú ý đến vấn đề mẫu mã bao bì sao cho đáp ứng nhu cầu, thị hiếu của người tiêu dùng đồng thời nâng cao năng suất lao động. Để đáp ứng được điều này, cần phải có một dây chuyền sản xuất bao bì hợp lý, hiệu quả và có tính kinh tế. Trong các loại mẫu mã, bao bì thì bìa Carton là một mặt hàng không thể thiếu trong việc đóng gói sản phẩm để vận chuyển và bảo quản… do những ưu điểm của nó so với các vật liệu khác: nhẹ, giá thành thấp, đặc biệt là có thể chịu được những va đập nhẹ. Chính bởi những ưu điểm trên của bìa Carton nên em đã chọn đề tài “Thiết kế dây chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp“ và chọn khâu “Tạo sóng và xếp lớp “ là khâu trọng điểm để nghiên cứu và thiết kế.

XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Do yêu cầu năng suất của máy phải đạt khoảng 4800m/ca, với mỗi ca làm việc 8 giờ nên ta có thể xác định được vận tốc trung bình của máy là:

V = = 10 (m/ph)Từ đó ta suy ra vận tốc trung bình của lô cán sóng là v = 10m/ph

PHÂN CHIA TỈ SỐ TRUYỀN

2.3.1 Khâu tạo sóng, xếp lớp (bìa 2 lớp)

2.3.1.1 Xác định lực cản chuyển động

Trong đó :W1 ,W2,W3 lần lượt là lực cản của các lô (1),(2),(3) W4 : Lực cản của lô (1) lên lô (2) Lực này tạo ra lớp dợn sóng giữa của bìa giấy Carton.

W5 : Lực cản của cuộn giấy lớp mặt 1 và cuộn giấy lớp ruột.

P1 : Trọng lượng lô 1 : P1 = 950N f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5 r1: Bán kính ngỗng trục 1, chọn r1 = 55mm R1 : Bán kính phân lô cán 1, R1 = 313 mm Thay số vào ta được : W1 = 950 x 0,5 x  199 (N) Ta có: W2 = P2.f.

Với P2: Trọng lượng lô 2 : P2 = 1050N f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5 r2 : Bán kính ngỗng trục 2, chọn r2 = 55mm R2 : Bán kính phần lô cán 2, R2 = 181 mm Thay số vào ta được : W2 = 1050 x 0,5 x  160 (N) Ta có: W3 = P3.f.

Với : P3 : Trọng lượng lô 3 : P3 = 1200N f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5 r3 : Bán kính ngỗng trục 3, chọn r3 = 55mm

R2 : Bán kính phần lô cán 1, R2 = 181 mm Thay số vào ta được : W3 = 1200 x 0,5 x  182 (N) W4 : lực cản của lô (1) lên lô (2)

Theo giả thiết ta chọn W4 = 400N W5 = Wc1 + Wc2

Wc1 : Lực cản cuộn lớp ruột.

Wc2 : Lực cản cuộn mặt ngoài 1.

Vì hai cuộn giấy như nhau  Wc1 = Wc2 = Wc

Để ngăn giấy không bị chùng khi máy hoạt động hoặc khi dây chuyền có sự cố, cần sử dụng phanh hãm trên trục cuộn giấy để triệt tiêu lực quán tính phát sinh do gia tốc khi cuộn giấy quay dưới tác dụng của lực kéo giấy F Cụ thể, với trọng lượng cuộn giấy P = 8000N, hệ số ma sát trượt f = 0,75, bán kính trục đỡ r = 30mm, bán kính cuộn giấy R = 375mm, lực hãm cần thiết được tính toán là: Wc = 8000 x 0,75 x = 480 (N).

Hình 2.3: Bộ phận phanh hãm

N: Phản lực tại tâm trục F: Lực kéo của giấy Q: Trọng lượng cuộn giấy Fms: Lực ma sát

Trên trục đỡ mỗi cuộn giấy ta bố trí 1 bộ phận phanh đai như hình vẽ trên Bánh đai làm bằng gang có Rp = 100 mm, dây đai bằng cao su có bề dày đai là 50 mm.

Lấy Momen tại tâm trục O ta được : MFO = F Rgiấy – Fms Rphanh = 0

 F Rgiấy = Fms Rphanh = G (e fB – 1) Rphanh

Rphanh = 100 mm (e fB – 1) = 0,85 Thay vào ta được G = 0 , 85 100

 2118 (N) Vậy để cho hệ cân bằng thì ta phải tác dụng vào G một lực G 2118 (N)

Các thông số của giấy : + Ứng suất kéo giới hạn: Gk = 15  20 (N) + Lực kéo tới hạn: Fgh = 2250  3000 (N) Kết luận: Lực cản tổng của toàn khâu tạo sóng và xếp lớp là:

2.3.1.2 Xác định công suất động cơ và chọn động cơ

Ta có : Nđc  (2-7) Trong đó :

V : Vận tốc cán giấy, V = 10m/ph

 : Hiệu suất trạm dẫn,  = 1 2 3 … n với 1 = 0,96: Bộ truyền đai

3 = 0,95: Bộ truyền bánh răng (để hở)

 Công suất động cơ : Nđc  1000 x 0 , 64

Chọn động cơ : 4AX90L4Y3 Công suất máy : P = 2,2 KW Số vòng quay : n = 1420 (v/ph) Hiệu suất % = 80%, cos  = 0,83 = 2,2; = 2

2.3.1.3 Phân phối tỉ số truyền

+ Số vòng quay trục chính là : n1 = = 3 , 14 262

V : Vận tốc trục chính, V = 10 m/ph D : Đường kính trục chính, D = 262 mm + Số vòng quay của động cơ vừa chọn là : n2 = 1420 (v/f) Do đó ta có tỉ số truyền chung : i chung = = 12 , 15

= 116,9 Với tỉ số truyền trên ta có thể phân chia tỉ số truyền từng bộ truyền như sau: i chung = iH iBR iđai

Bao gồm các lô nhám có thông số:

D = 105 mm; L = 1000 mm; bước nhám P = 1Bố trí theo sơ đồ sau :

Các cặp lô nhám Động cơ

Bộ truyền BR côn i = 1 HGT

Hình 2.4 : Sơ đồ truyền động

Ta có : Vận tốc giấy: V (2-8)

 Số vòng quay của lô nhám : n1 = = 3 , 14 105

2.3.2.1 Xác định lực cản chuyển động

Lực cản tổng: Wt =  Wc = Wcng + Wxích

 Wc : Tổng lực cản của lô nhám Wcng : Lực cản của lô kéo giấy ngoài Wxích : Lực cản của bản thân xích Lực cản của 1 lô nhám : Wc = P + P0.f.

Hình 2.5 : Nguyên lý làm việc của cặp lô kéo giấy

Trong đó : P : Lực ép giữa 2 lô, P = 20N P0 : Trọng lượng của 1 lô nhám, P0 = 350 N f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5 r : Bán kính trục, r = 20mm R : Bán kính lô nhám, R = 51

 87 (N) mà: Wcng = 400N (theo giả thiết) ; Wxích : bỏ qua vì quá nhỏ.

2.3.2.2 Xác định công suất động cơ và chọn động cơ

Trong đó : Nđc : Công suất cần thiết của động cơ Wt : Lực cản tổng

V : Vận tốc lô kéo giấy (V = 10m/ph)

Chọn động cơ loại : 4A80B4Y3 Công suất : P2 = 1,5 kW

Số vòng quay n2 = 1400 v/f Hiệu suất :  = 77%; = 2,2; = 2

 Tỉ số truyền chung của hệ thống kéo giấy : ichung = = 30 , 33

 46,2 Mà : ichung = uxích uHGT uđại uxích : tỉ số truyền bộ truyền xích. uHGT : tỉ số truyền hộp giảm tốc vít – bánh vít. uđại : tỉ số truyền bộ truyền đai.

THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC 3.1 TÍNH CÔNG SUẤT

3.1.1 Khâu tạo sóng, xếp lớp bìa giấy 2 lớp Động cơ

Hình 3.1 : Sơ đồ truyền động

+ Công suất : P1 = Pc d 02 = 2,2 x 0,98 x 0,99 = 2,13 (KW)+ Số vòng quay : n1 = 1420 (v/f)

+ Công suất : P2 = P1 TV 02 = 2,13 x 0,75 x 0,98 = 1,58 (KW) + Số vòng quay : n2 = = 40,6 (v/f)

+ Công suất : P3 = P2 BR 02 = 1,58 x 0,98 x 0,99 = 1,53 (KW) + Số vòng quay : n3 = 3 , 34

Các cặp lô nhám Động cơ

Bộ truyền BR côn i = 1 HGT

Hình 3.2 : Sơ đồ truyền động

+ Công suất : P1 = Pc d 02 = 1,5 x 0,95 x 0,99 = 1,41 KW + Số vòng quay : n1 = 1400 v/f

+ Công suất : P2 = P1 TV 0L = 1,41 x 0,75 x 0,99 = 1,05 (KW)+ Số vòng quay : n2 = = 40 (v/f)

TÍNH CÁC BỘ TRUYỀN

3.2.1 Khâu tạo sóng, xếp lớp 3.2.1.1 Tính bộ truyền đai

Lựa chọn loại đai thang theo công suất và vận tốc truyền động:* Công suất truyền động: P = 2,2 kW; Tốc độ quay trục dẫn động: n = 1420 v/f* Vận tốc truyền động: V ≤ 30 m/s* Theo H4.1 [1], sử dụng đai thang thường loại A với thông số: bt = 11 mm; b = 13 mm; h = 8 mm; y0 = 2,8 mm

Diện tích : A = 81 mm 2 Đường kính bánh đai nhỏ : d1 = 100  200mm Chiều dài giới hạn : l = 560  4000 mm Đường kính bánh đai nhỏ : d1 = 1,2 dmin  d1 = 1,2 x 100 = 120 mm Theo dãy tiêu chuẩn trang 60 [1] ta chọn : d1 = 140 mm

= 10,4 m/s Vì tỉ số truyền uđ = 1  V1 = V2 (vận tốc 2 bánh bằng nhau)

 Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo điều kiện d2 : Vì uđ = 1  a = 1,5 d2 [1]

 162  a  560 (mm) Vì khoảng cách từ vị trí đặt Motor đến hộp giảm tốc khá xa nên ta chọn : aw = 520 mm

 Xác định chiều dài L theo aw : Ta có: L = 2a + + (3-1)

 L  1480 mm Theo dãy tiêu chuẩn bảng 4.13 [1] ta chọn : L = 1400 mm Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ :

 L = 1400 mm thỏa điều kiện về tuổi thọ Theo CT 4.6 trang 54 [1] ta tính chính xác khoảng cách trục aw theo L đã chọn : a = (3-2) Trong đó :

 aw = 480 thỏa mãn điều kiện 162  a  560 mm

P1 : công suất trên trục bánh đai chủ động, P1 = 2,2 kW [P0]= 2,2 kW, bảng 4.19 [1]

Kđ : hệ số tải trọng động theo bảng 4.7 [1]

 Kđ = 1,1 + 0,1 = 1,2 CL : hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai Ta có : =  0,8

 Theo bảng 4.16 trang 61 [1] ta lấy C2 = 0,95 C : hệ số kể đến ảnh hưởng góc ôm 1,Theo Bảng 4.15 [1]  C 1

Cu : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai Theo bảng 4.18 [1] ta lấy Cz = 1

 Tính chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài da của các bánh đai :

 B = 50 (mm) + Đường kính ngoài của đai : da = d + 2h0

Theo bảng 4.21  ho = 3,3  da = 140 + 2 x 3,3 = 146,6 (mm) Vậy da1 = da2 = 146,6 (mm)

Hình 3.3 : Kết cấu bánh đai

 Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục : Ta có : F0 = + Fv (3-5) Trong đó:

Kđ = 1,2 Fv : lực căng do li tâm sinh ra Fv = qm.V 2 Theo Bảng 4.22 [1]  qm = 0,105 kg/m³

= 10,9 (m/s) P1 : công suất trên trục bánh đai chủ động P1 = 2,2 KW

+ 12,47 = 75,4 (N) + Lực tác dụng lên trục :

3.2.1.2 Tính bộ truyền trục vít – bánh vít

 Chọn vật liệu :Ta tính vận tốc trượt sơ bộ : Vsb = 8,8 x 10 -3 (3-6)Với : n1 : số vòng quay của trục vít; n1 = 1420 v/f P1 : công suất trên trục vít I, P1 = 2,13 KW u : tỉ số truyền bộ truyền trục vít - bánh vít

Thay số vào ta được : Vsb = 8,8 x 10 -3 3 2 , 13 x 35 x 1420 2  5 (m/s) Vì Vsb  5 m/s, do đó ta chọn vật liệu bánh vít là đồng thanh thiếc kẽm chì (chứa thiếc từ 3  6%) ðỴƯĐ 5-5-5

Vật liệu trục vít là thép C45

 Xác định ứng suất cho phép : Theo bảng 7.1 trang 146 [1] ta có:

b = 200 … 250 MPa, ch = 80 … 100 MPa Ta chọn: b = 250 MPa, ch = 100 MPa + Ứng suất tiếp xúc cho phép : [H] = [H0] KHL

Với : [H0]= 0,9 b (trục vít có HRC  45)

 [H]= 225 x 0,67  150 (MPa) + Ứng suất uốn cho phép [F] : [F] = [F0] KFL

Vì bộ truyền làm việc 1 chiều  [F0] = 0,25 x 250 x 100 = 70,5 (MPa)

KFL : hệ số tuổi thọ KFL =  0,54

 [F] = 70,5 x 0,54 = 38,07 Vì thép C45 được tôi HRC  45  [F] = 38,07 x 1,25  47,6 (MPa)

+ Ứng suất cho phép khi quá tải:

[H]max = 4ch = 4 x 100 = 400 (MPa) [F]max = 0,8ch = 0,8 x 100 = 80 (MPa)

 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền : + Xác định khoảng cách trục aw : aw = (Z2 + q)

 chọn sơ bộ hiệu suất  = 0,7 (trang 150 [1]) T1 = 14325 Nmm, T2 = 371650 Nmm (đã tính ở phần trên)

- Chọn sơ bộ KH = 1,1  1,3, lấy KH = 1,2

 Chọn q Thay số vào ta được : aw = (35 + 11)

 aw = 160,5 (mm) + Môđun dọc của trục vít : m = = 35 11

  6,98 Lấy m = 8 theo tiêu chuẩn (Bảng 7.3 [1]) aw = (q+ Z2) = (11 + 35) = 184 mm + Xác định hệ số dịch chỉnh : x = - 0,5 (q+ Z2) = - (11 + 35)

 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc :

H =  [H] (3-8) Ta có: Vs = (3-9) Trong đó: góc vít w = arctg () = arctg () dw1 = (q + 2X)m = 11 x 8 = 88 mm

1420 x 88 x 14 , 3 o  6,6 (m/s) + Tính chính xác hiệu suất của bộ truyền trục vít :  = tg ( )

Theo bảng 7.4 [1] ta có:  = 1,14 0   = tg ( 5 , 14 1 , 14 )

 T2 = 14325 x 35 x 0,78 = 391073 Nmm + Hệ số tải trọng : KH = KH + KHV

Vì tải trọng không thay đổi  KH = 1 Ta có: Vs = 6,6 m/s và bộ truyền trục vít cấp chính xác 7 Do đó theo Bảng 7.7 [1] ta chọn KHV = 1,1

 KH = 1 x 1,1 = 1,1 Thay số vào ta được : H = 184 x 11

 H  117 MPa < [H] = 150 MPa Vậy thỏa điều kiện bền tiếp xúc

 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn :

 [F] (3-10) Trong đó : mn = cos w : môđun pháp của răng bánh vít  mn= 8 x cos (5,14 0 ) 7,97

w : góc vít w = 5,14 0 KF : hệ số tải trọng KF = KH = 1,1 d2 = mZ2 : đường kính vòng chia bánh vít  d2 = 8 x 35 = 280 mm b2 : Chiều rộng vành răng bánh vít b2 = 0,75 x da1 = 0,75 m (q + 2) = 0,75 x 8(11 + 2) = 78 mm YF : hệ số dạng răng với số răng tương đương Zv =  Zv5,4 Tra bảng 7.8 trang 154 [1] ta được : YF = 1,64

Thay số vào ta được : F = 78 x 280 x 7 , 97

 F = 5,4 MPa < [F] = 38,07 MPa Vậy thỏa điều kiện bền uốn

 Các thông số của bộ truyền trục vít :

- Khoảng cách trục: aw = 184 mm

- Đường kính vòng chia: d1 = mq = 88 mm d2 = mZ2 = 280mm

- Đường kính vòng đỉnh: da1 = m(q + 2) = 140 mm da2 = m(Z2 + 2) = 296 mm

- Đường kính vòng đáy: df1 = m (q+ 2) = 68,8 mm df2 = m(Z2 – 2.4) = 260,8 mm

- Đường kính ngoài của bánh vít: daM2  da2 + 2m = 312 mm (lấy daM2 = 310 mm)

- Chiều rộng bánh vít: b2  0,75da1 = 78 mm

- Chiều rộng phần cắt ren trục vít b1  (11 = 0,06 Z2) m  b1 104,8 (mm)

 Tính nhiệt truyền động trục vít : Theo CT 7.32 [1] ta có :

Diện tích tỏa nhiệt cần thiết của vỏ hộp :

Ktq = 29 :Hệ số tỏa nhiệt của phần bề mặt hộp to : Nhiệt độ môi trường xung quanh, lấy to = 30 0 C

 : Hiệu suất bộ truyền,  = 0,78 P1: Công suất trên trục vít, P1 = 2,13 KW Kt : Hệ số tỏa nhiệt, chọn Kt = 13 w/m 2 0 C [td]: Nhiệt độ dầu cho phép trong hộp giảm tốc

 : Hệ số kể đến sự giảm nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thời gian do ngắt quãng hoặc do tải trọng làm việc giảm so với tải trọng danh nghĩa, lấy  = 1

 : Hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy, lấy  0,3

Vì trục vít đặt dưới bánh vít  [td] = 90 0 C Thay số vào ta được :

3.2.1.3 Tính toán bộ truyền bánh răng (1), (2)

 Chọn vật liệu : Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện HB 241 … 285

b1 = 850 MPa, ch1 = 580 MPa Bánh lớn : Thép 45 tôi cải thiện HB 192 … 240

 Xác định ứng suất cho phép : Theo Bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện HB 180 … 350 có :

Flim = 1,8HB ; SF = 1,75 Chọn : HB1 = 250 (bánh nhỏ)

 bánh nhỏ : s 0 Hlim1 = 2HB1 +70 = 2x250 + 70 = 570 (MPa) s 0 Flim1 = 1.8HB1 = 1.8x250 = 450 (MPa) bánh lớn : s 0 Hlim2 = 2HB2 +70 = 2x235 + 70 = 540 (MPa) s 0 Flim2 = 1.8HB2= 1.8x235 = 423 (MPa)Theo công thức 6.1a và 6.2a [1] có :

[sH] = s 0 Hlim ; [sF] = s 0 Flim KFC Suy ra :

+Ứng suất tiếp cho phép : [sH]1 = 570 x 1 , 1

= 491 MPa +Ứng suất uốn cho phép : Với bộ truyền 1 chiều KFC =1

= 242 (MPa) +Ứng suất quá tải cho phép : [sH]max = 2,8 x 450 = 1260 (MPa) [sF1]max = 0,8sch1 =0,8 x 580 = 464 (MPa) [sF2]max = 0,8sch2 =0,8 x 450 = 360 (MPa)

 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền : Khoảng cách trục : aw = Ka(u+1) (3-12) Trong đó:

Ka : Hệ số, theo bảng 6.5 [1] ta có: Ka = 49,5 u : Tỉ số truyền, u = 3,34

T1 : Momen xoắn trên trục bánh chủ động, T1 = 371650 Nmm KHb : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

Theo: Bảng 6.7 [1] với bd = 0,53 ba (u + 1) Bảng 6.6 [1] ta có ba = 0,5

 KH = 1,06 [H] : ứng suất tiếp xúc cho phép : [H]1 Q8 MPa Thay số vào ta được : aw = 49,5 x (3,34 + 1)

 206 mm + Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ : dw1 = Kđ (3-13)

Với : Kđ = 77 (Bảng 6.5 [1]) KH = 1,06 ; u = 3,34 ; H = 518 MPa ; bd = 1,2 Thay số ta được : dw1 = 77

 90 (mm) +Xác định các thông số ăn khớp :

Xác định mođun theo công thức 6.17 [1] : m = (0,01  0,02) aw  m = 0,02 x 206 = 4,12 Lấy m = 5

+Xác định số răng, góc nghiêng  và hệ số dịch chỉnh Ta có:  = 0 do bánh răng dạng răng thẳng.

 Số răng tổng : Zt = Z1 + Z2 = 19 + 63 = 82 Tính lại khoảng cách trục : aw = = = 205 mm Xác định hệ số dịch tâm : y = – 0,5 (Z1 + Z2) = - = 0 Hệ số : Ky = = 0 ; y  Hệ số dịch chỉnh tổng : xt = y + y = 0 Hệ số dịch chỉnh bánh 1 : x1 = 0,5 (xt - y) = 0 Hệ số dịch chỉnh bánh 2 : x2 = xt - x1 = 0

 Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ :

- Khoảng cách trục: aw = 205 mm

- Đường kính chia: d1 = 95 mm, d2 = 315 mm

- Đường kính đỉnh răng: da1 = d1 + 2m = 105 mm; da2 = d2 + 2m = 325 mm

- Đường kính đáy răng: df1 = d1 – 2,5m = 82,5 mm; df2 = d2 – 2,5m = 302,5 mm

- Chiều rộng bánh răng: B1 = 80 mm, B2 = 60mm

 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc :

ZM : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp.

Theo Bảng 8.5 [1]  ZM = 274 ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc ZH = với b = 0, w = 20 o  ZH = 1,76

Z: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Với  = = 0

 0,89 KH : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc KH = KH KH KHV

Theo bảng 6.7  KH = 1,06 Theo bảng 6.14  KH = 1 KHV : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp KHV = 1 + (3-15) Với H = H go v

Bảng 6.15  H = 0,004 Bảng 6.16  go = 82 (với v = 0,2 m/s – CCX 9) Chọn bw = 80mm

 KH = 1,06 x 1 x 1,005  1,065 Thay số vào ta được :

 Thỏa điều kiện bền tiếp xúc

 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn :

= 0,61 Y =1 (răng thẳng) Theo bảng 6.18  YF1 = 4,26 + 20 17

Với : KF = 1,14 (Bảng 6.7) KF = 1 (răng thẳng) KFV = 1 +

 KF = 1,14 x 1 x 1,013  1,155 Thay số vào ta được : F1 = 80 x 95 x 5

 F2 < [F2] = 242 MPa Vậy bộ truyền đủ bền uốn.

 Xác định các lực tác dụng:

- Lực hướng tâm : Fr1 = Fr2 = Ft2.tgw = 7824.tg20 0 = 2848 (N)

- Lực dọc trục : Fa1 = Fa2 = 0

3.2.1.4 Thiết kế trục I và II của hộp giảm tốc trục vít – bánh vít

 Chọn vật liệu : Vật liệu chế tạo trục là thép C45

- Giới hạn chảy: ch = 340 MPa

T1 : momen xoắn trên trục I : T1 = 14325 N.mm T2 : momen xoắn trên trục II : T2 = 371650 N.mm [] : ứng suất xoắn cho thép : [] = 15  50 MPa Suy ra : d1 

(trục vào của HGT, [] = 15 MPa) d2 

(trục ra của HGT, [] = 50 MPa)

 d2  33,37 mm  chọn d2 = 40 mm Theo Bảng 10.2 [1] : b01 = 15 mm ; b02 = 23 mm

 Xác định các khoảng cách:

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp: k1 = 10

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ: k3 = 10

- Khoảng cách từ mặt cạnh ổ đến thành trong hộp: k2 = 10

- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 20

- Chiều dài mayơ bánh vít – trục vít: lm = (1,2  1,5) d

 lm12 = 1,5 x 20 = 30 mm lm22 = 1,5 x 40 = 60 mm Theo bảng 10.4 và sơ đồ tính 10.11 [1] ta có:

 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục :

- Sơ đồ và lực tác dụng lên trục:

Hình 3.4 : Sơ đồ tính lực trục I

- Tính lực từ các chi tiết quay:

+ Fr = 452,4 (N) (đã tính phần trên) + Fa1 = Ft2 = =  2655 (N)

+ Ft1 = Fa2 = Fa1.tg( + ) với  = 20 0 : Góc frofin trong mặt cắt dọc của Trục vít

 Ft1 = Fa2 = 2655.tg(5,14 + 1,14)  292 (N) Fr1 = Fr2 = tg.cos  968 (N)

- Tính các phản lực trên các gối đỡ : + Trong mp zoy có :

- MBy = Fr1.BC – FyDBD – Fr.AB + Fa1 = 0

Fy = - Fr + FyB - Fr1 + FyD = 0

 FyB = Fr + Fr1 – FyD = 452,4 + 968 – 818  602,4 (N) +Trong mp zox có:

MBx = - Ft1.BC – FxD.BD = 0

 FxB = - Ft1 - FxD = - 292 - (-146) = - 146 (N) (nguợc chiều giả thiết) x

Hình 3.5 : Biểu đồ moment của trục I

- Xác định đường kính trục:

+ Tại A : Mx = 0; My = 0, Tz = 14325 N.mm

 chọn dA = 20 mm + Tại B : Mx = 0, My = 23751 N.mm, Tz = 14325 N.mm

 chọn dB = 25 mm + Tại C : Mx = 20367 N.mm, My = 113994 N.mm, Tz = 14325 N.mm

 chọn dC = 35 mm + Tại D : Mx = 0, My = 0, Tz = 1477 N.mm

- Sơ đồ và lực tác dụng lên trục:

Hình 3.7 : Sơ đồ tính lực tác dụng lên trục II

- Tính các phản lực trên các gối đỡ:

MA = - Fr2.AB + Fa2 – FyC AC – Fr3.AD = 0 Trong đó:

AB = l22 = 61,5 mm ; AC = l21 = 123 mm ; AD = l23 = 204,5 mm dBV = 280 mm

 - 968 x 61,5 + 292 x - FyC x 123 – 2848 x 204,5 = 0  FyC  - 4887 (N) (ngược chiều giả thiết)

MC = FyA.AC + Fa2 + Fr2 BC – Fr3.CD = 0 Trong đó :

BC = AC – AB = l21 – l22 = 123 – 61,5 = 61,5 mm CD = AD – AC = l23 – l21 = 204,5 – 123 = 81,5 mm

 FyA  1071 (N) Trong mp zox có :

MA =  FxC.AC – Ft2.AB + Ft3.AD = 0

Fx = FxA + Ft2 + FxC – Ft3= 0

 FxA = - 6512 (ngược chiều giả thiết)

Hình 3.8 : Biểu đồ moment của trục II

+ Tại A : Mx = 0, My = 0, Tz = 371650 Nmm

 MtđA = M 2 xA  M 2 yA  0 , 75 T zA 2 = 0 , 75 x ( 371650 ) 2  321858 (Nmm)

 Chọn : dA = 45 mm + Tại B : Mx = 400488 Nmm ; My = 106746.5 Nmm ; Tz = 371650 Nmm

+ Tại C : Mx = 637656 N.mm ; My = 232112 N.mm ; Tz = 371650 N.mm

 dC = 55 mm  dA = dC = 55 mm + Tại D : Mx = My = 0 ; Tz = 371640 N.mm

Hình 3.9 : Kết cấu trục II

 Kiểm nghiệm độ bền của trục:

+Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Kết cấu trục thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau: (Công thức 10.19 [1])

[S] : Hệ số an toàn cho phép, [S] = 1,5 … 2,5 ([S] = 2) Sj, Sj: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện thứ j.

Theo công thức 10.20 và 10.21 [1], ta có:

-1 và -1 : Giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng.

a, a, m, m : Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp.

Trục I : (Tiết diện nguy hiểm tại C) Do trục quay 1 chiều nên : m = 0 ; a = ; m = a Trong đó :

Wu : Momen cản uốn Wx : Momen cản xoắn.

MC = = 115799 N.mm Ta có : dC = 35 mm  Theo Bảng 9.1 [1] ta tra được : Then có : b = 10 mm, h = 8 mm, t1 = 5 mm

,  : hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi theo bảng 10.7 [1] ta có  = 0,05 và  = 0

Kdc = ( + Kx – 1) ; Kdc = ( + Kx – 1) Theo Bảng 10.8 và 10.9 [1] ta có : Kx = 1,06 và Ky = 1 Theo bảng 10.10 [1]  = 0,85;  = 0,78

Theo bảng 10.12 [1] K = 1,76; K = 1,54 Trị số đối với rãnh then :

= 1,97 Khi lắp có độ đôi tra bảng 10.11 [1] ta có : với kiểu lắp k6  = 2,06; = 1,64

 S  2,108  [S] = 2 Vậy trục I đạt yêu cầu về độ bền mỏi.

Trục II (Tiết diện nguy hiểm tại C) :

m = 0, a = ; m = a Mc = =  678588 N.mm Ta có : dC = 55 mm

 Sc = 2,28 > [S] = 2 Vậy trục II đạt yêu cầu về độ bền mỏi.

Để đảm bảo trục máy không bị biến dạng dẻo quá mức hay hư hỏng do chịu tải trọng đột ngột, cần kiểm tra độ bền tĩnh của trục Kiểm nghiệm này giúp xác định khả năng chịu tải của trục, ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra trong quá trình vận hành, đặc biệt là khi khởi động máy.

Công thức kiểm nghiệm có dạng : tđ =  [] (3-22) Trong đó:  = 3 max d 1 , 0 M

Trục I : (Tiết diện nguy hiểm tại C)

 tđc < [] = 272 MPa Vậy trục I đạt yêu cầu về độ bền tĩnh.

Trục II :(Tiết diện nguy hiểm tại C)

 tđc < [] = 272 MPa Vậy trục II đạt yêu cầu về độ bền tĩnh.

+Tính kiểm nghiệm độ bền của then : Ta kiểm nghiệm theo điều kiện bền dập và điều kiện bền cắt có dạng sau đây:

[c] : ứng suất cho phép cắt.

[d]: ứng suất cho phép dập Theo Bảng 9.5 [1] [d] = 100 MPa ; [c] = (60 … 90) MPa = 30 MPa

Trục I : (Kiểm nghiệm độ bền then tại tiết diện A)Ta có: dA = 20 mm : đường kính trục ổ bánh đai TA = 14325 N.mm: Momen xoắn trên trục I Các thông số của then : lt = 0,8 lm = 0,8 x 30 = 24 mm b = 6, h = 6, t1 = 3,5

Vậy then trên trục gắn bánh đai đã đủ bền.

Trục II: (Kiểm nghiệm độ bền then tại tiết diện D) dD = 45 mm : đường kính trục ổ bánh răng.

TD = 371640 N.mm Các thông số của then: lt = 0,8 lm23 = 0,8 x 80 = 64 mm b = 14, h = 9, t1 = 5.5

Vậy then trên trục gắn bánh răng đã đủ bền.

Chọn ổ đũa côn để hạn chế lực dọc trục

- Chọn sơ đồ kích thước ổ:

Xét trục I : + Tổng các lực tại các ổ : FrB = = ( 146 ) 2  ( 602 , 4 ) 2  620 (N)

FrD = = ( 146 ) 2  ( 818 ) 2  831 (N) + Xác định lực dọc trục :

Theo bảng P2.11 [1] với d = 25 mm ta chọn loại ổ bi đũa côn là 7605 cỡ trung rộng với các thông số sau :

D = 62 mm,  = 11,33 0 , C = 45,5 KN, Co = 36,6 KN Ta có công thức : Fa = Fa1 + Fs

Trong đó : Fa1 = 2655 (N): lực dọc trục trong quá trình ăn khớp.

Fs : Lực dọc trục xuất hiện trong ổ.

Theo công thức 11.7 [1] ta có : Fs = 0,83e FrB

 = = 4,53 > e Theo bảng 11.4 [1] ta có : X = 0,4 và Y = 0,4 cotg  2 Hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ Kt = 1

Hệ số kể đến đặc tính tải trọng Kđ = 1,5

 Tải trọng động quy ước là : Q = (X.VFrB + YFa) KtKđ = (0,4 x 1 x 620 + 2 x 2655) x 1 x 1,5  8337 (N)

+ Khả năng tải động : Cđ = Q ; với m = 10/3 L = = = 15 (triệu vòng)

 Cd = 18,8 KN < C = 45,5 KN Vậy ổ đạt yêu cầu tải động + Khả năng tải tĩnh của ổ : Qt  Co với : Qt = Xo.FrB + YoFa1 hoặc Qt = FrB

 Qt = 0,5 x 620 + 1,1 x 2655  3230,5 (N) hoặc Qt = 620 (N) Lấy Qt = 3230,5 N  Qt < Co = 36,6 KN

Vậy ổ đạt yêu cầu tải tĩnh

 Bôi trơn hộp giảm tốc :

- Bôi trơn nhằm mục đích giảm ma sát giữa các chi tiết lăn, chống mòn, thoát nhiệt tốt, giảm tiếng ồn.

- Ta chọn phương án bôi trơn bằng dầu nhớt, bôi trơn chỗ ăn khớp bằng cách ngâm trục vít trong dầu.

- Then lắp với trục chọn kiểu lắp P9/h9

- Lắp then theo mayơ chọn kiểu lắp Js9/h9

- Lắp ghép nắp ổ và thân hộp chọn kiểu lắp H7/e8 theo hệ thống lỗ để dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh.

- Lắp ghép ổ lăn trên thân hộp :+ Vòng trong không trượt theo bề mặt trong chọn kiểu lắp trung gian có độ đôi k6 theo hệ thống lỗ.

+ Vòng ngoài không quay nên chịu tải trọng cục bộ, chọn kiểu lắp H7.

- Lắp ghép bánh vít : Chọn kiểu lắp H7/k6 theo hệ thống lỗ.

- Lắp ghép chốt định vị : Chọn kiểu lắp đặt H7/Js6

3.2.1.5 Thiết kế trục chính trục cán sóng : a) Chọn sơ bộ trục :

Loâ (1) Loâ (2) Loâ (3) Bánh răng (3)

Hình 3.10 : Sơ đồ các trục cán sóng

Theo sơ đồ, trục 2 là trục chịu lực nhiều nhất trong quá trình tạo sóng, vừa chuyển động chính vừa ép tạo sóng nên ta chỉ cần tính toán phần động lực học cho trục 2 còn các trục còn lại chọn tương đương theo lý thuyết tính trục. b) Chọn vật liệu:

- Chọn vật liệu trục là thép C45 với các thông số sau:

+ Giới hạn bền: b = 600 MPa + Giới hạn chảy: ch = 340 MPa c) Chọn sơ bộ đường kính trục : Theo công thức 10.9 [1] ta có : d 

T : Momen xoắn trên trục lô (2); T = 1197644 N.mm [] : ứng xoắn cho phép [] = 15 … 50 MPa

 Chọn đường kính sơ bộ d = 95 mm (để thiết kế phần nhiệt trong lô 2) d) Xác định lực tác dụng lên trục :

Hình 3.11 : Sơ đồ tính lực tác dụng lên trục

Theo yêu cầu của sản phẩm cũng như kết cấu máy, bề mặt ngang của khổ giấy Carton phải lớn hơn hoặc bằng 1200 mm, do đó ta chọn chiều dài lô cán là 1300 mm, khoảng cách các ngõng trục được chọn như hình vẽ trên Để có không gian tính toán cho phần thiết bị nhiệt bên trong các lô cán ta chọn các lô cán (1), (2), (3) với những thông số sau:

D1 = 216 mm: Đường kính lô (1) D2 = 262 mm: Đường kính lô (2) D3 = 262 mm: Đường kính lô (3) Chọn cặp bánh răng truyền động (3), (4) với các thông số sau: m3 = 5, Z3 = 52; m4 = 5, Z4 = 52 d3 = d4 = 260 mm : Đường kính chiaB = 50 mm (dạng răng thẳng)

 Lực tác dụng lên bánh răng (3), (4) : Ft5 = =  9213 (N)

 Fr5 = Ft5 tg20 0  3353 (N) Lực vòng Ft4 và lực hướng tâm Fr4 đã tính ở trên : Ft4 = Ft3 = 7824 (N) ; Fr4 = Fr3 = 2848 (N)

- Tính phản lực tại các gối đỡ : + Trong mp zoy ta có:

MB = - Fr4.AB – Fr5.BC – FyE BE + P2 BD = 0 FyE = -

Với: AB = 120 mm, BC = 110 mm, BE = 1548 mm, BD = 829 mm

 FyE cùng chiều với giả thiết

Fy = - Fr4 + FyB +Fr5 + FyE – P2 = 0 FyB = Fr4 - Fr5 - FyE + P2 = 2848 – 3353 – (103) + 1050 = 442 (N) FyB cùng chiều với giả thiết

MB = Ft4.AB – Ft5.BC – FxE BE = 0 FxE = = = - 48 (N)

 FxE ngược chiều với giả thiết

Fx = Ft4 + FxB + Ft5 + FxE = 0

 FxB ngược chiều với giả thiết

 Xác định đường kính trục :

- Tại A : Mx = My = 0 ; T2 = 1232280 N.mm MtđA = 0 , 75 x ( 1232280 ) 2 = 1067186 N.mm

 dA  60 mm  Chọn dA = 95 mm

- Tại B : Mx = 938880 N.mm ; My = 341760 N.mm ; Tz = 1232280 N.mm

- Tại C : Mx = 69024 N.mm ; My = 606420 N.mm ; Tz = 1232280 N.mm

- Tại D : Mx = 48 x 738 = 35424 N.mm My = 74057 N.mm ; Tz = 1197664 N.mm MtđD = ( 35424 ) 2  ( 74057 ) 2  0 , 75 x ( 1197664 ) 2  1040451 N.mm

 Chọn dD = đường kính lô rỗng (2)

- Tại E : Mx = My = 0 ; Tz = 1197664 N.mm

 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi : Ta có công thức kiểm nghiệm 10.19 [1] : S =  [S] (3-24) Trong đó :

[S] : Hệ số an toàn cho phép ; [S] = 1,5  2,5 S = ; (3-25)

S = (3-26) Với : –1 = 0,436 b = 0,436 x 600 = 261,6 MPa -1 = 0,58–1 = 0,58 x 261,6 = 151,7 MPa Theo công thức 10.22 [1] có : m = 0; a = ; m = a Ta có :

+ Momen tổng tại B: MB =  MB = 999147 N.mm + Momen tổng tại C: MC =  MC = 610336 N.mm+ Momen xoắn tại B: TzB = 1232280 N.mm+ Momen xoắn tại C: TzC = 1232280 N.mm+ Wu, Wx: Momen cản uốn và Momen cản xoắn.

- Tại B : Theo Bảng 10.6 [1] có : WuB = = 32

a = = = 3,14 MPa Theo bảng 10.7  = 0,05, T = 0 Theo bảng 10.8 và bảng 10.9 [1], ta có : Kx = 1,06 ( Tiện Ra 2,5 … 0,63)

Ky = 1 (không cần tăng bền bề mặt) Theo bảng 10.11 [1], ta có :

Trục lắp có độ dôi với kiểu lắp k6 có:

S = 9,13 > [S] = 1,5  2,5 Vậy tiết diện B đã thỏa điều kiện bền mỏi.

Tại C : có rãnh then với b = 36, h = 20, t1 = 12 Theo bảng 10.6 [1] ta có :

a = = = 1,15 MPaTheo Bảng 10.7 [1]   = 0,05 và  = 0Theo Bảng 10.8 và 10.9 [1] : Kx = 1,06, Ky = 1

Theo Bảng 10.10 [1] ta có : Với trục có rãnh then cắt bằng dao phay ngón : K = 1,76 và K 1,54

S = 35,46 > [S] = 1,5  2,5 Vậy tiết diện C đã thỏa điều kiện bền mỏi.

Vậy trục thiết kế đã thỏa điều kiện bền mỏi.

 Kết cấu trục : Trục vừa thiết kế theo yêu cầu cần có bộ phận nhiệt bên trong trục cán, do đó trục cán phải rỗng để có không gian bố trí thiết bị nhiệt.

Thiết bị nhiệt được chọn là nhiệt điện trở quấn quanh trục cách điện đặt vào giữa lô để từ đó lô cán sóng đồng thời cũng là lô truyền nhiệt sấy khô cho giấy Để đáp ứng yêu cầu nói trên ta thiết kế các trục lô cán như các hình vẽ sau đây :

0 8 m Th ẳn g Z D ạn g ra êng

S oỏ ra ờng M oõủ un 84

M ôđ un D ạn g ra êng

S oá ra êng Th aún g

 Chọn ổ lăn : Vì kết cấu trục chỉ chịu lực hướng tâm và do phải tăng đưa lên xuống để điều chỉnh khe hở giữa các trục lô cán cho nên khả năng lệch tâm của trục là có thể xảy ra Do đó ta chọn loại ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy với kết cấu ổ này cho phép trục nghiêng so với ổ một góc 2 0

Khả năng tải động Cđ định theo công thức : Cđ = Q Trong đó :

Q : Tải trọng quy ước L : Tuổi thọ của của ổ (triệu vòng quay) m : Bậc của đường cong mỏi ; m = 3 + Xác định L :

Ta có : Lh = 20.10³.h Theo công thức 11.2 [1] ta có:

= 14,64 (triệu vòng quay) + Xác định tải trọng quy ước :

Q = (X.V.Fr + YFa) Kt.Kđ (3-27) Trong đó :

Kt = 1 : Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ Bảng 11.3 [1]  Kđ = 1,5 : Hệ số kể đến đặc tính tải trọng Ta có : FyB = 442 N ; FxB = 16989 N

 FrB =  16995 (N) FyE = 103 N ; FxE = 48 N  FrB =  114 (N) Ta lấy FrB = 16995 để tính toán  Q = FrB

 Cđ = 16995 3 14 , 64  41575 (N) = 41,575 (KN) Chọn ổ bi loại 1220 với các thông số sau : d = 100 mm, D = 180 mm, B = 34 mm, r = 3,5 mm C = 54,4 KN, C0 = 41,2 KN

- Kiểm nghiệm khả năng tải động:

Ta có: Cđ = 41,575 KN < C = 54,4 KN

- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh Q0 = X0.Fr = 0,5 x 16995 = 8497,5 (N) = 8,5 KN Q0 = 8,5 KN < C0 = 41,2 KN

Vậy ổ đã đạt yêu cầu.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DÂY CHUYỀN

Dây chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp bao gồm 3 cuộn giấy Cuộn thứ nhất được đưa vào lô (1) của khâu tạo sóng xếp lớp cùng với lô (2) tạo ra lớp dợn sóng được gia nhiệt bởi hệ thống nhiệt điện trở có trong các lô, đồng thời qua bộ phận bôi hồ sẽ quét lên lớp dợn sóng một lớp hồ, cuộn giấy thứ hai được đưa vào giữa lô (2) và lô (3) dán với lớp dợn sóng tạo ta bìa giấy 2 lớp qua hệ thống các con lăn và băng tải giấy đến hệ thống kéo giấy Tại đây bìa giấy 2 lớp được đưa qua bộ phận bôi hồ quét lớp hồ cho lớp sóng giữa và dán cùng với cuộn giấy thứ 3 qua các lô kéo giấy có bề mặt nhám và dàn nhiệt tạo ra bìa giấy Carton 3 lớp cứng chắc Sau đó bìa giấy Carton 3 lớp sẽ được đưa qua hệ thống cắt, xén cạnh, ghim thành hộp và đưa vào sử dụng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng.

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIỆT

Để đảm bảo chất lượng giấy carton, cần tính toán và phân phối nhiệt lượng thích hợp trong quá trình tạo sóng xếp lớp và sấy khô.

TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LÔ CÁN SÓNG

4.1.1 Nguyên lý sấy của khâu tạo sóng xếp lớp

Bìa 2 lớp đã cán sóng (2)

Giai đoạn hong khô giấy t  = 50  C Tieỏp ủieồm gia nhieọt để tăng độ cứng phần sóng của lớp ruột

Tieỏp ủieồm gia nhieọt để hồ chóng khô Giai đoạn duy trì nhiệt độ cho lớp ruột , t  = 50  C

Giai đoạn hong khô giấy t  = 50  C

Hình 4.1 : Nguyên lý sấy của khâu tạo sóng, xếp lớp

Giấy lớp dợn sóng được đưa qua lô (1) và được lô này truyền nhiệt hong khụ giấy ở t 0 = 50 0 C trong khoảng ẵ chu vi của lụ (1) để giấy được khô và tránh bị nát khi cán sóng.

Trong khoảng ẵ chu vi lụ (2) lớp dợn súng được quột hồ và được duy trì nhiệt độ t 0 = 50 0 C

Giấy lớp mặt ngoài được đưa qua lô (3) và được lô này truyền nhiệt hong khụ giấy ở t 0 = 50 0 C trong khoảng ẵ chu vi của lụ này.

Tại tiếp điểm giữa lô (1) và (2), giấy được gia nhiệt để tăng độ cứng chắc cho lớp sóng được tạo ra

Tại tiếp điểm giữa lô (2) và (3) giấy lớp mặt ngoài và giấy lớp dợn sóng được dán với nhau và được gia nhiệt để hồ chóng khô và tăng độ cứng chắc cho giấy.

Như vậy với nhiệt độ cần thiết để kho khô giấy t 0 = 50 0 C ta cần phải tính nhiệt lượng phát ra ở các lô rồi từ đó tính ra được chiều dài dây điện trở để lắp đặt vào trong ruột các lô.

4.1.2 Tính truyền nhiệt qua lớp giấy

Nhiệt độ môi trường (không khí): tf2 = 30 o C Hệ số tỏa nhiệt : 1 = 65 W/m²).độ ; 2 = 22 W/m²).độ Giản đồ nhiệt truyền qua lớp giấy: x t f1 t w1 t w2 = 50C t f2 = 30C q

Hình 4.2 : Giản đồ nhiệt truyền qua lớp giấy

 q = 2 (tw2 - tf2) = 22 x (50 – 30) = 440 (W/m²)) Mặt khác : q = k (tf1 - tf2)

4.1.3 Tính truyền nhiệt qua lô cán sóng (1)

Giản đồ truyền nhiệt qua lô (1) : x t' f1 t' w1 t' w2 t' f2 q'

Hình 4.3 : Giản đồ nhiệt truyền qua lô (1)

Ta có : t'w2 = tf1 = 59,3 o C ; t'f2 = tw1 = 52,5 o C ; dngoài = 216 mm t'w2 = t’f2 +

 q’  12929,5 (W/m²)) Vậy tổn thất nhiệt truyền qua vách trụ để cung cấp nhiệt cho giấy hong khô trên 1 m 2 là 12929,5 W/m 2

Ta có nhiệt lượng mà cuộn dây điện trở cần cung cấp cho giấy để hong khô là : Q = Q’ = q’S

Trong đó : S : Diện tích trụ ngoài của lô (1) S = .dngoài h = 3,14 x 0,216 x 1  0,679 (m²))

 Q = 12929,5 x 0,679  8779 (W) Ta có vận tốc giấy V = 10 m/ph Do đú thời gian giấy đi qua ẵ chu vi lụ (1) là: t = V

 0,034 (phút)  t  2,04 (s) Với nhiệt lượng Q = 8779 (W) tỏa ra trong t = 2,04 (s) thì điện trở cần thiết là :

R = x t = x 2,04 = 11,25 () Như vậy ở lô (1) này ta dùng ống nung gồm 1 cuộn dây điện trở 11,25 bằng Crôm quấn trong một ống kim loại với Oxit Magie chịu gỉ.

4.1.4 Tính truyền nhiệt qua lô cán sóng (2)

Giản đồ truyền nhiệt qua lô (2) : x t'' f1 t'' w1 q''

Hình 4.4 : Giản đồ nhiệt truyền qua lô (2)

Ta có : t’’w2 = tf1 = 59,3 o C ; t’’f2 = tw1 = 52,5 o C ; dngoài = 262 mm

 q’’  15683 (W/m²))Diện tích mặt trụ ngoài của lô (2) : S =  x dngoài x h =  x 0,262 x 1  0,823 (m²))

Nhiệt lượng mà cuộn dây điện trở cần cung cấp cho giấy là : Q = Q’’ = q’’S = 15683 x 0,823  12907 (W)

Thời gian giấy đi qua ẵ chu vi lụ (2) là : t = V

Điện trở cần thiết để tạo sóng là R ≈ 9,26 Ohm, được tính bằng công thức R = x.t với x là độ cứng lớp giấy và t là thời gian tác dụng nhiệt của hai lô (1) và (2) Quá trình này làm tăng độ cứng chắc cho lớp sóng giấy trong quá trình cán tạo sóng do tiếp điểm của hai lô (1) và (2) nhận được nhiệt lượng truyền qua lớp giấy dợn sóng.

Vì kích thước lô này giống như kích thước lô (2) nên kết qủa tính toán là tương đương.

+ Tại tiếp điểm của lô (2) và (3) do nhận được nhiệt lượng của cả hai lô này truyền qua giấy lớp dợn sóng và giấy lớp mặt ngoài do đó làm tăng khả năng kết dính cho bìa giấy 2 lớp và làm tăng độ cứng chắc cho lớp giấy dợn sóng giữa và lớp mặt ngoài.

TÍNH TOÁN NHIỆT CHO DÀN SẤY BÌA CARTON 3 LỚP

Sơ đồ dàn sấy bìa Carton 3 lớp :

Giấy lớp mặt ngoài Giấy Carton 2 lớp đã được bôi hồ

Hình 4.5 : Sơ đồ dàn sấy bìa Carton 3 lớp

Giấy bìa Carton 2 lớp được gia nhiệt ở nhiệt độ 50 o C sau đó được đưa chạy qua dàn máy trên các trụ đỡ và con lăn với đoạn đường khoảng 30 m với vận tốc v = 10m/phút.

Suy ra thời gian bìa giấy Carton 2 lớp đi qua dàn máy và được làm nguội trong môi trường tf = 30 o C :  = 30/10 = 3 (phút)

Hệ số toả nhiệt trên bề mặt tấm bìa Carton 2 lớp :  = 65 W/m²).độHệ số dẫn nhiệt :  = 0,14 W/m.độ

Hệ số khuếch tán nhiệt : a = = 1 , 51 x 50

= 1,85 x 10 -8 (m 2 /s) Nhiệt độ ở tâm và trên bề mặt tấm được xác định trên đồ thị 4-4 và 4-5 [3]

Trong đó : Bi = : Tiêu chuẩn Bio;

Fo = : Tiêu chuẩn Furie Với:

Chiều dày tấm bìa 2 lớp: 2 = (1,4 x 2,5 + 0,8)   = 2

= 0,72 Từ đồ thị tính toán ta có được:

 o x=1 = 0,24 tx=0 = tf + 0,26 (50 – 30) = 35,2 ( o C) tx= = tf + x = 1 (t0 – tf) = 30 + 0,24 (50 – 30) = 34,8 ( o C) Vậy sau thời gian làm nguội 3 phút thì nhiệt độ ở tâm của tấm bìa còn 35.2 o C còn nhiệt độ ở bề mặt của tấm tx= = 34,8 o C

Giấy bìa 2 lớp có nhiệt độ bề mặt 34,8 o C được dán vào lớp bìa bề mặt ngoài có nhiệt độ môi trường không khí tf = 30 o C trở thành bìa Carton 3 lớp Do đó ta cần tính nhiệt của bìa Carton sau khi được dán này.

Giản đồ nhiệt của bìa Carton 3 lớp : x t f1 t w1 q

Hình 4.6 : Giản đồ nhiệt của bìa Carton 3 lớp

Chiều dày của bìa Carton 3 lớp : 2 = 2 bìa 2 lớp + bìa mặt ngoài

= 2,55 mm Nhiệt độ bề mặt của bìa Carton 3 lớp : tw1 = tf1 - q ; mà q = k(tf1 - tf2) Với : k = = 15,02 W/m²)độ

 tw2  33,3 ( o C) Khi đi qua dàn sấy ở nhiệt độ 60 o C thì nhiệt độ bìa Carton 3 lớp đã ở trạng thái nhiệt độ bề mặt là 36 o C Để gia nhiệt lên 60 o C để sấy ta phải tính nhiệt lượng dàn sấy cung cấp cho bìa Carton 3 lớp này.

Giản đồ gia nhiệt cho bìa Carton 3 lớp : x q

Hình 4.7 : Giản đồ gia nhiệt cho bìa Carton 3 lớp t'w2 = tw1 = 36 o C t’f2 = 30 o C (nhiệt độ môi trường không khí) t’w2 = t’f2 + q  q = (36 – 30) x 22 = 132 (W/m²))Như vậy ta cần gia nhiệt thêm cho giấy với một nhiệt lượng q = 132W/m²)

Theo bố trí dàn sấy bao gồm 2 dàn, mỗi dàn có kích thước 1m x 1 do đó diện tích sấy của mỗi dàn 1m²)

 Diện tích sấy là 2m²) Ta phân chia đều nhiệt lượng cung cấp cho mỗi dàn là : Q1 = Q2 = = = = 66 (W)

Thời gian giấy qua dàn là: t = = 0,1 (phút) Vậy điện trở cần thiết cho mỗi dàn là : R = t = x 0,1 x 60

 R = 4400  (= 4,4 K)Khi có sự cố xảy ra ví dụ kẹt dao khi cắt tấm bìa Carton sẽ gây nên đùn, kẹt giấy sẽ dẫn đến quá nhiệt cho bìa giấy Carton 3 lớp trên dàn sấy Chính vì vậy ta thiết kế hệ thống dàn sấy có thể nâng hạ được khi xảy ra sự cố nêu như trên

THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN 5.1 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NĂNG SUẤT

Vì thành phẩm bìa Carton 3 lớp được đưa sang cắt thành tấm với những khổ theo yêu cầu sử dụng, do đó năng suất của dây chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp chính là số tấm bìa Carton được sản xuất ra trong mỗi phút. Để đếm được năng suất của máy ta thông qua việc đo vận tốc của sản phẩm bìa Carton 3 lớp.

Vận tốc chính là mức độ thay đổi lượng di động hoặc khoảng cách Nó được đo bằng đơn vị chiều dài trên đơn vị thời gian. Để đo vận tốc thẳng của sản phẩm thông thường trong hệ thống điều khiển người ta thường biến đổi thành vận tốc góc

Vận tốc góc là mức độ thay đổi lượng di động góc Người ta thường dùng ba phương pháp đo vận tốc như sau :

- Đo bằng máy phát tốc một chiều.

- Đo bằng máy phát tốc xoay chiều.

- Đo bằng máy phát tốc quang học.

5.1.1 Máy phát tốc một chiều

Hình 5.1 : Sơ đồ máy phát tốc một chiều

(1) : Cuộn dây ; (2) : Nam châm vĩnh cửu ; (3) : Vòng góp ; (4) : Chổi góp Điện áp 1 chiều do máy phát tốc tạo nên : E = KE.n = [2]

Trong đó : KE = : Hằng số sức điện động

 = : Vận tốc góc (rad/s) n : Số vòng quay phần ứng (v/ph) R : Bán kính trung bình phần ứng (m) B : Cảm ứng từ của từ trường (Weber/m 2 ) N : Số thanh dẫn tác dụng l : Chiều dài của 1 thanh dẫn (m) Từ sự thay đổi của điện áp ta sẽ suy ra được sự thay đổi của vận tốc góc hay vận tốc dài, từ đó suy ra năng suất của máy

Để hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt, chổi than phải có khả năng chịu mài mòn cao Các chất bẩn trong không khí có thể tạo thành màng mỏng trên vòng góp, gây sai lệch; ma sát cũng tạo ra nhiệt độ cao.

5.1.2 Máy phát tốc xoay chiều

Là 1 máy phát điện 3 pha với bộ chỉnh lưu 3 pha ở đầu ra

 Ưu điểm : làm việc tốt ở vận tốc cao ; có khả năng chịu được môi trường nhiễm bẩn

 Nhược điểm : điện áp ra không tuyến tính ở vận tốc thấp do sụt áp ở bộ chỉnh lưu (0,7V), do đó phạm vi đo thấp

5.1.3 Máy phát tốc quang học

Một bộ mã hoá gia lượng nối liền với 1 trục quay tạo nên 1 dãy xung Từ đó có thể dễ dàng nhận được 1 tín hiệu vận tốc số Phần lớn yêu cầu xử lý tín hiệu là đếm thời gian.

Quan hệ giữa vận tốc của trục quay cần đo (n) và tổng số đếm: n = (v/ph) (5-1) Trong đó :

N : Số xung trên 1 vòng quay của trục C : Số xung trong thời khoảng đếm tc (s)

 Ưu điểm : sử dụng trong phạm vi rất rộng với độ chính xác và độ ổn định rất cao

Trong 3 phương pháp nêu trên thì phương pháp thứ 3: dùng máy phát tốc quang học là phương pháp có tính ưu việt nhất Do đó để thiết kế hệ thống đếm năng suất của máy ta chọn phương pháp dùng máy phát tốc quang học với bộ mã hoá gia lượng gắn trực tiếp vào trục cán sóng chính (trục lô 2)

Ta chọn trục cán sóng chính (trục lô 2) của khâu tạo sóng, xếp lớp là trục cần đo vì trục này nhận truyền động trực tiếp từ hệ thống động cơ, các bộ truyền, hộp giảm tốc và vì nhằm đảm bảo đồng tốc.

Mặt khác vận tốc của lô này cũng chính là năng suất của máy như đã nói ở trên.

Trục máy phát tốc (gaộn trửc tieỏp leõn truùc lô cán sóng (2))

Các rãnh đồng tâm Đĩa mã

Bộ xử lý tín hiệu và hiển thị

Hình 5.2 : Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy phát tốc quang học

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CỬ CẮT BẰNG

“MẮT THẦN” Để cắt bìa Carton thành tấm với những khổ khác nhau ta cần phải có hệ thống điều chỉnh cử cắt, ở đây ta chọn cảm biến tiếp cận điện- quang để thiết kế hệ thống này

5.2.1 Cảm biến tiếp cận điện-quang

Cảm biến tiếp cận điện quang là một dạng trong các loại cảm biến điện quang Nó sử dụng một chùm ánh sáng để phát hiện sự hiện diện của vật thể (mục tiêu) làm cản trở hoặc phản xạ chùm sáng.

Nguồn sáng, thường dùng đèn nóng sáng hoặc đèn tia hồng ngoại, cung cấp chùm sáng còn quang cảm để nhận biết sự hiện diện hoặc thiếu mất chùm sáng Bộ thu được điều chỉnh để tiếp nhận tia hồng ngoại đã được điều biến, loại bỏ tia không điều biến Đèn hồng ngoại được điều biến được gọi là bộ phát, và quang cảm gọi là bộ thu.

5.2.2 Các phương pháp dùng chùm sáng để phát hiện mục tiêu 5.2.2.1 Phương pháp truyền trực tiếp

Vật thể cần phát hiện phải đi qua giữa bộ phát và bộ thu đặt đối diện nhau Vật thể bị phát hiện khi nó ngắt chùm ánh sáng.

Khoảng cách phát hiện lớn (trên 30 m) và có thể làm việc trong môi trường bị nhiễm bẩn. phát Bộ Bộ thu

Hình 5.3 : Phương pháp truyền trực tiếp 5.2.2.2 Phương pháp truyền phản xạ

Bộ phát và bộ thu cùng đặt trong 1 cơ cấu cảm biến Mặt phản xạ đặt đối diện bộ phát/thu dùng để phản xạ chùm sáng về bộ thu

Chùm sáng phải đi 1 quãng đường gấp đôi, nên tổn thất phản xạ khoảng 10  30% so với phương pháp truyền trực tiếp. phát Bộ thu và Mặt phản xạ

Hình 5.4 : Phương pháp truyền phản xạ

5.2.2.3 Phương pháp truyền khuếch tán

Giống phương pháp truyền phản xạ nhưng không có mặt phản xạ.

Chùm sáng bị bề mặt vật thể chặn lại và khuếch tán đi các hướng.

Một phần ánh sáng khuếch tán đến được bộ thu và tác động vào mạch điều khiển Ở phương pháp truyền trực tiếp và truyền phản xạ, mục tiêu ngắt chùm sáng Ở phương pháp truyền khuếch tán mục tiêu làm nên chùm sáng. phát Bộ thu và Mục tiêu

Hình 5.5 : Phương pháp truyền khuếch tán

Ngoài các phương pháp trên còn có phương pháp truyền hội tụ và truyền phản chiếu nhưng ta không đề cập tới.

Với các phương pháp nêu như trên, để điều chỉnh cử cắt ta dùng cảm biến tiếp cận điện quang (Mắt Thần) theo phương pháp truyền khuếch tán.

Nguyên lý làm việc: khi thành phẩm bìa Carton 3 lớp tiến ra chạm vào chùm tia sáng làm chùm sáng khuếch tán đi các hướng, một phần ánh sáng khuếch tán đến được bộ thu và tác động vào mạch điều khiển làm cho dao cắt hoạt động và cắt bìa Carton thành những tấm rời với kích thước đã định.

Cảm biến tiếp cận điện quang (Mắt Thần) có thể dịch chuyển được trên trục vít để điều chỉnh khổ giấy cần cắt.

Bộ phát và thu (Maét Thaàn)

Dũch chuyeồn treõn truùc vớt

Hình 5.6 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của “Mắt Thần”

THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

Như ta đã phân tích ở phần trên là nếu nhiệt độ cấp cho giấy quá cao sẽ làm cho giấy bị quá nhiệt gây cháy giấy ảnh hưởng chất lượng của bề mặt giấy; ngược lại nếu nhiệt độ cấp cho giấy quá thấp sẽ không đảm bảo được chất lượng của giấy, trong quá trình xếp lớp hồ sẽ không khô kịp và sản phẩm ra không được cứng chắc tạo phế phẩm. Để tránh tình trạng trên ta cần thiết kế bộ phận điều khiển nhiệt độ của các bộ phận nhiệt gia nhiệt cho giấy luôn ở trong khoảng nhiệt độ cho phép.

5.3.1 Các phương pháp đo nhiệt độ 5.3.1.1 Đo nhiệt bằng cặp nhiệt

Phương pháp này dùng 1 đầu dò nhiệt (Thermo Couple TC) qua thiết bị điều khiển nhiệt độ (Temporate Controller) để giữ cho nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt cho giấy luôn ở trong khoảng nhiệt độ cho phép.

Mạch kết nối TC với thiết bị điều khiển nhiệt độ được sơ đồ hoá như sau:

Temperate Controller (XMTD-2001) Đầu dò nhiệt Nhiệt điện trở

Bộ điều khiển nhiệt độ

Hình 8.1: Sơ đồ điều khiển nhiệt độ dùng TC

 Các thông số của thiết bị điều khiển nhiệt độ Temporare Controller:

- Ký hiệu: XMTD-2001 - Nguồn nuôi: 220V - 12 chân

- Hiển thị số - Nhiệt độ điều khiển: 0  999 C

5.3.1.2 Đo nhiệt bằng Diod và Transitor Độ nhạy nhiệt: dT S  dV

Hình 5.11: Các linh kiện sử dụng cảm biến nhiệt độ a) diode b) transistor mắc theo kiểu diode c)cặp transistor mắc theo kiểu diode Đối với kiểu (c) độ nhạy nhiệt: dT V V S d ( 1  2 )

 (5-3) Dải nhiệt độ làm việc bị hạn chế do sự thay đổi tính chất điện của cảm biến ở các nhiệt độ giới hạn và nằm trong khoảng T= - 50C150C Trong khoảng nhiệt độ này, cảm biến có độ ổn định cao.

Ngoài ra còn có các phương pháp đo nhiệt khác như: dùng quang học để đo nhiệt… nhưng ở đây ta chỉ đề cập đến 2 phương phổ biến trên.

5.3.2 Lựa chọn phương pháp Ơ phương pháp 2 dải nhiệt độ bị hạn chế do đó không thích hợp với yêu cầu cần thiết dò nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt là khá lớn và thay đổi trong dải nhiệt độ rộng.

Phương pháp 1 là phương pháp dùng phổ biến nhất trong lĩnh vực sản xuất ở Việt Nam do dễ sử dụng, dễ điều khiển và giá thành cũng rẻ.

Do đó, em đã lựa chọn phương pháp thứ nhất để thiết kế và ứng dụng lắp đặt vào mô hình

Sơ đồ mạch điều khiển được bố trí như sau:

Tiếp điểm báo động sự cố

(Nhiệt điện trở) Rô-le trung gian

Hình 8.3: Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ dùng TC

VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY6.1 VẬN HÀNH MÁY

Tất cả các động cơ hoạt động đều là động cơ 3 pha Đối với hệ thống nhiệt, điện thế cung cấp cho hệ thống này là 220V, do các đầu dây được bắt trực tiếp luồn trong lô cán sóng do đó ta phải đảm bảo cách điện tốt Để hệ thống hoạt động tốt và để đảm bảo an toàn lao động, các động cơ phải có vách ngăn bảo vệ, đường dây cho hệ thống phải hợp lý, hiệu quả, an toàn và đồng bộ, tránh hiện tượng đoản mạch, mất an toàn.

 Cấu tạo : Bao gồm các tiếp điểm, công tắc tơ, rơ-le nhiệt điều khiển cho các động cơ hoạt động

 Hoạt động: Đóng cầu dao điện Ấn nút ON trên bảng điều khiển, cuộn dây M1 có điện làm cho tiếp điểm thường mở đóng lại và động cơ hoạt động Khi xảy ra hiện tượng quá tải, rơ-le nhiệt ngưng hoạt động dẫn đến động cơ dừng Để tắt động cơ nhấn nút OFF trên bảng điều khiển.

6.1.2 Máy tạo sóng, xếp lớp 6.1.2.1 Căn chỉnh giấy và các lô cán sóng

Khi vận tốc đã phù hợp ta chỉnh cuộn giấy bằng các đai ốc trên trục, đồng thời ta chỉnh phanh sao cho giấy không bị chùng để đảm bảo lực căng giấy cần thiết Để thay đổi khoảng cách giữa các trục cán sóng ta điều chỉnh tăng đưa.

6.1.2.2 Vận hành máy Đưa giấy vào các lô cán, điều chỉnh cuộn giấy và lực ép giữa các lô cán Khi hệ thống nhiệt hoạt động đạt nhiệt độ yêu cầu, bật công tắc cho động cơ chính hoạt động, điều chỉnh vận tốc cho hợp lý.

CÔNG TÁC BẢO TRÌ

Trước mỗi ca làm việc, cần lau chùi các lô cán cho sạch sẽ tránh hiện tượng dầu mỡ của máy làm hư sản phẩm

Sau mỗi ca làm việc, cần phải quét dọn và lau chùi hệ thống bôi hồ tránh hiện tượng hồ bám cặn sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

6.2.2 Bảo quản và sửa chữa Định kì thay nhớt cho hộp giảm tốc, kiểm tra mức dầu, kiểm tra độ lệch tâm và độ không song song giữa các trục cán trong máy tạo sóng, xếp lớp. Đối với các ổ lăn, xích truyền động ngoài: thăm dầu thường xuyên trong mỗi ngày làm việc (do trong các lô cán sóng có hệ thống nhiệt). Đối với hệ thống nhiệt: nên thường xuyên kiểm tra dây điện trở và đồng hồ nhiệt để dễ phát hiện những sai sót tránh hoả hoạn, đảm bảo an toàn lao động.