Thiết kế mô hình duỗi, uốn và cắt đai thép tự động

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN PHÚC Lớp: 51CKCD Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo cơ cấu cắt và chương trình điều khiển mô hình máy duỗi và uốn móc đai thép tự động” Số trang:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

= = =

   = = =

NGUYỄN XUÂN PHÚC

THIẾT KẾ MÔ HÌNH DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI

THÉP TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

NHA TRANG - 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

= = =

   = = =

NGUYỄN XUÂN PHÚC

THIẾT KẾ MÔ HÌNH DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI

THÉP TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: ThS VŨ THĂNG LONG

NHA TRANG - 2013

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN PHÚC Lớp: 51CKCD

Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo cơ cấu cắt và chương trình điều khiển mô hình máy duỗi và uốn móc đai thép tự động”

Số trang: 126

Số chương: 4

Hiện vật: Mô hình máy duỗi và uốn móc đai thép tự động

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

Kết luận: ……… ĐIỂM CHUNG

Bằng Số Bằng chữ

Nha trang, ngày…… tháng……năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN PHÚC Lớp: 51CKCD

Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo cơ cấu cắt và chương trình điều khiển mô hình máy duỗi và uốn móc đai thép tự động”

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP 4

1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4

1.1.1 Tình hình sử dụng thép trên thế giới 4

1.1.2 Tình hình sử dụng sắt thép trong nước 5

1.2 THÉP XÂY DỰNG 6

1.3 THỰC TRẠNG MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 8

1.3.1 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép trên thế giới 8

1.3.2 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép ở nước ta 10

1.3.3 Các loại đai 13

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 15

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.2 YÊU CẦU HỆ THỐNG 15

2.2.1 Yêu cầu phần cứng 15

2.2.2 Yêu cầu phần mềm 16

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16

2.3.1 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 16

2.3.1.1.Phương án 1 16

2.3.1.2 Phương án 2 17

2.3.1.3 Phương án 3 20

2.3.1.4 Lựa chọn phương án phù hợp 22

2.3.2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CƠ KHÍ 2.3.2.1 Cơ sở lí thuyết 22

2.3.2.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị 32

2.3.2.3 Thiết bị, vật liệu và các bước tiến hành chế tạo mô hình máy 41

2.3.3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHẦN ĐIỀU KHIỂN 58

2.3.3.1 Cơ sở lí thuyết 59

2.3.3.2.Thiết kế mạch và giải thuật điều khiển 73

a Mạch điều khiển 73

b.Giải thuật điều khiển .78

CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

3.1 THỬ NGHIỆM 81

3.1.1 Kiểm tra nguồn 81

3.1.2 Kiểm tra mạch công suất 82

3.1.3 Kiểm tra phần cơ khí 84

3.1.4 Kiểm tra động cơ 88

3.1.5.kiểm tra các vật che chắn an toàn .88

3.2 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 88

3.2.1 Chạy phần duỗi 89

3.2.2 Chạy phần uốn 90

3.2.3 Chạy phần cắt 91

3.2.4 Chạy tổng hợp 92

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 94

4.1 KẾT LUẬN 94

4.1.1 Kết quả đạt được 94

4.1.2 Kết quả chưa đạt được 94

4.2 ĐỀ XUẤT 94

4.2.1 Đề xuất phần cứng 94

4.2.2 Đề xuất phần mềm 94

PHỤ LỤC 95

PHẦN MỀM CODEVISION AVR 95

PHẦN MỀM ORCAD 98

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

BẢN VẼ 126

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sản phẩm thép 4

Hình 1.2 Tăng trưởng nhu cầu thép thế giới (nguồn:WSA) 4

Hình 1.3 Thép được dung trong xây dựng 6

Hình 1.4 Máy duỗi, cắt thép sản xuất tại Trung Quốc 9

Hình 1.5 Máy bẻ đai chuyên dụng do Hàn Quốc sản xuất 10

Hình 1.6 Công nhân cắt thép bằng máy cắt cầm tay 11

Hình 1.7 Máy bẻ đai thép TD08 12

Hình 1.8 Đai thép hình chữ nhật 13

Hình 1.9 Đai thép hình vuông 13

Hình 2.1 Phương án tổng quan thiết kế 1 16

Hình 2.2 Cơ cấu cắt (phương án 1) 18

Hình 2.3 Phương án tổng quan thiết kế 2 18

Hình 2.4 Cơ cấu cắt (phương án 2) 19

Hình 2.5 Phương án tổng quan thiết kế 3 20

Hình 2.6 Cơ cấu cắt (phương án 3) 21

Hình 2.7 Biểu đồ σ - ɛ 23

Hình 2.8 Biến dạng đàn hồi 24

Hình 2.9 Biến dạng dẻo và đàn hồi 24

Hình 2.10 Biến dạng dẻo 24

Hình 2.11 Các giai đoạn cắt kim loại 25

Hình 2.12 Máy duỗi thép 27

Hình 2.13 Cơ cấu truyền lực để uốn bằng tay 28

Hình 2.14 Máy uốn bán tự động 29

Hình 2.15 Máy uốn ống điện thủy lực Diamond – Japan 29

Hình 2.16 Máy cắt sắt KMC-25W 30

Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lí máy cắt đĩa 31

Hình 2.18 Nguyên lí cắt thép bằng dao nghiêng 31

Hình 2.19 Động cơ điện 1 pha 33

Hình 2.20 Sơ đồ tiết diện đai 34

Hình 2.21 Cấu tạo của bánh đai 35

Hình 2.22 Khoảng cách trục 37

Hình 2.23 Một số loại bánh răng 40

Hình 2.24 Cơ cấu hộp giảm tốc 1 cấp 41

Hình 2.25 Thép V 41

Hình 2.26 Que hàn 42

Hình 2.27 Minh họa các mối hàn 44

Hình 2.28 Bu long – đai ốc 45

Hình 2.29 Máy cắt cầm tay 45

Hình 2.30 Máy hàn 46

Hình 2.31 Chạy dây trong mạch 49

Hình 2.32 Mạch đem đi in 50

Hình 2.33 Lắp mạch điện vào tủ điện 51

Hình 2.34 Giá để thép 52

Hình 2.35 Khung duỗi thép 52

Hình 2.36 lô duỗi thép 53

Hình 2.37 Giá đặt động cơ duỗi 54

Hình 2.38 Tổng quát cơ cấu gá thép và duỗi thép 55

Hình 2.39 Cơ cấu gá đặt cho động cơ uốn và cắt thép 55

Hình 2.40 Bản vẽ trục vitme dẫn hướng 56

Hình 2.41 Bộ truyền trục vít – đai ốc 56

Hình 2.42 Trục vít ren hình thang 57

Hình 2.43 Trục vít ren hình chữ nhật 57

Hình 2.44 Trục vít ren hình răng cưa 57

Hình 2.45 Sơ đồ tổng quan 58

Hình 2.46 Atmega 16 60

Hình 2.47 Sơ đồ chân atmega 16 62

Hình 2.48 Sơ đồ chân Opto PC817 63

Hình 2.49 Opto PC817 63

Hình 2.50 Nguyên lí hoạt động của Opto PC817 64

Hình 2.51 Tụ điện 64

Hình 2.52 Kí hiệu tụ điện 65

Hình 2.53 Hình dáng và kí hiệu IRF 540 65

Hình 2.54 Sơ đồ chân Rơle 66

Hình 2.55 Rơle 8 chân 66

Hình 2.56 Encoder 67

Hình 2.57 Cấu tạo bên trong của Encoder 68

Hình 2.58 Nguyên tắc hoạt động của Encoder 68

Hình 2.59 Hình ảnh thực tế của Triac 69

Hình 2.60 Cấu tạo Triac 69

Hình 2.61 LCD 16x2 70

Hình 2.62 Kết nối LCD 71

Hình 2.63 Bàn phím keypad 4x4 72

Hình 2.64 Cấu tạo keypad 72

Hình 2.65 Khối nguồn 5VDC cấp cho vi điều khiển 73

Hình 2.66 Khối nguồn 12VDC cấp cho mạch công suất và động cơ 73

Hình 2.67 Mạch vi điều khiển 74

Hình 2.68 Khối mạch công suất điều khiển động cơ cắt 75

Hình 2.69 Khối mạch công suất điều khiển động cơ uốn 76

Hình 2.70 Khối mạch điều khiển động cơ duỗi 76

Hình 2.71 Khối mạch điều khiển LCD 77

Hình 2.72 Giải thuật điều khiển tổng quát 78

Hình 2.73 Giải thuật điều khiển chi tiết 79

Hình 3.1 Kiểm tra điện áp cấp cho vi điều khiển 81

Hình 3.2 Kiểm tra chân của vi điều khiển 82

Hình 3.3 Kiểm tra điện áp cấp cho động cơ 83

Hình 3.4 Kiểm tra rò rỉ điện 83

Hình 3.5 Cơ cấu uốn thép 84

Hình 3.6 Cơ cấu đặt lưỡi cắt 85

Hình 3.7 Cơ cấu trục vít me 85

Hình 3.8 Gá đỡ thép cuộn tròn 86

Hình 3.9 Cơ cấu duỗi thẳng thép 86

Hình 3.10 Tủ điện 87

Hình 3.11 Mô hình máy duỗi thực tế .87

Hình 3.12 Tra dầu mỡ vào ổ bi .88

Hình 3.13 Khoảng cách các lô .89

Hình 3.14 Tấm dẫn hướng .90

Hình 3.15 vị trí dây thép so với lưỡi dao dưới 91

Hình 3.16 Sản phẩm thực tế

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam 7

Bảng 1-2: Bảng hàm lượng các nguyên tố của một số thép trên thị trường 8

Bảng 1-3 Thông số kĩ thuật của máy bẻ đai thép GT4 9

Bảng 1-4 Thông số kĩ thuật của máy bẻ đai thép KMB-25 10

Bảng 2.1: Kích thước tiết diện các loại đai .35

Bảng 2.46: Thông số kỹ thuật Opto PC81 .63

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát triển, để đưa đất nước trở thành một quốc gia có nền công nghiệp hiện đại, chúng ta cần vận hành khối óc, sự sáng tạo khoa học kỹ thuật vào trong nền công nghiệp hiện nay ở nước ta Song song với quá trình phát triển đó, đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng đầy đủ để đáp ứng cho nhu cầu phát triển công nghiệp

Nhằm để đáp ứng lại nhu cầu tăng trưởng khá nóng của ngành xây dựng công nghiệp và dân dụng, đòi hỏi chúng ta phải có phương thức xây dựng, thi công nhanh gọn, chính xác và hiệu quả làm việc cao Nhằm thay thế cho các phương thức thi công thủ công lỗi thời trước đây

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói riêng Đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bản tương đối rộng Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong thực tế sản xuất, trong kỹ thuật cũng như trong đời sống hàng ngày

Nghiên cứu khoa học với mục đích giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã học trước lúc ra trường, đồng thời phát huy khả năng tư duy, sáng tạo của mỗi sinh viên khi đứng trước một vấn đề trong kỹ thuật Cùng với sự phát triển của thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc có độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của con người, tăng năng suất lao động Nhằm tạo nền tảng để đáp ứng nhu cầu đó, chúng em quyết định chọn và thực hiện đề tài ” Thiết kế, chế tạo mô hình máy duỗi, uốn và cắt đai thép tự động ” là

đề tài tốt nghiệp ra trường cho sinh viên theo học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử của trường Đại học Nha Trang

Đề tài này có ý nghĩa trong công cuộc đổi mới, sáng tạo để thiết kế hoàn chỉnh và chế tạo một máy uốn, duỗi và bẻ đai tự động với mục tiêu hướng tới là:

Hoàn thành đề tài là rút ra được rất nhiều kinh nghiệm trong chế tạo máy, gia công cơ khí, trong phương pháp nghiên cứu khoa học

Tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất

Hiện đại hóa máy móc

Hiện thực hóa các kiến thức lí thuyết và sản phẩm thực tế Đề tài tổng hợp kiến thức

cơ khí và điều khiển

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong nhà trường, các thầy trong khoa cơ khí đã tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt những năm qua, thầy cô đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu nhất để làm hành trang bước vào đời Và đặc biệt chúng em xin gửi lời tới các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử lời cảm ơn chân thành nhất, quý thầy đã và đang ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý báu Quý thầy đã tạo cho chúng em những điều kiện tốt nhất để chúng em học tập, được sử dụng thiết bị bộ môn để thực hiện đồ

án tốt và nhanh nhất

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thăng Long đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án để chúng em hoàn thành được đồ án với đúng quy định

Sinh Viên

Nguyễn Xuân Phúc

Em được khoa và bộ môn giao nhiệm vụ thực hiện đồ án tốt nghiệp: “ Thiết kế, chế

tạo cơ cấu cắt và chương trình điều khiển mô hình máy duỗi và uốn móc đai thép

tự động.“

Nội dung thực hiện gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về máy duỗi, uốn và cắt thép

Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Chương 3: Thực nghiệm - phân tích kết quả

Chương 4: Kết luận - đề xuất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY DUỖI, UỐN VÀ

CẮT ĐAI THÉP

1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1.1.1 Tình hình sử dụng thép trên thế giới

Ngày nay thép là thiết bị, dụng cụ không thể thiếu đối với con người, chúng ta

có thể dễ dàng tìm thấy chúng khắp mọi nơi, trên các thiết bị của ô tô, xe máy, tàu thủy, nhà cửa hay đồ dung gia đình…Thép còn đóng góp trong sự tiến hóa của loài người Có thế nói tầm quan trọng của sắt thép đối với con người là rất lớn

Hình 1.1: Sản phẩm thép

Theo hiệp hội Thép Thế Giới (WSA) vừa công bố báo cáo về triển vọng thị trường thép thế giới năm 2011 và 2012 Báo cáo này đã được soạn thảo hồi tháng 3 trong phiên họp thường niên của Ủy ban Kinh tế thuộc WSA tại Bắc Kinh (Trung Quốc)

WSA dự báo, tiêu thụ thép toàn cầu sẽ tăng 5,9% trong năm 2011 lên 1,359 tỷ tấn, sau khi tăng 13,2% trong năm 2010 Năm 2012, tiêu thụ thép toàn cầu sẽ tăng trưởng 6% lên mức kỷ lục mới ở 1,441 tỷ tấn

Hình 1.2: Tăng trưởng nhu cầu thép thế giới(nguồn:WSA)

WSA cho rằng, nhu cầu thép của Trung Quốc sẽ tăng 5% trong năm nay lên 605 triệu tấn, sau khi tăng 5,1% năm ngoái

Nhu cầu thép của Ấn Độ có thể đạt 68,7% triệu tấn trong năm nay, tăng 13,3%

so với năm 2010 và tăng tiếp 14,3% trong năm 2012

Mỹ dự đoán sẽ tăng trưởng 13% trong năm nay lên 90,5 triệu tấn

Tại Trung và Nam Mỹ,nhu cầu thép dự báo tăng trưởng 6,6% trong năm 2011 lên 48,8 triệu tấn

Cộng đồng Các quốc gia Độc Lập CIS sẽ tiêu thụ 52,1 triệu tấn thép, tăng 7,5%

so với năm 2010 và tăng tiếp 8,9% lên 56,7 triệu tấn vào năm 2012

Nhu cầu thép tại EU dự đoán sẽ tăng trưởng 4,9% lên 151,8 triệu tấn

Nhu cầu thép của Nhật dự kiến sẽ giảm 1,2% trong năm nay xuống còn 63 triệu tấn

Nhu cầu thép tại các nước vùng Trung Đông và Bắc Phi(MENA) dự kiến ổn định

1.1.2 Tình hình sử dụng sắt thép trong nước

Theo Bộ Công Nghiệp, thị trường thép Việt Nam hàng chục năm liền mất cân đối giữa phôi và thép thành phẩm, giữa thép xây dựng và thép cao cấp khác như thép tấmlá cán nóng cán nguội nói chung và thép ống nói riêng nên Chính phủ đã chỉ đạo

Bộ công nghiệp cùng VSC (Tổng công ty thép Việt Nam) khẩn trương xây dựng khu liênhiệp thép Hà Tĩnh với nguồn tài nguyên quặng sắt của mỏ Thạch Khê, Hà Tĩnh với trữlượng 500 triệu tấn để sản xuất phục vụ cho nhu cầu kinh tế, đồng thời VSC chọn đối tác nước ngoài là Tập đoàn TATA là tập đoàn hàng đầu của Ấn Độ về sản xuất thép

Cũng theo Bộ Công Nghiệp, ngành thép Việt Nam vẫn chưa sản xuất được thép tấm cán nóng, năm 2005 VSC đã đưa nhà máy thép cán nguội Phú Mỹ với công suất 205.000 tấn/năm vào sản xuất nhưng mới chỉ đáp ứng được 25% nhu cầu trong nước

Đến năm 2010 nhu cầu về thép tấm khoảng 5 triệu tấn/năm và đến năm 2015 thì con số này lên đến 7,5 triệu tấn/năm

Hình 1.3 Thép được dung trong xây dựng

Mặc dù thị trường thép ở nước ta là rất lớn nhưng do chưa đáp ứng đủ vì vậy

có hơn 93% thép nhập từ các nước Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc Theo số liệu của Hiệp hội thép Việt Nam, năm 2006 Việt Nam nhập 2586 triệu tấn thép trị giá 1264

tỉ USD, riêng quý I/2007 nhập 1124 triệu tấn trị giá 572 triệu USD

Nhận thấy được sự cấp thiết này vì vậy Nhà Nước đã có những chủ trương phù hợp nhằm cân đối thị trường thép thành phẩm và hạn chế đến mức thấp nhất sự lãng phí nguồn ngoại tệ

1.2 THÉP XÂY DỰNG

Theo phạm vi sử dụng thép các bon có hai loại: thép các bon thường và thép các bon chất lượng tốt Thép các bon thường ở dạng đã qua cán mỏng (tấm, cây, thanh, thép hình ) chủ yếu để dùng trong xây dựng

Theo TCVN 1765: 1975 thép các bon thường lại được chia thành 3 loại A, B,

C Thép các bon thường loại A là loại thép chỉ quy định về cơ tính Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765: 1975) quy định mác thép loại này ký hiệu là CT, con số đi kèm chỉ

độ bền giới hạn Ví dụ: Thép CT31 là thép có giới hạn bền tối thiểu là 310 N/mm2

Thép các bon thường loại A có các loại mác theo bảng 1-1

Bảng 1-1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam

Mác thép (số hiệu)

Giới hạn bền σ,N/mm2 Độ giãn dài tương đối

Thép các bon thường loại B là thép chỉ quy định về thành phần hóa học

Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN1765: 1975) quy định mác thép loại này ký hiệu là BCT, con số kèm theo vẫn chỉ độ bền giới hạn như thép các bon thường loại A, còn thành phần hóa học quy định như bảng 1-2

Bảng 1-2: Bảng hàm lượng các nguyên tố của một số thép trên thị trường

Mác thép (số hiệu) Hàm lượng các nguyên tố

hơn,%

P,không lớn hơn,%

1.3 THỰC TRẠNG MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP TRÊN THẾ GIỚI

VÀ TRONG NƯỚC

1.3.1 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, thép được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

và trong xây dựng trang trí nội thất với rất nhiều chủng loại thép khác nhau có đường kính cũng rất đa dạng, nhận thấy được tầm quan trọng của sắt thép chính vì vậy việc chế tạo máy duỗi, cắt phù hợp, tăng nâng suất với nhu cầu rất cần thiết Trên thế giới hiện nay máy duỗi, cắt rất đa dạng nhỏ ngọn từ bằng tay, đến các máy lớn sử dụng động cơ, thủy lực, rồi đến NC hay CNC có thể duỗi, cắt, uốn với nhiều bán kính khác nhau với độ chính xác và năng suất rất cao

Máy duỗi, cắt, uốn tự động thủy lực điều khiển bằng động cơ servo có độ chính xác cao, kích thước sắt tương đối lớn máy được sử dụng động cơ thủy lực vì vậy tạo ra lực cắt tác dụng lên sắt đồng đều ít sinh ra khuyết tật trong khi cắt, duỗi, điều

kiển máy tương đối đơn giản sử dụng bằng bàn đạp chân, máy cắt, duỗi có sử dụng hành trình vì vậy nên sắt được duỗi cắt theo các chiều dài khác nhau Những máy cắt, duỗi này hoàn toàn tự động, và bán tự động người công nhân chỉ việc cấp phôi

Hình 1.4: Máy duỗi, cắt thép sản xuất tại Trung Quốc

Bảng 1-2 Thông số kĩ thuật của máy bẻ đai thép GT4

Thông số Hydraulic GT4-14

(Max,Model)

Hydraulic GT4-14 (Regular,Model)

Hydraulic GT4-14C (Update,Model) Đường kính Φ4 – Φ14mm Φ4 – Φ14mm Φ4 – Φ14mm

Tốc độ làm việc 30 – 50m/min 28 – 45m/min 50 – 65m/min Chiều dài cắt 800 – 9000mm 800 – 9000mm 1000 – 8600mm

Hình 1.5: Máy bẻ đai chuyên dụng do Hàn Quốc sản xuất

Bảng 1-3 Thông số kĩ thuật của máy bẻ đai thép KMB-25

1.3.2 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép ở nước ta

Trên thị trường đã có nhiều máy duỗi, cắt và bẻ đai sắt hiện đại và cho năng suất cao Tuy nhiên tình hình sản xuất thực tại vẫn phố biến nhiều hình sản xuất thủ

công máy bán tự động hay chỉ giải quyết được 1 khâu uốn, duỗi hay cắt Các khâu này hoạt động độc lập với nhau nên tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công Việc tiêu tốn nhiều thời gian sẻ ảnh hưởng tới tiến độ thi công các công trình

Hình 1.6: Công nhân đang kéo thép từ máy duỗi

Hình 1.7: Công nhân cắt thép bằng máy cắt cầm tay

Hiện nay nước ta cũng có một số công ty cũng sản xuất máy uốn như Cơ Sở Chế Tạo Thiết Bị Máy Công Nghiệp Thùy Dương tại Thuận An Bình Dương Đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy bẻ đai thép tự đông TD08 Được thiết kế bằng các vi mạch kết hợp cùng hệ thống thủy lực nên máy bẻ đai thép TD08 hoàn toàn chạy

tự động, các thao tác sử dụng đơn giản cho người vận hành Từ quá trình thép cuộn qua dàn lô nắn thẳng tự động tới bộ phận bẻ và cắt đai đã được lập trình sẵn cho nên giúp cho các nhà thầu giảm thiểu tối đa được mức nhân công và tiến độ cũng như hiệu quả của công việc cho công trình

Đặc điểm chung của máy: Máy bẻ đai thép TD08 được thiết kế chuyên dụng

cho bẻ đai thép thuộc nghành kết cấu thép xây dựng có đường kính từ ( ϕ4 ÷ ϕ8) mm

bẻ được đai vuông và đai chữ nhật, kích thước đai từ (100 x 100) mm đến (800 x 800)

mm dễ dàng sử dụng phù hợp với trình độ người thợ tại các công trường

Hình 1.8: Máy bẻ đai thép TD08 Dàn lô nắn thẳng: Được coi như mang một bước cải tiến vượt trội bởi tính năng sử dụng đơn giản thay thế dễ dàng và đặc biệt có độ bền cao

Một số máy khác như máy bẻ đai thép tự động của Công ty TNHH Hồng Phúc Lâm có trụ sở tại Quận Bình thạnh, TP HCM Máy có khả năng bẻ nắn uốn được đai thép có kích thước cạnh dài nhất đến 800 mm đường kính ϕ8 mm Một số thông số kỹ thuật của máy:

Kích thước: (1200 x 500 x 500)mm

Trọng lượng: 110 Kg

Công suất động cơ: 1.5 KW - điện áp 220V hoặc 1 KW

1.3.3 Các loại đai

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại đai về hình dáng và kích cỡ như là đai hình vuông, đai hình chữ nhật, đai hình tam giác, đai chữ C… Tuy nhiên phố biến vẫn là đai hình vuông, hình chữ nhật, các kích thước đai phụ thuộc vào dầm và khoảng cách đầu đai đến góc giáp là 50 mm

Hình 1.9: Đai hình chữ nhật Hình 1.10: Đai hình vuông

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình máy duỗi, uốn và cắt đai thép

tự động dựa trên tính toán lý thuyết kết hợp dựa vào những mô hình máy đã được chế tạo hoàn chỉnh có sẵn trong thực tế Cụ thể là:

Phân tích các yếu tố, các cơ cấu chuyển động của máy duỗi, uốn và cắt đai thép tự động, các yếu tố gồm có: cơ cấu duỗi thẳng , uốn và cắt thép; yếu tố hoạt động ổn định của máy…từ đó xác định kích thước và kết cấu của máy duỗi, uốn và cắt đai thép tự động và vị trí đặt bộ phận điều khiển trung tâm cho phù hợp

Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và điều khiển: để lựa chọn được kết cấu tốt nhất,một số phương án thiết kế sẽ được xây dựng Mỗi phương án sẽ được phân tích kỹ lưỡng, nêu cụ thể các ưu nhược điểm của từng

phương án để chọn phương án thích hợp Sau khi chọn được phương án thiết kế tốt nhất, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm: lựa chọn trục vít me, ổ lăn, thép, bulong-đai ốc, lựa chọn động cơ, tính toán các kích thướt đai, lựa chọn phương pháp điều khiển mô hình máy…Sau khi tính toán xong, phiên bản đầu tiên của mô hình máy sẽ được chế tạo để tiến hành thử nghiệm

Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh mô hình máy duỗi, uốn và cắt đai thép tự động Cho mô hình máy hoạt động để thực hiện uốn và cắt đai thép có các kích thước bất kỳ

do người sử dụng nhập vào từ bàn phím Quá trình này được tiến hành nhiều lần để kiểm tra, phát hiện những lỗi của máy để khắc phục sữa chữa kịp thời Số liệu thực nghiệm sẽ được ghi chép cụ thể để làm cơ sở đánh giá kết quả nghiên cứu

2.2 YÊU CẦU HỆ THỐNG

2.2.1 Yêu cầu phần cứng

Đảm bảo độ cứng vững khi máy đang hoạt động, cơ cấu máy gọn nhẹ, kết cấu máy không quá phức tạp

Mạch điều khiển phải chạy được, có tính ổn định

Chú ý đến tính thẩm mỹ của mô hình máy

2.2.2 Yêu cầu phần mềm

Giải thuật điều khiển phải điều khiển mô hình máy chạy đúng yêu cầu đặt ra

Chú ý đến tính ổn định khi máy đang hoạt động (các cơ cấu máy chạy đúng chu trình làm việc)

Sau khi mô hình máy chạy ổn định, nâng cấp giải thuật điều khiển để mô hình máy chạy vừa ổn định, vừa chính xác, cải thiện tốc độ làm việc của máy để mô hình máy làm việc với hiệu quả cao nhất

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.3.1 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.3.1.1.Phương án 1

a Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.2: Phương án tổng quan thiết kế 1

Thép cuộn tròn được đặt trên gá đỡ 1, động cơ AC 3 có nhiệm vụ kéo khung duỗi thép 7 từ thép cuộn thành thép thẳng Thép đã sau khi duỗi(thẳng) ra tiếp xúc với bề mặt cảm biến(encoder) làm encoder quay Động cơ DC 5 có nhiệm vụ uốn đai thép Sau khi đã uốn định hình đai, động cơ AC 4 có nhiệm vụ cắt thép thông qua cơ cấu cu-lit Bộ điều khiển trung tâm được đặt trong tủ điện 2

Hình 2.3: Cơ cấu cắt (phương án 1)

me làm cơ cấu cắt chuyển động tịnh tiến để cắt thép Bộ điều khiển trung tâm được đặt trong tủ điện 2

Hình 2.4: Phương án tổng quan thiết kế 2

Hình 2.5: Cơ cấu cắt (phương án 2)

Sau khi đã uốn định hình đai, động cơ AC 5 có nhiệm vụ cắt thép thông qua trục

vít-me (4) làm cơ cấu cắt chuyển động tịnh tiến để cắt thép Bộ điều khiển trung tâm được

đặt trong tủ điện 3

Hình 2.7: Cơ cấu cắt (phương án 3)

b.Ưu điểm

Kết cấu vững chắc, dễ lắp ráp và sữa chữa hơn hai phương án trên

Với cơ cấu cắt, lực cắt thép đủ lớn, chi phí ít

Hoạt động êm, ít rung hơn hai phương án trên

c.Nhược điểm

Tính thẩm mĩ ít hơn hai phương án trên

2.3.1.4 Lựa chọn phương án phù hợp

Với 3 phương án được nêu ở trên Sau khi đã phân tích, nghiên cứu kĩ những ưu nhược điểm, nhóm quyết định lựa chọn phương án 3 để chế tạo, xây dựng hình dáng tổng quan của mô hình máy

2.3.2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CƠ KHÍ

2.3.2.1 Cơ sở lí thuyết

a Các khái niệm cơ bản

Uốn thép hay dập tạo hình đều được tạo ra từ biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra hình dạng kích thước mong muốn ban đầu, để tạo nên hình dạng này ta cần có khuôn tạo hình Khuôn tạo hình được tạo thành từ hai thành phần là: cối và chày

Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy là 3 quá trình nối tiếp nhau xảy ra trong kim loại và phần lớn tác dụng của tải trọng gây ra Dưới tác dụng của tải trọng xảy ra 3 quá trình: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy

Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng ∆l tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biến dạng đàn hồi lúc này kim loại có thể trở về vị trí ban đầu

Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định độ biến dạng ∆l tăng rất nhanh khi thôi tác dụng tải trọng thì kim loại vẫn bị biến dạng nhưng không lớn lắm được gọi là biến dạng dẻo i

Khi tải trọng đạt đến giá trị max thì lúc này xuất hiện các vết nứt tế vi và làm ứng suất tập trung càng cao hơn dẫn đến các vết nứt càng tăng và to dần, kim loại bị tách rời và bị phá hủy hiện tượng đó gọi là biến dạng phá hủy

Khi uốn thép ta chú ý vào các biểu đồ sau vì đối với mỗi vật liệu thì chịu tác dụng một lực phù hợp để không làm phá hủy vật liệu đó

Khi uốn thép ta chú ý đến biểu đồ σ - ϕ :

Với:

Trong đó:

P: Tải trọng

F0: Diện tích tiết diện ban đầu

ϕ : Độ giãn dài tương đối

∆l: Độ giãn dài khi kéo

L0: Độ dài ban đầu

E: Mô đun đàn hồi của vật liệu, N/mm2

Hình 2.8: Biểu đồ σ - ɛ

Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Uốn là một quá trình biến dạng dẻo có kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất đàn hồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi kích thước và hình dạng sản phẩm thay đổi so với kích thước và hình dạng của khuôn, hiện tượng đó gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Hiện tượng đàn hồi gây ra sự sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn cho chi tiết có góc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và góc uốn phải thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi

Hình 2.9: Biến dạng đàn hồi

Hình 2.10: Biến dạng dẻo và đàn hồi

Hình 2.11: Biến dạng dẻo

Bằng thực nghiệm người ta xác định được rằng trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối r/s, lực uốn và phương pháp uốn

Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao tỉ số r/s càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn, trị số đàn hồi có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích

Cắt bằng áp lực lưỡi cắt

Cắt vật liệu tấm thành từng dải được tiến hành trên máy cắt vật liệu tấm

Các loại máy cắt vật liệu tấm thường dùng là máy cắt lưỡi song song, máy cắt lưỡi nghiêng, máy cắt dao đĩa, ngoài ra người ta còn dùng máy cắt nhiều đĩa, máy cắt chấn động

Quá trình cắt nguyên vật liệu tấm bằng máy cắt gồm 3 giai đoạn liên tục:

Giai đoạn biến dạng đàn hồi, từ khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu cho đến trước

điểm tới hạn – điểm chuyển từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo, ứng suất trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi

Giai đoạn biến dạng dẻo, dao cắt tiếp tục đi xuống làm cho ứng suất cắt tăng lên

vượt quá giới hạn chảy nhưng không đạt tới giá trị cực đại tương đương với ứng suất bền của kim loại Kim loại biến dạng dẻo cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt Trong giai đoạn này, dao lún sâu vào kim loại 0,2-0,5 chiều dày phôi, tùy theo độ cứng

và độ dẻo của vật liệu

Giai đoạn cắt đứt, lúc này xuất hiện những vết nứt rạn tế vi, sau đó vết nứt lớn

dần Vết nứt xuất hiện từ vết nứt tạo ra do mép cắt của dao, hướng theo bề mặt trượt

và cuối cùng tách phần vật liệu này đối với phần vật liệu khác

Hình 2.12:Các giai đoạn cắt kim loại

Trên mặt cắt của tấm vật liệu có hai vùng rõ rệt: Một dải sáng hẹp tương ứng với giai đoạn biến dạng dẻo và một dải mở rộng hơn tương ứng với giai đoạn đứt Nếu vết nứt từ hai phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng thì mặt cắt sẽ phẳng và dẹp, không

có bavia, nếu lệch sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu Bởi vậy việc khống chế khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nó có ảnh hưởng đến chất lượng mặt cắt

Lực cắt: Lực tác dụng Pi của lưỡi cắt trên và dưới lệch nhau do có khe hở Z giữa hai cắt tạo nên mômen quay M=Pi.a, trong đó a là cánh tay đòn giữa các điểm đặt: a=(1,5-2)Z

Mômen M có xu thế làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước lúc bị cắt đứt Hiện tượng làm cho mặt cắt xấu đi, để chống lại hiện tượng này, cần chặn vật liệu bằng lực

Máy cắt lưỡi nghiêng có ưu điểm là lực cắt không phụ thuộc vào chiều dài cắt nên

nó được sử dụng nhiều trong các phân xưởng dập tấm Dải và phôi cắt ra trên các máy cắt bằng dao đĩa thường bị cong nên sau khi cắt cần phải nắn thẳng

b Các phương pháp duỗi thép

Trong thuận tiện cho việc vận chuyển, bảo quản cốt thép, các thanh thép có thể bị cong vênh hay với những thép có đường kính nhỏ thường là cuộn tròn, vì vậy chúng cần được duỗi thẳng Những thanh thép nhỏ có thể dùng búa đập hay dùng vam kết hợp bàn nắn hoặc dùng máy để nắn thẳng thép

Duỗi thép thủ công (bằng tay)

Thường được dùng là các loại thiết bị tự chế hoặc mua sẵn ngoài tiệm thiết bị xây dựng, gồm những loại sau:

+ Khu nắn thép 6 & 8, ( ngoài ra còn gọi là Vam hay Thước Vam tùy từng địa phương) : làm bằng sắt 6 hoặc 8 dùng để nắn thép 6 & 8

+ Thước uốn ( hay còn gọi là càng cua): được mua ngoài tiệm vì khó chế tạo hơn Dụng cụ ngoài chức năng nắn thẳng thép đường kính lớn còn được dùng để uốn thép + Ngoài ra còn dùng búa đập để nắn thẳng

Duỗi thép bằng máy

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy dùng để nắn thép Thông dụng nhất

là máy nắn thép làm việc độc lập

Hình 2.13: Máy duỗi thép

c Các phương pháp uốn thép

Phương pháp uốn bằng tay

Cơ cấu truyền lực bằng tay chỉ áp dụng cho một số sắt có đường kính nhỏ, yêu cầu

độ chính xác của góc uốn thấp, năng suất thấp

Hình 2.14: Cơ cấu truyền lực để uốn bằng tay

Phương pháp uốn đai động cơ

Máy uốn ống bán tự động bàn uốn nằm ngang sử dụng động cơ điện, điều khiển bằng bàn đạp chân hay nút điều khiển cho phép bạn uốn cong đến 1900, máy đươc sản xuất tại Nhật Bản sử dụng puli và cử chắn dưới giúp ống được những kích cỡ đai thép

có đường kính khá lớn đến 40mm, đạt độ chính xác cao Máy có thiết kế thêm bộ phận tay dẫn ống phía sau giúp cho phần không uốn cong không bị biến dạng Tay uốn của máy có cữ chắn linh hoạt giúp cho việc điều chỉnh góc uốn dễ dàng, máy làm việc với

độ ổn định cao, linh kiện thay thế đơn giản

Hình 2.15: Máy uốn bán tự động

Ngoài ra có một loại máy hoạt động theo nguyên lý khác là không quay khuôn để uốn cong chi tiết mà dùng pittông thủy lực đẩy khuôn để uốn cong chi tiết đó là máy uốn ống điện thủy lực được dẫn động bằng động cơ RAPID T100M được lắp hộp giảm tốc điện thủy lực, điều khiển từ xa bằng bộ phân phối 2 chiều, là thiết bị được thiết kếcho độ chính xác đặc biệt Hộp giảm tốc bao gồm các pittông với van giới hạn cho phép xả dầu tự động để đạt ứng suất làm việc lớn nhất và duy trì áp lực làm việc Một trong những model này được lắp ráp với một bàn gia công 2 tầng chắc chắn Hộp

số thủy lực được lắp ở tầng dưới, trong khi máy uốn ống được lắp ở tầng trên Loại máy RAPID T10/M là loại máy mới trên thị trường có thể vận hành bằng tay khi cần thiết

Máy uốn có các chốt thay đổi vì vậy có thể thay đổi khuôn uốn một cách dễ dàng, máy uốn được dùng để uốn có kích thước lớn vì chế tạo khuôn uốn tương đối đơn giản hơn các loại khuôn uốn kiểu quay

Hình 2.16: Máy uốn ống điện thủy lực Diamond – Japan

d.Các phương pháp cắt thép

Máy cắt dao thẳng song song

Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn…máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán

và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

Hình 2.17: Máy cắt sắt KMC-25W

Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa

Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một tốc

độ góc ( ω ), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa

Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt Côngviệc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng Khi cắt dọc tôn tấmnăng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhược điểm làdao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại Để khắc phục hiện tượng này người

ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e không lớn lắm

Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lí máy cắt đĩa a)Loại một cặp đĩa b) Loại nhiều cặp đĩa cắt

Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng vô

hạn.Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn, cắt những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng Để cắt được thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của bán kính

Máy cắt bằng lưỡi dao nghiêng

Để giảm lực trong quá trình cắt, người ta dùng máy cắt thép tấm lưỡi dao được đặt nghiêng một góc ϕ Máy này có lưỡi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêng không đổi Do đó trên một chiều dài hành trình lưỡi dao trên khi dao ăn sâu vào kim loại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép Lực này nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đó trên máy cắt dao song song

Hình 2.19: Nguyên lí cắt thép bằng dao nghiêng